關(guān)于表面張力的教學(xué)探討教育論文
【摘要】物理學(xué)內(nèi)容的應(yīng)用是很廣泛的，學(xué)生應(yīng)重視學(xué)習(xí)物理。這也是當(dāng)今社會(huì)培養(yǎng)學(xué)生崇尚科學(xué)、適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的需要。
【關(guān)鍵詞】物理 表面張力 表面層
表面張力的內(nèi)容比較抽象，不容易被理解，是學(xué)生們學(xué)習(xí)中比較難掌握的一部分知識(shí)。如何調(diào)動(dòng)學(xué)生們學(xué)習(xí)的熱情，使其理解概念，總結(jié)規(guī)律，將所學(xué)的物理知識(shí)聯(lián)系自然現(xiàn)象，從而提高學(xué)生的自身素質(zhì)，應(yīng)該是教師積極探索的。作者認(rèn)為從以下幾個(gè)方面組織教學(xué)，應(yīng)該會(huì)取得不錯(cuò)的教學(xué)效果。
一、液體的表面張力產(chǎn)生的原因
表面張力來(lái)自于什么?要解釋這個(gè)問(wèn)題首先要理解表面層的概念，然后通過(guò)分析表面層分子間距離與其受力情況，總結(jié)什么是表面張力。
1.液體跟氣體接觸的表面形成一個(gè)薄層，通常稱之為表面層。液體的表面層是介于空氣和液體之間的。
2.表面層里的分子間距離及其運(yùn)動(dòng)情況與液體內(nèi)部均不相同。表面層分子間的距離小于氣體分子間的距離、大于液體分子間的距離。氣體分子對(duì)液面分子的作用極其微弱，表面層的分子主要受到來(lái)自液體內(nèi)部分子的作用，與液體內(nèi)的分子相比，表面層的分子受到的作用要弱些，因而振動(dòng)的振幅要比液內(nèi)分子大些，分子間平均距離也相應(yīng)大些，所以表面層分子的分布比液體內(nèi)部稀疏。
3.分子間的作用力與分子間的距離有關(guān)。在液體內(nèi)部分子間既存在著引力，又存在著斥力，引力和斥力的數(shù)量級(jí)相同，在通常的條件下可以認(rèn)為它們的大小是相等的。而表面層里分子間的距離增大，引力和斥力都減小，但斥力減小得更快，所以，分子間的相互作用表現(xiàn)為引力。
所以可作小結(jié)：從微觀上看，表面張力是因?yàn)橐后w表面薄層內(nèi)分子間的相互作用， 它不同于液體內(nèi)部分子間的相互作用，從而使液體表面層具有一種特殊性質(zhì)， 宏觀上便表現(xiàn)出液體表面具有收縮的趨勢(shì)， 整個(gè)液面就會(huì)處在一種張緊的狀態(tài)， 表面上出現(xiàn)張力。簡(jiǎn)單地說(shuō)表面張力是液體表面層相鄰部分之間的吸引力�？梢�(jiàn)液體表面張力是一部分液面與另一部分液面之間的相互作用， 施力物體和受力物體都是液體。如果在液面上劃一條分界線，把液面分為A和B 兩部分，那么，由于表面層中分子間的引力，液面A對(duì)液面B有引力FAB的作用，液面B對(duì)液面A有引力FBA作用，F(xiàn)AB和FBA大小相等、方向相反，這種存在于各部分液面間的相互吸引力稱為液體的表面張力。
二、液體的表面張力的方向
表面張力是跟液體表面共面或相切的。如果液面是平面，表面張力就在這個(gè)平面上；如果液面是曲面，表面張力就在這個(gè)曲面的切面上。作用在任何一部分液面上的表面張力，總是跟這部分液面的分界線垂直。當(dāng)液面中間沒(méi)有分界線時(shí)，可以任意畫一條線，表面張力都與該線垂直。因此表面張力在液面里各個(gè)方向都有，使液面像一張繃緊的橡皮膜。
