液體的表面現(xiàn)象講稿課件

液體的表面現(xiàn)象課件液體的表面現(xiàn)象課件

肥皂膜收縮把線拉成一個弧形，線被繃緊完整的肥皂膜刺破一邊后棉線肥皂膜收縮把線拉成一個弧形，線被繃緊完整的肥皂膜刺破一打開閥門后?????它們?yōu)槭裁纯梢云谒嫔洗蜷_閥門后?????它們?yōu)槭裁纯梢云谒嫔稀?.4.1液體的表面張力一、表面張力表面的厚度：分子有效作用距離,

10-9m現(xiàn)象：

液面有收縮到最小的趨勢；液體的表面層中有一種使液面盡可能收縮成最小的宏觀張力。表面張力:說明：液面上存在沿表面的收縮力作用，這種力只存在于液體表面。

在液體與氣體的分界面處厚度等于分子有效作用半徑的那層液體稱為液體的表面?！?.4.1液體的表面張力一、表面張力表面的厚度：分子有效§1.4.1液體的表面張力表面的厚度：分子有效作用距離,

10-9m

在液體與氣體的分界面處厚度等于分子有效作用半徑的那層液體稱為液體的表面?！?.4.1液體的表面張力表面的厚度：分子有效作用距離,一、液體的表面現(xiàn)象

液體表面像張緊的彈性膜一樣，具有收縮的趨勢。（1）毛筆尖入水散開，出水毛聚合；（2）蚊子能夠站在水面上；（3）鋼針能夠放在水面上；（4）荷花上的水珠呈球形；（5）肥皂膜的收縮；

液體表面具有收縮趨勢的力，這種存在于液體表面上的張力稱為表面張力。說明：①力的作用是均勻分布的，力的方向與液面相切；②液面收縮至最小。一、液體的表面現(xiàn)象液體表面像張緊的彈性膜一樣表面張力系數(shù)從力的角度定義AB(1)(2)ff’AB(2)f(1)f’

從做功的角度定義ffFF做功為：△S指的是這一過程中液體表面積的增量，所以：

表示增加單位表面積時，外力所需做的功

稱為表面張力系數(shù)，表示單位長度直線兩旁液面的相互作用拉力，在國際單位制中的單位為N

·m-1

。1、表面張力系數(shù)的定義Ff液膜α二、表面張力

與分界線垂直并與液體表面相切。并且指向施力的液面一側。表面張力系數(shù)從力的角度定義AB(1)(2)ff’AB(2)f從表面能的角度定義

由能量守恒定律，外力F

所做的功完全用于克服表面張力，從而轉變?yōu)橐耗さ谋砻婺?/p>

△E

儲存起來，即：所以：

表示增大液體單位表面積所增加的表面能2、影響表面張力系數(shù)的因素:（1）不同液體的表面張力系數(shù)不同，密度小、容易蒸發(fā)的液體表面張力系數(shù)小。（2）同一種液體的表面張力系數(shù)與溫度有關，溫度越高，表面張力系數(shù)越小。（3）液體表面張力系數(shù)與相鄰物質的性質有關。（4）表面張力系數(shù)與液體中的雜質有關。

物質

水

水

水

汞

汞

界面物質

溫度表面張力

空氣

2072.8

空氣

4069.6

醚

2012.2

空氣

20490

水

20420

物質

菜油

乙醚

酒精

皂液

血液

界面物質溫度表面張力

空氣

2027.3

空氣

2017.0

空氣

2022.3

空氣

2025.2

空氣

3740--50從表面能的角度定義由能量守恒定律，外力F所對于肥皂膜，膜厚10-4m

，肥皂膜有兩個表面α的物理意義：數(shù)值上等于單位長度直線段兩側液面的表面張力－表面張力系數(shù)

與分界線垂直并與液體表面相切。并且指向施力的液面一側。fAfBABΔlNM對于肥皂膜，膜厚10-4m，肥皂膜有兩個表面α的物理意義水的抗拉強度指水柱在斷裂前，單位面積上所承受的最大張力外力克服表面張力所需的功—黏結功抗拉強度—單位面積黏結力水的抗拉強度指水柱在斷裂前，單位面積上所承受的最大張力外力克表面張力微觀解釋液體表面是一個厚度等于分子引力的有效作用距離薄層表面張力是分子力所引起的表面層的分子比液體內部分子的勢能大表面張力微觀解釋液體表面是一個厚度等于分子引力的表面張力是分

表面張力的微觀本質是表面層分子之間相互作用力的不對稱性引起的。

從能量的角度來解釋表面張力存在的原因。

分別以液體表面層分子A

和內部分子B為球心、分子有效作用距離為半徑作球（分子作用球）。

對于液體內部分子B，分子作用球內液體分子的分布是對稱的；ABB

B受力情況也是對稱的，所以沿各個方向運動的可能性相等。表面張力的微觀本質是表面層分子之間相互作用力

對于液體表面層的分子A，分子作用球中有一部分在液體表面以外，分子作用球內下部液體分子密度大于上部；

當液體內部分子移動到表面層中時，就要克服上述指向液體內部的分子引力作功，這部分功將轉變?yōu)榉肿酉嗷プ饔玫膭菽?。所以液體表面層分子比液體內部分子的相互作用勢能大。

由勢能最小原則，在沒有外力影響下，液體應處于表面積最小的狀態(tài)。宏觀上就表現(xiàn)為表面張力存在，與液面相切;

A所受合外力指向液體內部，因此有向液體內部運動的趨勢。AfL對于液體表面層的分子A，分子作用球中有一

將質量為

m的待測液體吸入移液管內，然后讓其緩慢地流出。

當液滴即將滴下時，表面層將在頸部發(fā)生斷裂。此時頸部表面層的表面張力均為豎直向上，且合力正好支持重力。

用附有目鏡測微尺的望遠鏡測得斷裂痕的直徑為d

，移液管中液體全部滴盡時的總滴數(shù)為n

，則每一滴液體的重量為：所受的表面張力為：則有即表面張力系數(shù)的測定（液滴測定法）將質量為m的待測液體吸入移液管內，然后讓則大水滴的面積為例解設小水滴數(shù)目為n，n個小水滴的總面積為在融合過程中，小水滴的總體積與大水滴的體積相同，則

