1、第3章 液体的表面现象复习教师：陈莹莹2022年12月27日理学院 应用物理系1 第1节：液体的表面张力 第4节：蒸发与凝结2022年12月27日理学院 应用物理系2 第2节：弯曲液面的附加压强 第3节：毛细现象 液体液体分子间作用力显著分子间作用力显著，宏观上表现为，宏观上表现为不易压缩性，不易压缩性，液体分子在平衡位置附近做液体分子在平衡位置附近做振动振动和在液体内和在液体内移动移动。定居时间：定居时间：液体分子在每一个平衡位置上振动的时间。液体分子在每一个平衡位置上振动的时间。2022年12月27日理学院 应用物理系31.11.1 液体的微观结构说明说明不同液体，随着温度、压强的不同，定
2、居时间不同液体，随着温度、压强的不同，定居时间不同不同。当外力作用时间当外力作用时间大于大于定居时间定居时间表现为液体的表现为液体的流动性流动性 当外力作用时间当外力作用时间小于小于定居时间定居时间表现为表现为固体固体特有的弹性形特有的弹性形变、脆性断裂等力学现象变、脆性断裂等力学现象 液体表面像张紧的弹性薄膜一样，具有使液体表面液体表面像张紧的弹性薄膜一样，具有使液体表面收缩至收缩至最小的趋势最小的趋势。液体表面具有收缩作用的力，称为液体的液体表面具有收缩作用的力，称为液体的表面张力表面张力。1.21.2 液体的表面张力现象及其微观本质液体的表面张力现象液体的表面张力现象2022年12月27
3、日理学院 应用物理系41.21.2 液体的表面张力现象及其微观本质液体表面张力的微观本质液体表面张力的微观本质2022年12月27日理学院 应用物理系5 从从力的角度力的角度看，在宏观上看，在宏观上就呈现为就呈现为表面张力表面张力。液体表面层分子比液体内部分子的相互作用势能大液体表面层分子比液体内部分子的相互作用势能大。由由势能最小原则势能最小原则，在没有外力影响下，液体应处于，在没有外力影响下，液体应处于表表面积最小面积最小的状态。即液面具有的状态。即液面具有收缩收缩趋势，就像绷紧的膜。趋势，就像绷紧的膜。从力的角度定义从力的角度定义fL 称为称为表面张力系数表面张力系数，表示单位长度直线两
4、旁液面的，表示单位长度直线两旁液面的相互作用拉力，单位为相互作用拉力，单位为 N m-1 。1.31.3 表面张力系数2022年12月27日理学院 应用物理系6SW表示液面增加单位表面积时，外力所需做的功。表示液面增加单位表面积时，外力所需做的功。从做功的角度定义从做功的角度定义SE表示液面增加单位表面积所增加的表面能表示液面增加单位表面积所增加的表面能。从表面能的角度定义从表面能的角度定义 （1 1）不同液体不同液体的表面张力系数不同，密度小、容易蒸发的表面张力系数不同，密度小、容易蒸发的液体表面张力系数小。的液体表面张力系数小。（2 2）同一种液体的表面张力系数与）同一种液体的表面张力系数
5、与温度温度有关，温度越高，有关，温度越高，表面张力系数越小。表面张力系数越小。（3 3）液体表面张力系数与）液体表面张力系数与相邻物质的性质相邻物质的性质有关。有关。（4 4）表面张力系数与）表面张力系数与液体中的杂质液体中的杂质有关。有关。1.31.3 表面张力系数表面张力系数的基本性质表面张力系数的基本性质2022年12月27日理学院 应用物理系7例例半径为半径为r=210-3mm的许多小水滴融合成一半径为的许多小水滴融合成一半径为R=2mm的的大水滴时大水滴时(水滴呈球状，水的表面张力系数水滴呈球状，水的表面张力系数=73=731010-3-3N Nm m-1-1保持不变保持不变)，求，
6、求所释放出的能量所释放出的能量。解解大水滴的面积为大水滴的面积为 nrS2424 RS 设小水滴数目为设小水滴数目为 n，n 个小水滴的总面积为个小水滴的总面积为在融合过程中，小水滴的总体积与大水滴的体积相同，则在融合过程中，小水滴的总体积与大水滴的体积相同，则333434Rnr33rRn 表面张力系数表面张力系数 SE融合过程中释放的能量源于表面积融合过程中释放的能量源于表面积 减少释放的表面能减少释放的表面能2)1(4RrRSE)44(22Rnr则则1.31.3 表面张力系数2022年12月27日理学院 应用物理系8与水接触的油的表面张力系数与水接触的油的表面张力系数 =1.810-2Nm
7、-1，为了使，为了使 1.010-3 kg 的油滴在水内散布成半径的油滴在水内散布成半径 r=10-6m 小油滴小油滴（不变不变，油的密度为，油的密度为=900kg=900kgm m-3-3），需要做多少功？），需要做多少功？例例SW)(422RNrS设设一个一个半径为半径为R 的的大油滴散布成大油滴散布成N N 个小油滴，个小油滴，表面积增加，表面积增加，因因而所需作的功而所需作的功为为解解油的质量油的质量 m 不变，则不变，则334Rm 343rmN3143mR334rNmJ10062.W可得：可得：1.31.3 表面张力系数2022年12月27日理学院 应用物理系9 第1节：液体的表面张
