“液體的表面張力”自制教具兩則

【摘要】利用簡單經濟的材料自制教具，使學生直觀地感受到表面張力的存在及產生原因，闡述了教具的制作材料、制作步驟及演示說明，把抽象的知識形象化，充分發揮教具的作用，具有很強的可操作性。

【關鍵詞】表面張力 自制教具 吸管運動 產生原因

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）12-0154-01

液體的表面張力是高中物理教學中的選修內容，這一內容與生活、生產緊密聯系，例如葉面上的露珠總是球形的，水質環境監測中用到的表面張力檢測儀等等，然而在實際的教學中我們往往只停留在現象的感性認識上，對于表面張力的概念及形成原因難以理解，為了突破教學難點，本文自制了兩套教具，對教材中的實驗進行改進和創新，把抽象的知識形象化、可視化，把復雜的問題簡單化，從而提高課堂效率。

1.吸管在表面張力的作用下運動

所用材料：鐵絲、吸管（兩根）、水槽、肥皂液、剪刀。

制作步驟：將兩根鐵絲分別彎成長方形和半圓形，把一根吸管直接放在長方形鐵絲上，把另一根吸管的一端用剪刀裁出一個細縫，用一段小鐵絲將吸管和半圓環連接起來，如圖1。

演示說明：把兩組鐵絲框分別放入肥皂液后拿起，上面附有的肥皂膜是液體的一種表面，戳破肥皂膜的一邊后，觀察實驗現象，如圖2。

通過兩組實驗共同發現：未被戳破的一邊肥皂膜總是收縮變小，收縮的過程中帶著吸管一起運動，如圖3。肥皂膜總是變小，物理上則稱，液體的表面具有收縮的趨勢。吸管之所以運動說明它受到了力的作用，如果把吸管另一邊的肥皂膜也戳破，吸管則不會運動，因此，這個力是由薄膜產生的，我們把它稱為液體的表面張力。這樣，通過簡單的自制教具演示實驗可直觀地觀察到液面具有收縮的現象，并且感受到表面張力的作用效果可以使吸管運動，從而建立起表面張力的概念，使教學深入淺出、生動有趣。

2.表面張力的產生原因模擬裝置

所用材料：PVC水管及接頭、乒乓球、橡皮筋、強力膠、剪刀、小錐子。

制作步驟：將PVC水管組裝成長方形，用橡皮筋及強力膠把部分乒乓球固定在邊框上，再模擬分子排列的結構把其他乒乓球通過橡皮筋相互連接，如圖4。

演示說明：人教版教材中提到“在表面層，分子比較稀疏，分子間的距離大于r0，因此分子間的作用力表現為相互吸引。也就是說，如果在液體表面任意畫一條線MN，線兩側的液體之間的作用力是引力，它的作用是使液體表面繃緊，所以叫作液體的表面張力”，如圖5。然而由于分子微觀相互作用的不可見，理解起來較為困難，為了使其作用效果“可視化”，易于接受，筆者制作了圖4所示的微觀結構模擬裝置，當松手后，豎管向左運動，類似于吸管在肥皂膜的收縮下運動。乒乓球模擬液體表面層的分子，橡皮筋之間的彈力模擬分子之間的相互引力，這樣把“不可見的分子力”轉化為“可見的彈力”，能夠直觀地觀察到在橡皮筋的拉力作用下橫桿運動，從而模擬肥皂膜收縮使吸管運動，如圖6，由此讓學生明白，表面張力的本質是分子間的相互引力，這樣運用類比的方法使抽象的微觀過程具體化、形象化，降低了學習難度，讓學生豁然開朗。

參考文獻：

[1]普通高中課程標準實驗教科書（物理選修3-3）[M].北京：人民教育出版社，2010.

作者簡介：

崔勇（1989.10-），男，漢族，安徽省太和縣人，學士，教師，中學二級，研究方向：高中物理。