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第二章液体的性质第1页，本讲稿共46页清晨，可以看到小草叶片上的露珠是球形的，在郊外小池塘的水面上跳来跳去的小昆虫不会沉入水里去，为什么？第2页，本讲稿共46页第3页，本讲稿共46页第4页，本讲稿共46页液体的性质与其微观结构有关液体的性质与其微观结构有关液体具有一定的体积，不易压缩。液体具有一定的体积，不易压缩。液体没有一定形状，并具有流动性。液体没有一定形状，并具有流动性。概概 述述由于液体分子间距小，分子间相互作用力较大，由于液体分子间距小，分子间相互作用力较大，当液当液体与气体、固体接触时，交界处由于体与气体、固体接触时，交界处由于分子力作用分子力作用而产生而产生一系列特殊现象，即：液体表面现象。一系列特殊现象，即：液体表面现象。第5页，本讲稿共46页n将一个拴有松弛棉线的铁丝环浸入肥皂液中再轻轻提上来，使环上布满肥皂膜，如图所示。用热针刺破棉线右侧的薄膜，观察到什么现象？第6页，本讲稿共46页第一节第一节 液体的表面张力液体的表面张力一、表面张力一、表面张力1.1.现象：现象：说明：液面上存在沿表面的收缩力作用，这种力只说明：液面上存在沿表面的收缩力作用，这种力只存在于液体表面存在于液体表面液面像紧绷的橡皮膜具有弹性液面像紧绷的橡皮膜具有弹性液面有收缩到最小的趋势液面有收缩到最小的趋势2.2.表面张力表面张力表面层：在表面层：在液体与气体或固体交界面液体与气体或固体交界面，厚度等于厚度等于分子力分子力有效作用半径有效作用半径R 的一层液体。的一层液体。表面张力：液体的表面层中有一种使液面尽可能表面张力：液体的表面层中有一种使液面尽可能收缩成最小的宏观张力。收缩成最小的宏观张力。第7页，本讲稿共46页从分子运动论观点说明从分子运动论观点说明分子作用球分子作用球表面张力产生的原因表面张力产生的原因从能量观点来分析从能量观点来分析表面张力是宏观力，与液面相切表面张力是宏观力，与液面相切;f 是微观力，与液面垂直是微观力，与液面垂直第8页，本讲稿共46页线段两侧液面均有收缩的趋势，即线段两侧液面均有收缩的趋势，即有表面张力作用，分别用有表面张力作用，分别用f 和和f表示，表示，这恰为一对作用力与反作用力，这恰为一对作用力与反作用力，f =-f。表面张力系数表面张力系数为表面张力系数，数值上等于单位长度直线段为表面张力系数，数值上等于单位长度直线段两侧液面的表面张力，单位：两侧液面的表面张力，单位：N/m 。线段越长线段越长,则合力越大。设线段长为则合力越大。设线段长为l 第9页，本讲稿共46页与液体的性质有关与液体的性质有关 不同液体，不同液体，值不同；值不同；与相邻物质性质有关与相邻物质性质有关 同一液体与不同物质交界，同一液体与不同物质交界，值不同。值不同。与温度有关与温度有关 温度升高，温度升高，值减小，两者近似呈线性关系。值减小，两者近似呈线性关系。与液体内所含杂质有关与液体内所含杂质有关 在液体内加入杂质，液体的表面张力系数将显著改在液体内加入杂质，液体的表面张力系数将显著改变，有的使其变，有的使其值增加；有的使其值增加；有的使其值减小。值减小。影响表面张力系数的因素影响表面张力系数的因素第10页，本讲稿共46页 任何系统的势能越小越稳定，所以表面层内的任何系统的势能越小越稳定，所以表面层内的分子有尽量挤入液体内部的趋势，即液面有收缩的分子有尽量挤入液体内部的趋势，即液面有收缩的趋势，这种趋势在宏观上就表现为液体的表面张力。趋势，这种趋势在宏观上就表现为液体的表面张力。1.1.