8、力 第4节：蒸发与凝结2022年12月27日理学院 应用物理系10 第2节：弯曲液面的附加压强 第3节：毛细现象 对于对于弯曲液面弯曲液面来说，由于液体来说，由于液体表面张力的存在表面张力的存在，在靠近，在靠近液面的两侧就形成液面的两侧就形成压强差压强差，称为，称为附加压强附加压强。外内PPPs其中其中 为液面内侧的压强，为液面内侧的压强，为液面外侧的压强。为液面外侧的压强。内P外P2.12.1 弯曲液面的附加压强2022年12月27日理学院 应用物理系11注意：附加压强注意：附加压强正负正负，与方向无关与方向无关，仅表示液面内外压强的，仅表示液面内外压强的 大小关系大小关系。0sP 表面张力
9、的合力表面张力的合力f合合的方向指向的方向指向液面液面内内，与，与P0方向方向相同相同fsPsP2凹液面凹液面PsP30sP 凸液面凸液面f 表面张力的合力表面张力的合力f合合的方向指向的方向指向空气空气，与与P3方向方向相同相同ffP0sP02.12.1 弯曲液面的附加压强2022年12月27日理学院 应用物理系12 球形液面球形液面的的附加压强附加压强与与表面张力系表面张力系数数成成正比正比，与液面的，与液面的曲率半径曲率半径成成反比反比。同理可证，对同理可证，对凹形液面凹形液面RPs2RPS22.22.2 球形液面的附加压强附加压强与表面张力的定量关系附加压强与表面张力的定量关系2022
10、年12月27日理学院 应用物理系13df/dfdfrABCRdlRCAB球形液泡内气体的压强为球形液泡内气体的压强为RPPPPS4002.22.2 球形液面的附加压强球形液膜球形液膜附加压强与表面张力的定量关系附加压强与表面张力的定量关系2022年12月27日理学院 应用物理系14如果液面外大气压为如果液面外大气压为P0，在平衡状态下，在平衡状态下，球形液面内球形液面内液体压强为液体压强为凹形液面内凹形液面内液体压强为液体压强为RPP20RPP20例例求求如图所示的装置中，连通管活塞关闭，左右两端吹成一大如图所示的装置中，连通管活塞关闭，左右两端吹成一大一小两个气泡。（假设肥皂薄膜厚度为定值）
11、一小两个气泡。（假设肥皂薄膜厚度为定值）如果打开连通管，气体会怎么运动？如果打开连通管，气体会怎么运动？解解AARPP 40 BBRPP 40 BARR BAPP 2.22.2 球形液面的附加压强2022年12月27日理学院 应用物理系15 第1节：液体的表面张力 第4节：蒸发与凝结2022年12月27日理学院 应用物理系16 第2节：弯曲液面的附加压强 第3节：毛细现象液体对固体的润湿程度由液体对固体的润湿程度由接触角接触角来表示。来表示。接触角接触角：在液、固体接触时，固体表面：在液、固体接触时，固体表面经过液体内部经过液体内部与与液体表面所夹的角，通常用液体表面所夹的角，通常用 表示。表
12、示。当当 时，液体时，液体润湿润湿固体；当固体；当 时，液体时，液体不润湿不润湿固体。固体。22 当当 时，液体时，液体完全润湿完全润湿固体；当固体；当 时，液体时，液体完全不完全不润湿润湿固体。固体。0 润湿润湿 不润湿不润湿3.13.1 润湿和不润湿2022年12月27日理学院 应用物理系17润湿和不润湿取决于润湿和不润湿取决于液体和固体的性质液体和固体的性质，是由，是由附着层分附着层分子力子力引起的。引起的。毛细现象毛细现象是由于是由于润湿或不润湿现象润湿或不润湿现象和和液体表面张力液体表面张力共同共同作用引起的。作用引起的。固固体体液体液体 如果液体对固体如果液体对固体润湿润湿，则，则
13、形成形成凹液面凹液面。附加压强。附加压强向上向上，管内管内液面升高液面升高，产生，产生毛细现象毛细现象。固固体体液体液体 如果如果液体对固体液体对固体不润湿不润湿，则则形成形成凸液面凸液面，附加压强，附加压强向下向下，管，管内液面内液面降低降低，产生产生毛细现象毛细现象。3.23.2 毛细现象毛细现象产生的原因毛细现象产生的原因2022年12月27日理学院 应用物理系183.23.2 毛细现象Rrh2022年12月27日理学院 应用物理系19grhcos2毛细管中液面上升或下降的高度毛细管中液面上升或下降的高度说明说明若液体不润湿管壁，则若液体不润湿管壁，则 可可得得 ，管内液面，管内液面下降下降。0cos2grh2在完全润湿或完全不润湿的情况下，在完全润湿或完全不润湿的情况下，=0=0或或 =，则：，则：grh2上升或下降的最大值上升或下降的最大值 第1节：液体的表面张力 第4节：蒸发与凝结2022年12月27日理学院 应用物理系20 第2节：弯曲液面的附加压强 第3节：毛细现象2022年12月27日理学院 应用物理系21
