“液體的表面張力”自制教具兩則

【摘要】利用簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的材料自制教具，使學(xué)生直觀地感受到表面張力的存在及產(chǎn)生原因，闡述了教具的制作材料、制作步驟及演示說(shuō)明，把抽象的知識(shí)形象化，充分發(fā)揮教具的作用，具有很強(qiáng)的可操作性。

【關(guān)鍵詞】表面張力 自制教具 吸管運(yùn)動(dòng) 產(chǎn)生原因

【中圖分類號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2019）12-0154-01

液體的表面張力是高中物理教學(xué)中的選修內(nèi)容，這一內(nèi)容與生活、生產(chǎn)緊密聯(lián)系，例如葉面上的露珠總是球形的，水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)中用到的表面張力檢測(cè)儀等等，然而在實(shí)際的教學(xué)中我們往往只停留在現(xiàn)象的感性認(rèn)識(shí)上，對(duì)于表面張力的概念及形成原因難以理解，為了突破教學(xué)難點(diǎn)，本文自制了兩套教具，對(duì)教材中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，把抽象的知識(shí)形象化、可視化，把復(fù)雜的問題簡(jiǎn)單化，從而提高課堂效率。

1.吸管在表面張力的作用下運(yùn)動(dòng)

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(zhǎng)方形和半圓形，把一根吸管直接放在長(zhǎng)方形鐵絲上，把另一根吸管的一端用剪刀裁出一個(gè)細(xì)縫，用一段小鐵絲將吸管和半圓環(huán)連接起來(lái)，如圖1。

演示說(shuō)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如圖2。

通過(guò)兩組實(shí)驗(yàn)共同發(fā)現(xiàn)：未被戳破的一邊肥皂膜總是收縮變小，收縮的過(guò)程中帶著吸管一起運(yùn)動(dòng)，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(shì)。吸管之所以運(yùn)動(dòng)說(shuō)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(huì)運(yùn)動(dòng)，因此，這個(gè)力是由薄膜產(chǎn)生的，我們把它稱為液體的表面張力。這樣，通過(guò)簡(jiǎn)單的自制教具演示實(shí)驗(yàn)可直觀地觀察到液面具有收縮的現(xiàn)象，并且感受到表面張力的作用效果可以使吸管運(yùn)動(dòng)，從而建立起表面張力的概念，使教學(xué)深入淺出、生動(dòng)有趣。

2.表面張力的產(chǎn)生原因模擬裝置

所用材料：PVC水管及接頭、乒乓球、橡皮筋、強(qiáng)力膠、剪刀、小錐子。

制作步驟：將PVC水管組裝成長(zhǎng)方形，用橡皮筋及強(qiáng)力膠把部分乒乓球固定在邊框上，再模擬分子排列的結(jié)構(gòu)把其他乒乓球通過(guò)橡皮筋相互連接，如圖4。

演示說(shuō)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(xiàn)為相互吸引。也就是說(shuō)，如果在液體表面任意畫一條線MN，線兩側(cè)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(lái)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(jié)構(gòu)模擬裝置，當(dāng)松手后，豎管向左運(yùn)動(dòng)，類似于吸管在肥皂膜的收縮下運(yùn)動(dòng)。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(zhuǎn)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(yùn)動(dòng)，從而模擬肥皂膜收縮使吸管運(yùn)動(dòng)，如圖6，由此讓學(xué)生明白，表面張力的本質(zhì)是分子間的相互引力，這樣運(yùn)用類比的方法使抽象的微觀過(guò)程具體化、形象化，降低了學(xué)習(xí)難度，讓學(xué)生豁然開朗。

參考文獻(xiàn)：

[1]普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書（物理選修3-3）[M].北京：人民教育出版社，2010.

作者簡(jiǎn)介：

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