表面张力产生的原因表面张力产生的原因（从能量观点来分析）（从能量观点来分析）把分子从液体内部移到表面层，需外力作功把分子从液体内部移到表面层，需外力作功,分子势能增加分子势能增加,即表面层内分子的势能比液体内即表面层内分子的势能比液体内部分子的势能大，表面层为高势能区部分子的势能大，表面层为高势能区;分子势能分子势能的增量总称为的增量总称为表面能表面能。二、表面能二、表面能第11页，本讲稿共46页如图如图:铁丝框上挂有液膜，表铁丝框上挂有液膜，表面张力系数为面张力系数为，将，将ABAB边无摩边无摩擦、匀速、等温地右移擦、匀速、等温地右移x在在AB边上加的力为：边上加的力为：f=2=2l外力外力f所做的功为所做的功为:表面能增量：表面能增量：表面张力系数表面张力系数2.2.表面张力系数与表面能增量表面张力系数与表面能增量第12页，本讲稿共46页例：半径为例：半径为r=2.0*10r=2.0*10-6-6m m的许多小水滴融成一个半径为的许多小水滴融成一个半径为R=2.0*10R=2.0*10-3-3m m的大水滴时，释放的能量是多少？的大水滴时，释放的能量是多少？该题该题表明，小水滴融合成大水滴表明，小水滴融合成大水滴时时，将，将释释放出能量。反之，要放出能量。反之，要将大水滴分解将大水滴分解为为很多小水滴很多小水滴则则需要外界的能量。需要外界的能量。思路：思路：n n个均匀小水滴融成一个大水滴，表面积减小个均匀小水滴融成一个大水滴，表面积减小了，表面能减少，但体积不发生变化。了，表面能减少，但体积不发生变化。第13页，本讲稿共46页三、表面张力系数的测定（液滴测定法）三、表面张力系数的测定（液滴测定法）质量为质量为m m的待测液体吸入移液管，由的待测液体吸入移液管，由管口下端缓慢流出，形成袋状水滴。管口下端缓慢流出，形成袋状水滴。当表面张力不足以支持重力时，水滴当表面张力不足以支持重力时，水滴下落下落第14页，本讲稿共46页例：用相同的两根移液管，各吸取体积为V的蒸馏水及待测表面张力系数的农用药液，分别将两种液体缓缓滴尽，记下蒸馏水的滴数N1及药液的滴数N2，已知水的表面张力系数第15页，本讲稿共46页自然界中有许多情况下液面是弯曲的，弯曲液面内自然界中有许多情况下液面是弯曲的，弯曲液面内外存在一压强差，称为附加压强外存在一压强差，称为附加压强,用用Ps 表示。表示。一、弯曲液面的附加压强一、弯曲液面的附加压强第二节第二节 弯曲液面的附加压强弯曲液面的附加压强附加压强附加压强Ps是由于表面张力存在而产生的。是由于表面张力存在而产生的。1 1、平液面、平液面第16页，本讲稿共46页2 2、弯曲液面、弯曲液面1)凸液面2）凹液面结论：结论：附加压强使弯曲液面内外压强不等，附加压强使弯曲液面内外压强不等，附加压强方附加压强方向恒指向曲率中心向恒指向曲率中心第17页，本讲稿共46页1.1.球形液面附加压强球形液面附加压强如图球形液面上的一小液面，在如图球形液面上的一小液面，在周界上取一线元周界上取一线元dl，作用在，作用在dl上上的表面张力的表面张力dldfa=c/dfoRjdldfdfr=/dlj ja aj jcoscosdfdf=j ja asinj jsindldfdf=力的方向垂直力的方向垂直dl且与球面相切。将且与球面相切。将dfdf分解为半径分解为半径r r垂直和平行的两个垂直和平行的两个分力分力/df与与df二、拉普拉斯公式二、拉普拉斯公式第18页，本讲稿共46页由圆对称性，在圆周界上的其他由圆对称性，在圆周界上的其他线元上，作用着同样大小的表面线元上，作用着同样大小的表面张力，这些力的水平分力相互抵张力，这些力的水平分力相互抵消，垂直分力方向相同，合力为：消，垂直分力方向相同，合力为：j jOCRj jdldfr第19页，本讲稿共46页意义：意义：球形液面附加压强与表面张力系数成正比，球形液面附加压强与表面张力系数成正比，与球面半径与球面半径R R成反比。成反比。