液體表面張力的非常規(guī)實(shí)驗(yàn)

羅釗穎 張軍朋

摘 要：液體表面張力不易直接觀察，現(xiàn)有人教版中的實(shí)驗(yàn)較為簡(jiǎn)單，不足以應(yīng)對(duì)更復(fù)雜的物理現(xiàn)象。作者通過兩個(gè)簡(jiǎn)單易做的非常規(guī)實(shí)驗(yàn)彌補(bǔ)其不足，有利于教師開展相關(guān)教學(xué)活動(dòng)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。

關(guān)鍵詞：液體表面張力；非常規(guī)；物理實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2018）12-0050-2

1 引 言

液體表面張力是中學(xué)物理教材中的一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)。液體產(chǎn)生表面張力的根本原因是由于液體表面分子間的距離接近分子力作用的距離。因此，充分認(rèn)識(shí)液體表面張力有助于學(xué)生深化對(duì)分子力的認(rèn)識(shí)和理解。人教版中該章節(jié)有利用肥皂水和棉線、鐵絲框來進(jìn)行的課堂實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)明易懂，但是實(shí)驗(yàn)的趣味性不足，且不利于讓學(xué)生應(yīng)用已有知識(shí)來解釋和分析產(chǎn)生某種復(fù)雜物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因。而非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)新奇有趣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體驗(yàn)性強(qiáng)等特點(diǎn)能夠有效地彌補(bǔ)原本教材這方面的不足[1]。

非常規(guī)實(shí)驗(yàn)是指利用生活中易得的材料制作完成的有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和加深對(duì)知識(shí)理解的實(shí)驗(yàn)[2]。以下將介紹兩個(gè)關(guān)于液體表面張力的非常規(guī)實(shí)驗(yàn)，為教師開展液體表面張力的教學(xué)提供些許思路。

2 倒置不漏水的水杯

2.1 實(shí)驗(yàn)器材

鐵絲網(wǎng)封口的透明玻璃杯（如圖1）、清水、鋁板。

圖1 用鐵絲網(wǎng)封口的透明玻璃杯

2.2 實(shí)驗(yàn)原理

鐵絲網(wǎng)把倒置的液體表面劃分成無數(shù)個(gè)小的液面。對(duì)于一個(gè)小液面來說，它豎直方向上受到液面以上液柱的重力，而鐵絲網(wǎng)不會(huì)為這部分液柱提供支持力。由于液體表面張力的作用，液體表面具有一定的彈性，在重力作用下，液體表面發(fā)生微小變形，為小液柱提供豎直向上的支持力，因此倒置玻璃杯中的水不會(huì)流出。

2.3 設(shè)計(jì)意圖

水不會(huì)從沒密封的玻璃杯中流出，從而激發(fā)學(xué)生的好奇心，關(guān)注產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因，可以作為液體表面張力的導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)。

2.4 實(shí)驗(yàn)步驟和現(xiàn)象

（1）向玻璃杯中裝入少量清水，微微傾斜玻璃杯，水從鐵絲網(wǎng)中流出來；

（2）向玻璃杯中裝入少量清水，用鋁板緊蓋在玻璃杯口處；

（3）迅速倒置玻璃杯；

（4）取走鋁板，水不會(huì)從鐵絲網(wǎng)中流出。

2.5 應(yīng)用實(shí)例

風(fēng)油精的瓶口都是比較小的，相當(dāng)于上述實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)網(wǎng)格相應(yīng)的液柱，倒置時(shí)瓶中液體由于液體表面張力的作用不輕易流出（如圖3），同時(shí)還能減少揮發(fā)。這個(gè)現(xiàn)象雖然微小，但是卻十分常見。

3 肥皂小船

3.1 實(shí)驗(yàn)器材

泡沫板，牙簽，肥皂，水盆或舊飲料瓶。

3.2 實(shí)驗(yàn)原理

肥皂能夠溶于清水，肥皂中含有表面活性劑，因此溶解在水中之后，能夠破壞清水的液體表面張力，使得船尾部的液體表面張力變小，而船前部的液體表面張力較大，船前部的水面會(huì)拉著船前行。

3.3 設(shè)計(jì)意圖

肥皂能驅(qū)動(dòng)小船移動(dòng)，這與日常生活中認(rèn)識(shí)到的肥皂的功能看似不搭邊，讓學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，從而激發(fā)他們深入了解液體表面張力的興趣。另外能了解到表面活性劑對(duì)液體表面張力的影響，拓寬對(duì)液體表面張力的認(rèn)識(shí)。

3.4 實(shí)驗(yàn)步驟和現(xiàn)象

（1）制作肥皂小船，將泡沫板裁成前窄后寬的形狀，并在尾部固定一塊肥皂，要求小船放入水中時(shí)肥皂能與水接觸；

（2）在水槽中放入適量清水；

（3）待水槽中的水基本靜止無波動(dòng)時(shí)，將小船輕輕放在水面上，引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)，小船會(huì)緩緩地向前行進(jìn)。

3.5 生活實(shí)例

生活中洗衣服的時(shí)候往往也需要使用肥皂或者洗衣液。肥皂和洗衣液中含有大量的表面活性劑，表面活性劑能夠破壞液體表面張力，使得水能輕易地穿過衣服上微小的縫隙，污漬也更容易溶解在水中。

4 結(jié) 論

以上兩則非常規(guī)實(shí)驗(yàn)不僅現(xiàn)象直觀，操作簡(jiǎn)單，并且有趣，能夠激發(fā)學(xué)生的興趣，引發(fā)學(xué)生思考，既可以用作課堂上的導(dǎo)入演示實(shí)驗(yàn)，亦可作為課后趣味實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生課下實(shí)踐，讓學(xué)生建立物理課堂與生活的聯(lián)系，豐富對(duì)液體表面張力這一概念的認(rèn)識(shí)，深化對(duì)分子力的理解。

參考文獻(xiàn)：

[1]張偉，郭玉英，劉炳昇.非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)：有待深入開發(fā)的重要物理課程資源[J].物理教師，2005，26（9）：47-50.

[2]劉亞群.非常規(guī)實(shí)驗(yàn)在初中物理教學(xué)中的運(yùn)用與思考[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2018，47（7）：34-35.

（欄目編輯 王柏廬）