表面張力系數(shù)求所釋放出的能量溶合過程中釋放的能量

半徑為r=2×10-3mm的許多小水滴融合成一半徑為R=2mm的大水滴時。(假設水滴呈球狀，水的表面張力系數(shù)=73×10-3N·m-1在此過程中保持不變)

則大水滴的面積為例解設小水滴數(shù)目為n，n個小水滴的總與水接觸的油的表面張力系數(shù)a=1.8×10-2N·m-1，為了使1.0×10-3kg的油滴在水內散布成半徑r=10-6m小油滴，（散布過程可以認為是等溫的，油的密度為ρ=900kg·m-3）。設一個半徑為R的大油滴等溫地散布成N個小油滴，因而所需作的功為例解油的質量m

不變，則求需要作多少功可得：與水接觸的油的表面張力系數(shù)a=1.8×10-2N·m-1二、彎曲液面下的附加壓強

（Theadditionalpressureunderacurvedsurface）

自然界中有許多情況下液面是彎曲的，彎曲液面內外存在一壓強差，稱為附加壓強,用Ps表示。附加壓強是由于表面張力存在而產生的。

rOO'RP外SP內S外部大氣壓力:P外S內部大氣壓力:P內S表面張力:f

球冠形液體元凸狀球形液面其中為液面內側的壓強，為液面外側的壓強。當球冠形液體元穩(wěn)定存在時二、彎曲液面下的附加壓強（Theadditionalpdf//df⊥dfrABCRdl·球形液面的附加壓強公式推倒（附加壓強與表面張力系數(shù)、曲率半徑的定量關系）表面張力的合力為由于，所以df//df⊥dfrABCRdl·球形液面的附加壓強公式推倒據力平衡條件，當球冠形液體元穩(wěn)定存在時整理得：即附加壓強表明：球形彎曲液面的附加壓強與表面張力系數(shù)成正比，與液面的曲率半徑成反比。同理可以證明,對于凹形液面負號表示凹狀球形液面下液體內部壓強小于外部壓強。

rOO'RP外SP內S

球冠形液體元據力平衡條件，當球冠形液體元穩(wěn)定存在時整理得：即附加壓強表明？對于水平液面，附加壓強為表面張力抵消？對于水平液面，附加壓強為表面張力抵消

分析小薄層液片受力情況，

分析小薄層液片受力情況，表面張力的合力的方向與凸面法線方向相反，fΔsP0PsP內凹形液面：PsP內所以表面張力的合力方向不同，決定了是還是凸形液面：f所以表面張力的合力的方向與凹面法線方向相反，ffP0Δs=P0+Ps=P0-Ps分析小薄層液片受力RCAB【例】如圖所示球形液膜，內外半徑近似相等為R。已知液體的表面張力系數(shù)為，求球形液泡內部壓強。（大氣壓為P0）解：液面外大氣壓為P0，在平衡狀態(tài)下，液膜外表面為凸液面，有液膜內表面為凹液面，有所以附加壓強為球形液泡內氣體的壓強為球形液膜，兩個球形面的半徑近似相等RCAB【例】如圖所示球形液膜，內外半徑近似相等為R。已知

打開活塞后，兩肥皂泡將如何變化？解:由肥皂泡內外氣體壓強差，有打開連通管后氣體將從B

流向A。

由于

所以AB？（假設肥皂薄膜厚度為定值）那么形成B的肥皂薄膜最后會不會流經連通管，最后到達A？打開活塞后，兩肥皂泡將如何變化？解:由肥皂泡內外氣體壓強差在水下深度為h處有一直徑d的空氣泡。設水面壓強為大氣壓P0、水密度ρ水、水的表面張力系數(shù)α水。氣泡內空氣的壓強。解例求dhP0彎曲液面是如何形成的呢?在水下深度為h處有一直徑d的空氣泡。設水面壓強為大氣壓大小不同的所有肺泡維持正常呼吸的原因由于大小氣泡是連通，按照拉普拉斯定律，如果肺泡內壁組織液層的表面張力系數(shù)不變，小氣泡附加壓強大，而大氣泡附加壓強小，小氣泡萎縮，大氣泡則脹破。實際上這種現(xiàn)象并沒有發(fā)生，原因是肺泡內壁存在的表面活性物質，它調節(jié)大小肺泡的表面張力系數(shù)，從而使大小氣泡的壓強穩(wěn)定，使小氣泡不致萎縮，大氣泡不致過分膨脹，從而維持大小不同的所有肺泡進行正常呼吸。肺泡的表面張力系數(shù)的調節(jié)過程為：肺泡內壁上表面活性物質的量是不變的，吸氣時，肺泡擴張，表面積增大，表面活性物質的濃度相對減少，而使表面張力系數(shù)和附加壓強相應增大，對肺泡的擴大起抑制作用。呼氣時，肺泡收縮，表面積縮小，表面活性物質濃度相對增大，而使表面張力系數(shù)和附加壓強相應變小，對肺泡的收縮起抑制作用液體的表面現(xiàn)象講稿課件二、彎曲液面的附加壓強表面張力的存在使彎曲液面內外形成一個附加壓強。設液面為球面，圖上各量的意義導出附加壓強表面張力df分解df1和df2df1的合力表面張力對液體內部產生的附加壓強二、彎曲液面的附加壓強表面張力的存在使彎曲液面內外形成一個凸液面氣液氣液氣液凹液面平液面肥皂泡P0液P`PR凸液面氣氣氣凹液面平液面肥皂泡P0R一、潤濕和不潤濕附著層：在液體與固體接觸面上厚度為液體分子有效作用半徑的液體層。是由附著層分子力引起的潤濕不潤濕內聚力：液體內部分子對附著層內液體分子的吸引力附著力：固體分子對附著層內液體分子的吸引力