拉普拉斯球面附加压强公式拉普拉斯球面附加压强公式讨论：讨论：半径越小，附加压强越大；半径越大，附加压半径越小，附加压强越大；半径越大，附加压强越小强越小.半径无限大时，附加压强等于零，这正是水半径无限大时，附加压强等于零，这正是水平液面的情况。平液面的情况。第20页，本讲稿共46页2.2.球形液膜球形液膜内、外压强差内、外压强差 如图如图,由于球形液膜很薄，内外由于球形液膜很薄，内外膜半径近似相等膜半径近似相等举例举例第21页，本讲稿共46页吸气时吸气时R （内外压强差（内外压强差 ）不利于下）不利于下一步呼气；表面活性物质浓度一步呼气；表面活性物质浓度 （内外压强差（内外压强差），利于下一步呼气。），利于下一步呼气。呼气时，呼气时，R （内外压强差（内外压强差）不利于下）不利于下一步吸气；表面活性物质浓度一步吸气；表面活性物质浓度 （内外压强差（内外压强差）利于下一步吸气。）利于下一步吸气。3 3、动物肺泡的活动：、动物肺泡的活动：第22页，本讲稿共46页例题：温度为18 时，一滴水珠内部压强为外部大气压的两倍。求水珠的半径R？（大气压强P0=1.013105Pa）第23页，本讲稿共46页润湿润湿:液体沿固体表面液体沿固体表面延展的现象，称液体润湿延展的现象，称液体润湿固体。固体。一、润湿与不润湿一、润湿与不润湿1 1、定义定义不润湿：液体在固体表面不润湿：液体在固体表面上收缩的现象，称液体不上收缩的现象，称液体不润湿固体。润湿固体。润湿、不润湿与相互接触的液体、固体的性质有关。润湿、不润湿与相互接触的液体、固体的性质有关。第三节第三节 毛细现象毛细现象第24页，本讲稿共46页2、接触角、接触角在液体与固体接触面的边界处任取一点，作液体在液体与固体接触面的边界处任取一点，作液体表面及固体表面的切线，这两切线通过液体内部表面及固体表面的切线，这两切线通过液体内部的夹角称接触角的夹角称接触角 ，用，用 表示。表示。液体润湿固体液体润湿固体液体完全润湿固体液体完全润湿固体液体不润湿固体液体不润湿固体液体完全不润湿固体液体完全不润湿固体第25页，本讲稿共46页第26页，本讲稿共46页内聚力：附着层内分子所受液体内聚力：附着层内分子所受液体 分子引力之和。分子引力之和。3、微观解释、微观解释润湿、不润湿是由于分子力不对称而引起。润湿、不润湿是由于分子力不对称而引起。附着力：附着层内分子所受固体附着力：附着层内分子所受固体 分子引力之和。分子引力之和。附着层：在固体与液体接触处，厚度等于液体附着层：在固体与液体接触处，厚度等于液体 或固体分子有效作用半径（以大者为准）的一或固体分子有效作用半径（以大者为准）的一层液体。层液体。第27页，本讲稿共46页内聚力：内聚力：附着层内分子所受液体附着层内分子所受液体分子引力之和。分子引力之和。3.3.微观解释微观解释润湿、不润湿是由于分子力不对称而引起。润湿、不润湿是由于分子力不对称而引起。附着力：附着力：附着层内分子所受固体附着层内分子所受固体分子引力之和。分子引力之和。在固体与液体接触处，厚度等于液体在固体与液体接触处，厚度等于液体 或固体分子有效作用半径的一层液体。或固体分子有效作用半径的一层液体。表面层：表面层：在液体与气体交界面，厚度等于分子有效作用在液体与气体交界面，厚度等于分子有效作用半径半径R R 的一层液体。的一层液体。附着层：附着层：第28页，本讲稿共46页当当 f f附附 f f内内,宏观上表现为液体润湿宏观上表现为液体润湿固体。固体。当当 f f内内 f f附附,宏观上表现为液体不润湿宏观上表现为液体不润湿固体。固体。第29页，本讲稿共46页二、毛细现象二、毛细现象1 1、定义、定义润湿管壁的液体在细管里上升，润湿管壁的液体在细管里上升，不润湿管壁的液体在细管里降低的现象称为毛细现象不润湿管壁的液体在细管里降低的现象称为毛细现象水润湿毛细管水润湿毛细管水银不润湿毛细管水银不润湿毛细管第30页，本讲稿共46页(1)液体润湿管壁液体润湿管壁完全润湿完全润湿2.2.