“液体的表面张力”自制教具两则

【摘要】利用简单经济的材料自制教具，使学生直观地感受到表面张力的存在及产生原因，阐述了教具的制作材料、制作步骤及演示说明，把抽象的知识形象化，充分发挥教具的作用，具有很强的可操作性。

【关键词】表面张力 自制教具 吸管运动 产生原因

【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2019）12-0154-01

液体的表面张力是高中物理教学中的选修内容，这一内容与生活、生产紧密联系，例如叶面上的露珠总是球形的，水质环境监测中用到的表面张力检测仪等等，然而在实际的教学中我们往往只停留在现象的感性认识上，对于表面张力的概念及形成原因难以理解，为了突破教学难点，本文自制了两套教具，对教材中的实验进行改进和创新，把抽象的知识形象化、可视化，把复杂的问题简单化，从而提高课堂效率。

1.吸管在表面张力的作用下运动

所用材料：铁丝、吸管（两根）、水槽、肥皂液、剪刀。

制作步骤：将两根铁丝分别弯成长方形和半圆形，把一根吸管直接放在长方形铁丝上，把另一根吸管的一端用剪刀裁出一个细缝，用一段小铁丝将吸管和半圆环连接起来，如图1。

演示说明：把两组铁丝框分别放入肥皂液后拿起，上面附有的肥皂膜是液体的一种表面，戳破肥皂膜的一边后，观察实验现象，如图2。

通过两组实验共同发现：未被戳破的一边肥皂膜总是收缩变小，收缩的过程中带着吸管一起运动，如图3。肥皂膜总是变小，物理上则称，液体的表面具有收缩的趋势。吸管之所以运动说明它受到了力的作用，如果把吸管另一边的肥皂膜也戳破，吸管则不会运动，因此，这个力是由薄膜产生的，我们把它称为液体的表面张力。这样，通过简单的自制教具演示实验可直观地观察到液面具有收缩的现象，并且感受到表面张力的作用效果可以使吸管运动，从而建立起表面张力的概念，使教学深入浅出、生动有趣。

2.表面张力的产生原因模拟装置

所用材料：PVC水管及接头、乒乓球、橡皮筋、强力胶、剪刀、小锥子。

制作步骤：将PVC水管组装成长方形，用橡皮筋及强力胶把部分乒乓球固定在边框上，再模拟分子排列的结构把其他乒乓球通过橡皮筋相互连接，如图4。

演示说明：人教版教材中提到“在表面层，分子比较稀疏，分子间的距离大于r0，因此分子间的作用力表现为相互吸引。也就是说，如果在液体表面任意画一条线MN，线两侧的液体之间的作用力是引力，它的作用是使液体表面绷紧，所以叫作液体的表面张力”，如图5。然而由于分子微观相互作用的不可见，理解起来较为困难，为了使其作用效果“可视化”，易于接受，笔者制作了图4所示的微观结构模擬装置，当松手后，竖管向左运动，类似于吸管在肥皂膜的收缩下运动。乒乓球模拟液体表面层的分子，橡皮筋之间的弹力模拟分子之间的相互引力，这样把“不可见的分子力”转化为“可见的弹力”，能够直观地观察到在橡皮筋的拉力作用下横杆运动，从而模拟肥皂膜收缩使吸管运动，如图6，由此让学生明白，表面张力的本质是分子间的相互引力，这样运用类比的方法使抽象的微观过程具体化、形象化，降低了学习难度，让学生豁然开朗。

参考文献：

[1]普通高中课程标准实验教科书（物理选修3-3）[M].北京：人民教育出版社，2010.

作者简介：

崔勇（1989.10-），男，汉族，安徽省太和县人，学士，教师，中学二级，研究方向：高中物理。