潤濕和不潤濕決定于液體和固體的性質?！?.4.2

毛細現(xiàn)象一、潤濕和不潤濕附著層：在液體與固體接觸面上厚度為液體分子有內聚力大于附著力A不潤濕內聚力小于附著力A潤濕

液體對固體的潤濕程度由接觸角來表示。接觸角：在液、固體接觸時，固體表面經過液體內部與液體表面所夾的角。

通常用q來表示。液體潤濕固體；當時，當時，液體不潤濕固體；當時，液體完全潤濕固體；當時，液體完全不潤濕固體；q潤濕q不潤濕潤濕與不潤濕微觀解釋內聚力大于附著力A不潤濕內聚力小于附著力A潤濕從能量角度解釋不潤濕

對于附著層內任意一分子

A

，當內聚力大于附著力時，A分子受到的合力f'

垂直于附著層指向液體內部。Af'液體固體

液體分子從液體內部運動到附著層內必須反抗f'

做功（即分子勢能增大），附著層內分子勢能比液體內部分子勢能大。

根據平衡態(tài)勢能最小的原則，附著層內的分子要盡量擠入液體內（即盡量處于低勢能態(tài)），結果附著層收縮，表現(xiàn)為液體不潤濕固體。從能量角度解釋不潤濕對于附著層內任意一分子

當內聚力小于附著力時，附著層內的分子A受到的合力f’垂直于附著層指向固體表面。從能量角度解釋潤濕Af’液體固體

液體分子從液體內部運動到附著層內分子間作用力做正功（即分子勢能減小），使得附著層內分子勢能比液體內部分子勢能小。

液體內部的分子要盡量擠入附著層，結果附著層擴展，表現(xiàn)為液體潤濕固體。當內聚力小于附著力時，附著層內的分子A受二、毛細現(xiàn)象

將細的管插入液體中，如果液體潤濕管壁，液面成凹液面，液體將在管內升高；如果液體不潤濕管壁，液面成凸液面，液體將在管內下降。這種現(xiàn)象稱為毛細現(xiàn)象。hh能夠產生毛細現(xiàn)象的細管稱為毛細管。二、毛細現(xiàn)象將細的管插入液體中，如果液體潤濕1、毛細現(xiàn)象產生的原因

毛細現(xiàn)象是由于潤濕或不潤濕現(xiàn)象和液體表面張力共同作用引起的。固體液體如果液體對固體潤濕，則接觸角為銳角。固體液體h如果液體對固體不潤濕，則接觸角為銳角。

h

容器口徑非常小，附加壓強的存在將使管內液面升高，產生毛細現(xiàn)象。

容器口徑很小，附加壓強的存在將使管內液面降低，產生毛細現(xiàn)象。1、毛細現(xiàn)象產生的原因毛細現(xiàn)象是由于潤濕或不2

管內液面上升（或下降）的高度

(1)液體潤濕管壁

毛細管剛插入水中時，管內液面為凹液面，PD=P0,PC<P0,D、C

為等高點，但PC<PD

，所以液體不能靜止，管內液面將上升，直至PD=PC為止：2管內液面上升（或下降）的高度(1)液體潤濕管設管內液面為一半徑為R

的凹球面附加壓強為：即2、毛細管中液面上升或下降的高度

如圖，一截面半徑為

r

的毛細圓管，液體潤濕管壁，接觸角為q

。θ由幾何關系可知：RCBAr又且得：h若液體不潤濕管壁，則可得：

潤濕管壁的液體在毛細管中上升的高度與液體的表面張力系數(shù)成正比，與毛細管的截面半徑成反比。管內液面下降。在完全潤濕或完全不潤濕的情況下，=0或=

，則：

設管內液面為一半徑為R的凹球面附加壓強為：即2、毛細管中F表面張力向上的分量與液柱重力平衡得F表面張力向上的分量與液柱重力平衡得氣體拴塞現(xiàn)象

如果讓液體流動起來，表面會有什么變化呢？

如圖所示的實驗裝置，當活塞不施加壓強（假設活塞下的氣柱中壓強為大氣壓P0）時，即

給活塞施加壓強并逐漸增大，發(fā)現(xiàn)當施加的壓強很小時，液面并不降低，只是液面的曲率半徑變小了。只有當壓強增加到一定程度液面才下降。

這是由于液體具有黏滯性，當給活塞施加一較小壓強時，只是凹形液面的曲率半徑變小了，附加壓強增大，液面下壓強仍然能夠保持不變，即液面不下降。氣體拴塞現(xiàn)象如果讓液體流動起來，表面會有什么變

逐漸增大右端的壓強，剛開始液滴并不移動，只是右液面的曲率半徑減?。恢挥挟攭簭娫隽砍^一定的限度時，液滴才開始移動。這種現(xiàn)象對生物毛細管中液體的流動有影響。

如圖，PPPP＋

△PP如果毛細管中有

n個液滴，根據上述討論，如果最左邊彎液面處壓強為P；

同理，要使第二個液滴移動，第二個氣泡中的壓強必須必須大于

P+2ΔP

。P+ΔPP+2ΔP如果要使這n個液滴移動，則最右端必須施以大于P+nΔP

的壓強。P+3ΔPP+nΔP

當液體在毛細管中流動時，如果管中出現(xiàn)氣泡，液體的流動會受阻，如果氣泡產生得多了，就會堵住毛細管，使液滴不能流動。這種現(xiàn)象稱為氣體栓塞現(xiàn)象。逐漸增大右端的壓強，剛開始液滴并不氣體栓塞現(xiàn)象的危害舉例：（1）靜脈注射或肌肉注射時要將針管中得氣體排除后再注射；（2）當環(huán)境氣壓突然降低時，人體血管中溶解的氣體因為溶解度下降而析出形成氣泡；比如潛水員從深海迅速上升到水面時容易造成血栓而致命。（3）在溫度升高時，植物體內的水分也會析出氣體，形成氣泡堵塞毛細管，使部分枝葉的水分或營養(yǎng)缺乏而枯萎。土壤孔隙中的毛管水毛細永動機能否制造出來？植物水分的輸運機制氣體栓塞現(xiàn)象的危害舉例：（1）靜脈注射或肌肉注射時要將針管中毛細永動機能否制造出來？由可知：