管内液面上升（或下降）的高度管内液面上升（或下降）的高度第31页，本讲稿共46页(2)(2)液体不润湿管壁液体不润湿管壁完全不润湿完全不润湿第32页，本讲稿共46页例：一根U型玻璃管左右内半径分别为R=1.5mm和r=0.50mm，如图所示，试求两管中水面得高度差h？假设水完全润湿管壁第33页，本讲稿共46页例：内半径为r的毛细管注入某种液体,液体完全润湿管壁.管得下端形成一个液滴,其形状可视为半径为R的球面的一部分.求管中液柱长度h？第34页，本讲稿共46页第四节第四节 悬着水和气体栓塞现象悬着水和气体栓塞现象水沿土壤颗粒间隙形成的毛细管上升，叫水沿土壤颗粒间隙形成的毛细管上升，叫毛细管上升水毛细管上升水。土壤毛细管中存在的水叫土壤毛细管中存在的水叫悬着水悬着水，其在土壤毛细管中能，其在土壤毛细管中能保持的原因是：保持的原因是：一、悬着水一、悬着水第35页，本讲稿共46页例例:病人输液；潜水员由深水上浮；植物高温下枯萎。病人输液；潜水员由深水上浮；植物高温下枯萎。二、毛细管的气体栓塞现象二、毛细管的气体栓塞现象 当毛细管中有很多气泡，则外加几个大气压都不能当毛细管中有很多气泡，则外加几个大气压都不能使液柱移动，形成栓塞使液柱移动，形成栓塞,称称气体栓塞现象气体栓塞现象。第36页，本讲稿共46页第五节第五节 弯曲液面上的饱和蒸汽压弯曲液面上的饱和蒸汽压一、蒸发和凝结一、蒸发和凝结 液体变成气体的过程称液体变成气体的过程称汽化过程汽化过程。常温下的汽化过。常温下的汽化过程称程称蒸发蒸发，其逆过程称凝结。，其逆过程称凝结。非密闭容器非密闭容器密闭容器密闭容器第37页，本讲稿共46页二、弯曲液面上的饱和蒸汽压二、弯曲液面上的饱和蒸汽压1 1 定性分析定性分析(1)(1)微观分析微观分析凹液面上的饱和蒸汽压凹液面上的饱和蒸汽压小于小于平平液面上的饱和蒸汽压。液面上的饱和蒸汽压。凸液面上的饱和蒸汽压凸液面上的饱和蒸汽压大于大于平平液面上的饱和蒸汽压。液面上的饱和蒸汽压。(2)(2)宏观分析宏观分析第38页，本讲稿共46页2 2定量分析定量分析(1)(1)凹液面凹液面设弯曲液面上的饱和蒸汽压为设弯曲液面上的饱和蒸汽压为平液面上的饱和蒸汽压为平液面上的饱和蒸汽压为第39页，本讲稿共46页(2)凸液面第40页，本讲稿共46页弯曲液面上的饱和蒸汽压弯曲液面上的饱和蒸汽压 凹液面凹液面:凸液面凸液面:第41页，本讲稿共46页本章小结本章小结1 1、表面张力、表面张力f =l 2 2、表面能增量、表面能增量3 3、弯曲液面的压强、弯曲液面的压强平液面平液面:凸液面凸液面:凹液面凹液面:4 4、单球形液面、单球形液面:凸液面（气中液滴）凸液面（气中液滴）凹液面（液中气泡）凹液面（液中气泡）第42页，本讲稿共46页5 5、双球面（球形液膜）、双球面（球形液膜）6 6、润湿与不润湿、润湿与不润湿液体润湿固体液体润湿固体液体完全润湿固体液体完全润湿固体液体不润湿固体液体不润湿固体液体完全不润湿固体液体完全不润湿固体第43页，本讲稿共46页7 7、毛细现象、毛细现象液体润湿管壁液体润湿管壁完全润湿管壁完全润湿管壁液体不润湿管壁液体不润湿管壁完全不润湿管壁完全不润湿管壁第44页，本讲稿共46页8 8、弯曲液面上的饱和蒸汽压、弯曲液面上的饱和蒸汽压凹液面凹液面:凸液面凸液面:第45页，本讲稿共46页思考题：大学物理思考题：大学物理2-1,2-3,2-42-1,2-3,2-4，2-62-6练习题：大学物理练习题：大学物理2-1,2-2,2-3,2-4,2-52-1,2-2,2-3,2-4,2-5作业题：大学物理学习指导第作业题：大学物理学习指导第7777页：三、六页：三、六 作作 业业第46页，本讲稿共46页