三、液體的表面張力的大小
由于表面張力來(lái)自于大量分子間的引力，是大量分子引力的宏觀表現(xiàn)，如果參與作用的分子越多，宏觀的表面張力就越大。因此表面張力與所研究的那部分液面的周界線的'長(zhǎng)度L成正比；不同性質(zhì)的液體，表面張力應(yīng)不同，因此引入了表面張力系數(shù)σ，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)表面張力系數(shù)與液體性質(zhì)、溫度和純度有關(guān)，故表面張力表示為：F =σL。 四、液體的表面張力所產(chǎn)生的壓強(qiáng)
由于表面張力作用，彎曲液面有一個(gè)特點(diǎn)，就是在它的下面產(chǎn)生附加壓強(qiáng)，其數(shù)值為P =2σR，顯然該附加壓強(qiáng)和表面張力系數(shù)成正比和表面的半徑R成反比。表面彎曲越厲害，其半徑R越小，附加壓強(qiáng)P就越大。對(duì)凸液面，液面內(nèi)壓強(qiáng)大于液面外壓強(qiáng)，附加壓強(qiáng)P向下；對(duì)凹液面，液面內(nèi)壓強(qiáng)小于液面外壓強(qiáng)，附加壓強(qiáng)P向上。
通過(guò)以上幾方面的分析講解，學(xué)生們對(duì)液體的表面張力應(yīng)該有了清晰的認(rèn)識(shí)，所以通過(guò)具體解釋在平靜的水面上輕輕放上一枚硬幣而不下沉的現(xiàn)象，使學(xué)生們進(jìn)一步加深對(duì)表面張力的理解。
對(duì)于這個(gè)現(xiàn)象，部分同學(xué)們會(huì)認(rèn)為硬幣不下沉是由于硬幣受到了液體的表面張力和重力相平衡的緣故，這顯然是錯(cuò)誤的。
首先，要向?qū)W生們明確硬幣不可能受到表面張力的作用。因?yàn)閺挠矌胖醒氪怪庇谝好娣较蜃饕环纸缇�把液面分成A、B兩部分， 而FAB是A液面對(duì)B液面的表面張力， FBA是B液面對(duì)A液面的表面張力， FAB與FBA都垂直于分界線與液面相切， 所以顯然FAB與FBA都不是作用在硬幣上。
然后，解釋硬幣不下沉的原因。由于硬幣在水面上的受力情況與其在橡皮膜上的受力情況極為相似，所以可以對(duì)比硬幣在橡皮膜上的受力，使學(xué)生理解的更形象。在橡皮膜上， 硬幣受到了重力和膜的支持力這一對(duì)平衡力的作用。由于表面張力能使液體表面的分子都互相牽引， 不容易隨便脫離，形成一層薄膜， 就好像一張張緊的橡皮膜一樣， 只要這層膜不破裂， 硬幣便會(huì)由于重力的作用而對(duì)液面產(chǎn)生一個(gè)壓力，根據(jù)牛頓第三定律，液面也會(huì)對(duì)硬幣產(chǎn)生一個(gè)向上的支持力，硬幣的重力與這個(gè)支持力平衡，所以硬幣不下沉，并不是受到液體表面張力的緣故，而是液膜對(duì)硬幣的支持力在起作用，如果液膜破裂(如滴一滴洗潔精) 則硬幣迅速下沉。從上面的分析可知，表面張力與液膜的支持力是根本不同的兩個(gè)概念。
通過(guò)以上教學(xué)實(shí)踐，筆者發(fā)現(xiàn)，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生將抽象的物理知識(shí)與客觀現(xiàn)象相聯(lián)系，獲得良好的教學(xué)效果。這也符合了當(dāng)今社會(huì)培養(yǎng)學(xué)生崇尚科學(xué)、適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的需要。