液體沿毛細管（液體潤濕管壁）“自動地”上升的

如果毛細管的實際高度h0比液體上升的高度h小，液體能否自動從管子中流出來形成“毛細永動機”？高度似乎與毛細管的實際高度沒有關系。h實際上，毛細永動機是不可能存在的。P0AP0液體潤濕管壁會產生一定的接觸角q

，形成凹形液面，從而產生一定的附加壓強，即

A

點的壓強為，在大氣壓的作用下，液面會上升；如果毛細管露出水面的長度足夠，液面會上升。毛細永動機能否制造出來？由hP0A

如果毛細管露出水面的長度h0<h

，則當液體上升到管口時，液面的曲率半徑將增大，從而附加壓強減小，PA

增大。hP0A

當曲率半徑增大到時，

A

點壓強增大，液面不再上升。

因此，即使毛細管的實際高度

h0比液體上升的高度

h

小，也不會形成毛細永動機。hP0A如果毛細管露出水面的長度h0<h土壤孔隙中的毛管水

土壤基質借顆粒表面的吸附與孔隙的毛管作用而吸持水分，其中吸附的水分稱為吸附水，難以被植物吸收；

吸附水的含量與土壤顆粒的種類（比如粗砂土與細粘土的含水量不同）、表面積大小有關。

由于毛管作用而保持的水分稱為毛管水，不易流失而且容易被植物吸收，在農業(yè)生產中具有重要意義。

毛管水的含量則不僅與土壤顆粒種類、表面積大小有關，而且還與土壤顆粒的排列和集聚形式有關。

由可知，毛細現(xiàn)象與液體表面張力系數(shù)有關，因此與溫度有關。土壤孔隙中的毛管水土壤基質借顆粒表面的吸附與

夜間土壤表層溫度低，水的表面張力系數(shù)較大；而在土壤較深層溫度較高，水的表面張力系數(shù)較小，水分會沿毛細管上移。所以拂曉時分土壤表層水分含量高于正常水平。保持土壤水分是農業(yè)增產的一個重要問題。

對于一般植物，如果土壤含水量飽和，則毛細管全部被液態(tài)水充滿，通氣性能差；含水量過低，植物吸水困難，對作物生長不利。為了保持土壤中適當?shù)暮浚?1)增加腐殖質不僅補充了肥料，還可以改善土壤的空隙結構，增加毛管水的貯量；(2)溫室中通常以滲流灌溉并對土壤含水量進行適時監(jiān)控；(3)

對于田間耕種，旱田播種后把地表壓實可以使土壤顆粒之間形成較好的毛細管，利于水分上升至地表；而冬天則應把土壤翻松，破壞土壤的毛細管，使水分不易上升到地表而被蒸發(fā)掉。夜間土壤表層溫度低，水的表面張力系數(shù)較大；

形成毛管水的原因：PS在縫隙中水滴，由于重力下沉，使下部曲率半徑大于上部，引起附加壓強差值而造成的。R2R1ABh

毛細水存在的高度形成毛管水的原因：PS在縫隙中水滴，由于重力下沉，使三）氣體栓塞(airembolism)1、概念：液體在細管中流動時,由于存在氣泡而導致的流動受阻的現(xiàn)象。（1）氣泡不受推力的情形2、流動情況（2）氣泡受較小推力仍維持不動的情形三）氣體栓塞(airembolism)1、概念：液體在細管（3）氣泡受較大推力開始運動的情形只有當ΔP超過某臨界值δ時，液柱開始移動液柱開始移動ΔP>δ（3）氣泡受較大推力開始運動的情形只有當ΔP超過某臨界值δ時

植物水分的運輸機制現(xiàn)在對植物水分向上運輸機制由三種觀點：1、毛細作用

植物體內的主要輸水管道木質部導管是一個典型的毛細管系統(tǒng)，它由許多喪失了原生質的死細胞構成，直徑約為0.04mm～0.05mm。玉米莖的橫切面構造多年生植物（朱槿）莖的橫切面構造植物水分的運輸機制現(xiàn)在對植物水分向上運輸機制由三種觀

室溫條件下，水的表面張力系數(shù)約為a=73×10－3N·m-1，取毛細管的半徑r=0.02mm

，假設水完全潤濕毛細管壁，得：

這個結論似乎說明對于低矮的植物靠毛細現(xiàn)象就可以滿足水分向上運輸?shù)男枰?/p>

實際上植物導管的上端并不是敞開的（與上述毛細管模型不同），導管中從上到下均充滿了水分，而且毛細現(xiàn)象無法滿足稍高的植物的輸水需要，更不要說參天大樹了。因此，植物水分上運輸應該還有別的機制。室溫條件下，水的表面張力系數(shù)約為a=732、滲透作用

在生命系統(tǒng)中有許多膜相結構都是半透膜，如細胞膜、動物的膀胱、腸衣等，它們都存在滲透現(xiàn)象。

如圖所示的U

形管底部有一半透膜MN將糖溶液分成兩個濃度不同的區(qū)域，左側濃度高，右側濃度低。

半透膜只允許小分子通過，而不允許糖類分子、蛋白質分子等大分子通過，這一特性將使左右兩邊水的濃度相等。MNH2O

溶質濃度低相當于水的濃度高，溶質濃度高相當于水的濃度低，所以水分子將通過半透膜向溶質濃度高的區(qū)域擴散，這種現(xiàn)象稱為滲透現(xiàn)象。由于滲透作用，U

形管左側液面將升高，右側液面將降低；

必須在左側液面施加一個壓強P才能使左右液面平齊，這個壓強稱為滲透壓。P2、滲透作用在生命系統(tǒng)中有許多膜相結構都是半透實驗證明，早春時節(jié)楓樹中糖溶液的向上運輸就是滲透壓造成的。

在早春，楓樹根系中積累了頭年夏天制造的高濃度糖溶液。土壤解凍時水分通過滲透作用進入根系，迫使樹液上升，直到滲透壓等于樹液液柱產生的壓強為止。滲透壓可以使樹液上升到30m

以上的高度。

然而，在夏季，新陳代謝旺盛的植物根部的糖濃度要下降，此時單靠滲透壓的作用是不夠的。而且有些植物可以高達

60m

以上，如冷杉。冷杉

這時無論是毛細作用還是滲透作用都無法滿足水分向上運輸?shù)男枰?，或許還有其他的運輸機制。實驗證明，早春時節(jié)楓樹中糖溶液的向上運輸就是滲透壓造成的。3、負壓強作用通常我們認為壓強都是正的，什么是負壓強呢？如圖所示的裝置，活塞下的容器中充滿水。

實驗證明，必須對活塞施加25～300×105Pa

的壓強才能將活塞與水柱分離。

顯然，這不僅僅有大氣壓的作用，最主要的作用是液體的內聚力，即分子間的作用力。液體向內拉周圍物體的作用，稱為負壓強作用。3、負壓強作用通常我們認為壓強都是正的，什么是負壓強呢？如圖

正是因為負壓強作用，當水分不斷從葉片中蒸發(fā)出去或參與植物組織中的生化反應時，水分能夠從根部源源不斷向上供給。

由于除了碰撞之外氣體分子之間相互作用幾乎等于零，因此氣體不能產生負壓強。

在冬季，如果木質部導管中溶液凍結，冰中會產生許多氣泡，解凍時這些氣泡析出會使水柱斷裂，從而使木質部導管堵塞而喪失功能。正是因為負壓強作用，當水分不斷從葉片中蒸發(fā)出去3氣體栓塞：1）定義：液體在細管中流動時，如果管中有氣泡，液體的流動將受到阻礙，氣泡多時可發(fā)生阻塞，這種現(xiàn)象稱為氣體栓塞。①、ΔP＝0

如圖所示：

潤濕性液柱，中間有一氣泡左右壓強P相等時，氣泡兩端的液面彎曲程度相等－－曲率半徑相等，附加壓強大小相等方向相反液柱不流動2）解釋：3氣體栓塞：①、ΔP＝0潤濕性液柱，中間有一氣②、ΔP≠0

：左邊壓強P+ΔP大于右邊壓強P氣泡兩端的液面彎曲程度不再相等，左邊曲率半徑變大，右邊曲率半徑變小左邊附加壓強P左<右邊附加壓強P右※P右－P左＝ΔP時，系統(tǒng)仍能平衡，液柱不流動?！?/p>

ΔP>δ＝P右－P左，氣泡移動，圖示中將自左向右流

δ

－－臨界值，與液體與管壁的性質以及管半徑有關。②、ΔP≠0：左邊壓強P+ΔP大于右邊壓強P液體的表面現(xiàn)象課件液體的表面現(xiàn)象課件

肥皂膜收縮把線拉成一個弧形，線被繃緊完整的肥皂膜刺破一邊后棉線肥皂膜收縮把線拉成一個弧形，線被繃緊完整的肥皂膜刺破一打開閥門后?????它們?yōu)槭裁纯梢云谒嫔洗蜷_閥門后?????它們?yōu)槭裁纯梢云谒嫔稀?.4.1液體的表面張力一、表面張力表面的厚度：分子有效作用距離,

10-9m現(xiàn)象：

液面有收縮到最小的趨勢；液體的表面層中有一種使液面盡可能收縮成最小的宏觀張力。表面張力:說明：液面上存在沿表面的收縮力作用，這種力只存在于液體表面。

在液體與氣體的分界面處厚度等于分子有效作用半徑的那層液體稱為液體的表面。§1.4.1液體的表面張力一、表面張力表面的厚度：分子有效§1.4.1液體的表面張力表面的厚度：分子有效作用距離,

10-9m

在液體與氣體的分界面處厚度等于分子有效作用半徑的那層液體稱為液體的表面?！?.4.1液體的表面張力表面的厚度：分子有效作用距離,一、液體的表面現(xiàn)象

液體表面像張緊的彈性膜一樣，具有收縮的趨勢。（1）毛筆尖入水散開，出水毛聚合；（2）蚊子能夠站在水面上；（3）鋼針能夠放在水面上；（4）荷花上的水珠呈球形；（5）肥皂膜的收縮；

液體表面具有收縮趨勢的力，這種存在于液體表面上的張力稱為表面張力。說明：①力的作用是均勻分布的，力的方向與液面相切；②液面收縮至最小。一、液體的表面現(xiàn)象液體表面像張緊的彈性膜一樣表面張力系數(shù)從力的角度定義AB(1)(2)ff’AB(2)f(1)f’

從做功的角度定義ffFF做功為：△S指的是這一過程中液體表面積的增量，所以：

表示增加單位表面積時，外力所需做的功

稱為表面張力系數(shù)，表示單位長度直線兩旁液面的相互作用拉力，在國際單位制中的單位為N

·m-1

。1、表面張力系數(shù)的定義Ff液膜α二、表面張力

與分界線垂直并與液體表面相切。并且指向施力的液面一側。表面張力系數(shù)從力的角度定義AB(1)(2)ff’AB(2)f從表面能的角度定義

由能量守恒定律，外力F

所做的功完全用于克服表面張力，從而轉變?yōu)橐耗さ谋砻婺?/p>

△E

儲存起來，即：所以：

表示增大液體單位表面積所增加的表面能2、影響表面張力系數(shù)的因素:（1）不同液體的表面張力系數(shù)不同，密度小、容易蒸發(fā)的液體表面張力系數(shù)小。（2）同一種液體的表面張力系數(shù)與溫度有關，溫度越高，表面張力系數(shù)越小。（3）液體表面張力系數(shù)與相鄰物質的性質有關。（4）表面張力系數(shù)與液體中的雜質有關。

物質

水

水

水

汞

汞

界面物質

溫度表面張力

空氣

2072.8

空氣

4069.6

醚

2012.2

空氣

20490

水

20420

物質

菜油

乙醚

酒精

皂液

血液

界面物質溫度表面張力

空氣

2027.3

空氣

2017.0

空氣

2022.3

空氣

2025.2

空氣

3740--50從表面能的角度定義由能量守恒定律，外力F所對于肥皂膜，膜厚10-4m

，肥皂膜有兩個表面α的物理意義：數(shù)值上等于單位長度直線段兩側液面的表面張力－表面張力系數(shù)

與分界線垂直并與液體表面相切。并且指向施力的液面一側。fAfBABΔlNM對于肥皂膜，膜厚10-4m，肥皂膜有兩個表面α的物理意義水的抗拉強度指水柱在斷裂前，單位面積上所承受的最大張力外力克服表面張力所需的功—黏結功抗拉強度—單位面積黏結力水的抗拉強度指水柱在斷裂前，單位面積上所承受的最大張力外力克表面張力微觀解釋液體表面是一個厚度等于分子引力的有效作用距離薄層表面張力是分子力所引起的表面層的分子比液體內部分子的勢能大表面張力微觀解釋液體表面是一個厚度等于分子引力的表面張力是分

表面張力的微觀本質是表面層分子之間相互作用力的不對稱性引起的。

從能量的角度來解釋表面張力存在的原因。

分別以液體表面層分子A

和內部分子B為球心、分子有效作用距離為半徑作球（分子作用球）。

對于液體內部分子B，分子作用球內液體分子的分布是對稱的；ABB

B受力情況也是對稱的，所以沿各個方向運動的可能性相等。表面張力的微觀本質是表面層分子之間相互作用力

對于液體表面層的分子A，分子作用球中有一部分在液體表面以外，分子作用球內下部液體分子密度大于上部；

當液體內部分子移動到表面層中時，就要克服上述指向液體內部的分子引力作功，這部分功將轉變?yōu)榉肿酉嗷プ饔玫膭菽堋Ｋ砸后w表面層分子比液體內部分子的相互作用勢能大。

由勢能最小原則，在沒有外力影響下，液體應處于表面積最小的狀態(tài)。宏觀上就表現(xiàn)為表面張力存在，與液面相切;

A所受合外力指向液體內部，因此有向液體內部運動的趨勢。AfL對于液體表面層的分子A，分子作用球中有一

將質量為

m的待測液體吸入移液管內，然后讓其緩慢地流出。

當液滴即將滴下時，表面層將在頸部發(fā)生斷裂。此時頸部表面層的表面張力均為豎直向上，且合力正好支持重力。

用附有目鏡測微尺的望遠鏡測得斷裂痕的直徑為d

，移液管中液體全部滴盡時的總滴數(shù)為n

，則每一滴液體的重量為：所受的表面張力為：則有即表面張力系數(shù)的測定（液滴測定法）將質量為m的待測液體吸入移液管內，然后讓則大水滴的面積為例解設小水滴數(shù)目為n，n個小水滴的總面積為在融合過程中，小水滴的總體積與大水滴的體積相同，則

表面張力系數(shù)求所釋放出的能量溶合過程中釋放的能量

半徑為r=2×10-3mm的許多小水滴融合成一半徑為R=2mm的大水滴時。(假設水滴呈球狀，水的表面張力系數(shù)=73×10-3N·m-1在此過程中保持不變)

則大水滴的面積為例解設小水滴數(shù)目為n，n個小水滴的總與水接觸的油的表面張力系數(shù)a=1.8×10-2N·m-1，為了使1.0×10-3kg的油滴在水內散布成半徑r=10-6m小油滴，（散布過程可以認為是等溫的，油的密度為ρ=900kg·m-3）。設一個半徑為R的大油滴等溫地散布成N個小油滴，因而所需作的功為例解油的質量m

不變，則求需要作多少功可得：與水接觸的油的表面張力系數(shù)a=1.8×10-2N·m-1二、彎曲液面下的附加壓強

（Theadditionalpressureunderacurvedsurface）

自然界中有許多情況下液面是彎曲的，彎曲液面內外存在一壓強差，稱為附加壓強,用Ps表示。附加壓強是由于表面張力存在而產生的。

rOO'RP外SP內S外部大氣壓力:P外S內部大氣壓力:P內S表面張力:f

球冠形液體元凸狀球形液面其中為液面內側的壓強，為液面外側的壓強。當球冠形液體元穩(wěn)定存在時二、彎曲液面下的附加壓強（Theadditionalpdf//df⊥dfrABCRdl·球形液面的附加壓強公式推倒（附加壓強與表面張力系數(shù)、曲率半徑的定量關系）表面張力的合力為由于，所以df//df⊥dfrABCRdl·球形液面的附加壓強公式推倒據力平衡條件，當球冠形液體元穩(wěn)定存在時整理得：即附加壓強表明：球形彎曲液面的附加壓強與表面張力系數(shù)成正比，與液面的曲率半徑成反比。同理可以證明,對于凹形液面負號表示凹狀球形液面下液體內部壓強小于外部壓強。

rOO'RP外SP內S

球冠形液體元據力平衡條件，當球冠形液體元穩(wěn)定存在時整理得：即附加壓強表明？對于水平液面，附加壓強為表面張力抵消？對于水平液面，附加壓強為表面張力抵消

分析小薄層液片受力情況，

分析小薄層液片受力情況，表面張力的合力的方向與凸面法線方向相反，fΔsP0PsP內凹形液面：PsP內所以表面張力的合力方向不同，決定了是還是凸形液面：f所以表面張力的合力的方向與凹面法線方向相反，ffP0Δs=P0+Ps=P0-Ps分析小薄層液片受力RCAB【例】如圖所示球形液膜，內外半徑近似相等為R。已知液體的表面張力系數(shù)為，求球形液泡內部壓強。（大氣壓為P0）解：液面外大氣壓為P0，在平衡狀態(tài)下，液膜外表面為凸液面，有液膜內表面為凹液面，有所以附加壓強為球形液泡內氣體的壓強為球形液膜，兩個球形面的半徑近似相等RCAB【例】如圖所示球形液膜，內外半徑近似相等為R。已知

打開活塞后，兩肥皂泡將如何變化？解:由肥皂泡內外氣體壓強差，有打開連通管后氣體將從B

流向A。

由于

所以AB？（假設肥皂薄膜厚度為定值）那么形成B的肥皂薄膜最后會不會流經連通管，最后到達A？打開活塞后，兩肥皂泡將如何變化？解:由肥皂泡內外氣體壓強差在水下深度為h處有一直徑d的空氣泡。設水面壓強為大氣壓P0、水密度ρ水、水的表面張力系數(shù)α水。氣泡內空氣的壓強。解例求dhP0彎曲液面是如何形成的呢?在水下深度為h處有一直徑d的空氣泡。設水面壓強為大氣壓大小不同的所有肺泡維持正常呼吸的原因由于大小氣泡是連通，按照拉普拉斯定律，如果肺泡內壁組織液層的表面張力系數(shù)不變，小氣泡附加壓強大，而大氣泡附加壓強小，小氣泡萎縮，大氣泡則脹破。實際上這種現(xiàn)象并沒有發(fā)生，原因是肺泡內壁存在的表面活性物質，它調節(jié)大小肺泡的表面張力系數(shù)，從而使大小氣泡的壓強穩(wěn)定，使小氣泡不致萎縮，大氣泡不致過分膨脹，從而維持大小不同的所有肺泡進行正常呼吸。肺泡的表面張力系數(shù)的調節(jié)過程為：肺泡內壁上表面活性物質的量是不變的，吸氣時，肺泡擴張，表面積增大，表面活性物質的濃度相對減少，而使表面張力系數(shù)和附加壓強相應增大，對肺泡的擴大起抑制作用。呼氣時，肺泡收縮，表面積縮小，表面活性物質濃度相對增大，而使表面張力系數(shù)和附加壓強相應變小，對肺泡的收縮起抑制作用液體的表面現(xiàn)象講稿課件二、彎曲液面的附加壓強表面張力的存在使彎曲液面內外形成一個附加壓強。設液面為球面，圖上各量的意義導出附加壓強表面張力df分解df1和df2df1的合力表面張力對液體內部產生的附加壓強二、彎曲液面的附加壓強表面張力的存在使彎曲液面內外形成一個凸液面氣液氣液氣液凹液面平液面肥皂泡P0液P`PR凸液面氣氣氣凹液面平液面肥皂泡P0R一、潤濕和不潤濕附著層：在液體與固體接觸面上厚度為液體分子有效作用半徑的液體層。是由附著層分子力引起的潤濕不潤濕內聚力：液體內部分子對附著層內液體分子的吸引力附著力：固體分子對附著層內液體分子的吸引力

潤濕和不潤濕決定于液體和固體的性質?！?.4.2

毛細現(xiàn)象一、潤濕和不潤濕附著層：在液體與固體接觸面上厚度為液體分子有內聚力大于附著力A不潤濕內聚力小于附著力A潤濕

液體對固體的潤濕程度由接觸角來表示。接觸角：在液、固體接觸時，固體表面經過液體內部與液體表面所夾的角。

通常用q來表示。液體潤濕固體；當時，當時，液體不潤濕固體；當時，液體完全潤濕固體；當時，液體完全不潤濕固體；q潤濕q不潤濕潤濕與不潤濕微觀解釋內聚力大于附著力A不潤濕內聚力小于附著力A潤濕從能量角度解釋不潤濕

對于附著層內任意一分子

A

，當內聚力大于附著力時，A分子受到的合力f'

垂直于附著層指向液體內部。Af'液體固體

液體分子從液體內部運動到附著層內必須反抗f'

做功（即分子勢能增大），附著層內分子勢能比液體內部分子勢能大。

根據平衡態(tài)勢能最小的原則，附著層內的分子要盡量擠入液體內（即盡量處于低勢能態(tài)），結果附著層收縮，表現(xiàn)為液體不潤濕固體。從能量角度解釋不潤濕對于附著層內任意一分子

當內聚力小于附著力時，附著層內的分子A受到的合力f’垂直于附著層指向固體表面。從能量角度解釋潤濕Af’液體固體

液體分子從液體內部運動到附著層內分子間作用力做正功（即分子勢能減小），使得附著層內分子勢能比液體內部分子勢能小。

液體內部的分子要盡量擠入附著層，結果附著層擴展，表現(xiàn)為液體潤濕固體。當內聚力小于附著力時，附著層內的分子A受二、毛細現(xiàn)象

將細的管插入液體中，如果液體潤濕管壁，液面成凹液面，液體將在管內升高；如果液體不潤濕管壁，液面成凸液面，液體將在管內下降。這種現(xiàn)象稱為毛細現(xiàn)象。hh能夠產生毛細現(xiàn)象的細管稱為毛細管。二、毛細現(xiàn)象將細的管插入液體中，如果液體潤濕1、毛細現(xiàn)象產生的原因

毛細現(xiàn)象是由于潤濕或不潤濕現(xiàn)象和液體表面張力共同作用引起的。固體液體如果液體對固體潤濕，則接觸角為銳角。固體液體h如果液體對固體不潤濕，則接觸角為銳角。

h

容器口徑非常小，附加壓強的存在將使管內液面升高，產生毛細現(xiàn)象。

容器口徑很小，附加壓強的存在將使管內液面降低，產生毛細現(xiàn)象。1、毛細現(xiàn)象產生的原因毛細現(xiàn)象是由于潤濕或不2

管內液面上升（或下降）的高度

(1)液體潤濕管壁

毛細管剛插入水中時，管內液面為凹液面，PD=P0,PC<P0,D、C

為等高點，但PC<PD

，所以液體不能靜止，管內液面將上升，直至PD=PC為止：2管內液面上升（或下降）的高度(1)液體潤濕管設管內液面為一半徑為R

的凹球面附加壓強為：即2、毛細管中液面上升或下降的高度

如圖，一截面半徑為

r

的毛細圓管，液體潤濕管壁，接觸角為q

。θ由幾何關系可知：RCBAr又且得：h若液體不潤濕管壁，則可得：

潤濕管壁的液體在毛細管中上升的高度與液體的表面張力系數(shù)成正比，與毛細管的截面半徑成反比。管內液面下降。在完全潤濕或完全不潤濕的情況下，=0或=

，則：

設管內液面為一半徑為R的凹球面附加壓強為：即2、毛細管中F表面張力向上的分量與液柱重力平衡得F表面張力向上的分量與液柱重力平衡得氣體拴塞現(xiàn)象

如果讓液體流動起來，表面會有什么變化呢？

如圖所示的實驗裝置，當活塞不施加壓強（假設活塞下的氣柱中壓強為大氣壓P0）時，即

給活塞施加壓強并逐漸增大，發(fā)現(xiàn)當施加的壓強很小時，液面并不降低，只是液面的曲率半徑變小了。只有當壓強增加到一定程度液面才下降。

這是由于液體具有黏滯性，當給活塞施加一較小壓強時，只是凹形液面的曲率半徑變小了，附加壓強增大，液面下壓強仍然能夠保持不變，即液面不下降。氣體拴塞現(xiàn)象如果讓液體流動起來，表面會有什么變

逐漸增大右端的壓強，剛開始液滴并不移動，只是右液面的曲率半徑減??；只有當壓強增量超過一定的限度時，液滴才開始移動。這種現(xiàn)象對生物毛細管中液體的流動有影響。

如圖，PPPP＋

△PP如果毛細管中有

n個液滴，根據上述討論，如果最左邊彎液面處壓強為P；

同理，要使第二個液滴移動，第二個氣泡中的壓強必須必須大于

P+2ΔP

。P+ΔPP+2ΔP如果要使這n個液滴移動，則最右端必須施以大于P+nΔP

的壓強。P+3ΔPP+nΔP

當液體在毛細管中流動時，如果管中出現(xiàn)氣泡，液體的流動會受阻，如果氣泡產生得多了，就會堵住毛細管，使液滴不能流動。這種現(xiàn)象稱為氣體栓塞現(xiàn)象。逐漸增大右端的壓強，剛開始液滴并不氣體栓塞現(xiàn)象的危害舉例：（1）靜脈注射或肌肉注射時要將針管中得氣體排除后再注射；（2）當環(huán)境氣壓突然降低時，人體血管中溶解的氣體因為溶解度下降而析出形成氣泡；比如潛水員從深海迅速上升到水面時容易造成血栓而致命。（3）在溫度升高時，植物體內的水分也會析出氣體，形成氣泡堵塞毛細管，使部分枝葉的水分或營養(yǎng)缺乏而枯萎。土壤孔隙中的毛管水毛細永動機能否制造出來？植物水分的輸運機制氣體栓塞現(xiàn)象的危害舉例：（1）靜脈注射或肌肉注射時要將針管中毛細永動機能否制造出來？由可知：

液體沿毛細管（液體潤濕管壁）“自動地”上升的

如果毛細管的實際高度h0比液體上升的高度h小，液體能否自動從管子中流出來形成“毛細永動機”？高度似乎與毛細管的實際高度沒有關系。h實際上，毛細永動機是不可能存在的。P0AP0液體潤濕管壁會產生一定的接觸角q

，形成凹形液面，從而產生一定的附加壓強，即

A

點的壓強為，在大氣壓的作用下，液面會上升；如果毛細管露出水面的長度足夠，液面會上升。毛細永動機能否制造出來？由hP0A

如果毛細管露出水面的長度h0<h

，則當液體上升到管口時，液面的曲率半徑將增大，從而附加壓強減小，PA

增大。hP0A

當曲率半徑增大到時，

A

點壓強增大，液面不再上升。

因此，即使毛細管的實際高度

h0比液體上升的高度

h

小，也不會形成毛細永動機。hP0A如果毛細管露出水面的長度h0<h土壤孔隙中的毛管水

土壤基質借顆粒表面的吸附與孔隙的毛管作用而吸持水分，其中吸附的水分稱為吸附水，難以被植物吸收；

吸附水的含量與土壤顆粒的種類（比如粗砂土與細粘土的含水量不同）、表面積大小有關。

由于毛管作用而保持的水分稱為毛管水，不易流失而且容易被植物吸收，在農業(yè)生產中具有重要意義。

毛管水的含量則不僅與土壤顆粒種類、表面積大小有關，而且還與土壤顆粒的排列和集聚形式有關。

由可知，毛細現(xiàn)象與液體表面張力系數(shù)有關，因此與溫度有關。土壤孔隙中的毛管水土壤基質借顆粒表面的吸附與

夜間土壤表層溫度低，水的表面張力系數(shù)較大；而在土壤較深層溫度較高，水的表面張力系數(shù)較小，水分會沿毛細管上移。所以拂曉時分土壤表層水分含量高于正常水平。保持土壤水分是農業(yè)增產的一個重要問題。

對于一般植物，如果土壤含水量飽和，則毛細管全部被液態(tài)水充滿，通氣性能差；含水量過低，植物吸水困難，對作物生長不利。為了保持土壤中適當?shù)暮浚?1)增加腐殖質不僅補充了肥料，還可以改善土壤的空隙結構，增加毛管水的貯量；(2)溫室中通常以滲流灌溉并對土壤含水量進行適時監(jiān)控；(3)

對于田間耕種，旱田播種后把地表壓實可以使土壤顆粒之間形成較好的毛細管，利于水分上升至地表；而冬天則應把土壤翻松，破壞土壤的毛細管，使水分不易上升到地表而被蒸發(fā)掉