《物态和物态变化——液体》教学设计

张月红

摘要：在新课程理念下，怎样让学生成为课堂活动的主体，是我们教育工作者永恒的话题。本文详细阐述了“液体”的教学流程设计，意在以此为例与同行共同探讨如何在教学中实现新课程的三维教学目标。

关键词：液体；表面层；表面张力；浸润与不浸润；毛细现象

中图分类号：G633.7 文献标识码：A文章编号：1003-6148(2009)1(S)-0024-3

1 教材依据（人民教育出版社、课程教材研究所、物理课程教材研究开发中心编著，《物理（选修）3-3》，第九章第2节。）

2 教学目标

2.1 知识与技能

⑴知道液体具有一定的体积，不易被压缩，没有固定形状，具有流动性，掌握液体的微观结构。

⑵知道液体有表面有收缩的趋势，会分析表面层的分子微观结构，理解液体表面存在张力，会对相关现象做出解释。

⑶知道浸润和不浸润现象，会从分子微观结构对浸润与不浸润现象进行解释。

⑷知道什么是毛细现象，会进行原因分析。

2.2 过程与方法

通过演示实验和学生实验，让学生对液体的相关特殊现象产生兴趣，培养学生分析问题的方法——从现象到本质，由浅入深，用分子的微观结构来分析物质的宏观特性和主动、积极的科学探究能力。授课过程与多媒体课件相结合，节省了板书时间，也解决了一部分学生看不清演示实验带来的问题。

2.3 情感、态度与价值观

让学生猛然发觉看似简单的液体竟会蕴涵如此多的相关现象，激发了学生学习物理的兴趣和积极性，让学生体会到分子动理论不但能在微观意义上研究气体、固体，而且能够研究液体。

3 教学流程

教具准备 透明杯，塑料杯（10），硬币（20），表面张力演示器具，毛细管若干，滴管，酒精灯，玻璃，石蜡，肥皂水等。

3.1 知识回顾，类比教学，透析液体微观结构

教师设问（多媒体PPT呈现）：从宏观看，液体与气体、固体分别有哪些相似？

学生回答：与固体相似，液体具有一定的体积，不易被压缩。与气体相似，没有固定形状，具有流动性。

教师设问：液体的微观结构如何？

学生回答并总结：液体分子密集在一起，具有一定的体积，不易压缩；液体分子间距接近固体分子，相互作用力大；液体分子在很小区域内有规则排列，但这是暂时的，其边界和大小随时改变，并且杂乱无章，因此呈现各向同性；液体分子的热运动虽然与固体分子类似，但是无长期固定的平衡位置，可在液体中移动，因而具有流动性，且扩散比固体快。

3.2 运用实验，建立表面张力的概念

观察实验1：杯口不溢水如图1所示。

教师演示，问：观察到了什么？

学生回答：杯中水超过杯口，但不流出。

教师：为什么水不会留出来呢？引导学生用类比的方法说明这个现象。

学生：杯口好象有一张绷紧的橡皮膜，使水不能溢出。

教师：液体的表面紧绷，各部分之间存在着相互作用的引力，我们把它称为表面张力。

3.3 通过实验，观察表面张力产生的效果

教师：如果液体表面有一层膜，能不能让硬币浮在水面上而不下沉呢？

学生猜想：可以，通过实验验证。

学生实验2：水面浮硬币

学生活动：每四人一组，一个纸杯，两枚硬币。想各种办法让硬币浮在水面上。有四组成功，其中两组第一次没成功。

教师提问没成功的组：为什么没有做成功？是怎么做的？

学生回答后，原因总结：直着下去，速度过快，表面粘水了。

教师提问成功的各组：怎么做成功的？有那些方法？

学生回答：不粘水时轻放平放，下面放层吸水纸等。

教师提问：是水的浮力把硬币浮上来的吗？

把浮在水面上的硬币轻轻一按，沉入水中，没有再浮上来，说明不是浮力。

教师：实验说明液体的表面张力可以承载一些轻小物体，大家能举例子吗？

学生可能列举：小昆虫停在水面上，水面浮针等。

演示实验3：将一根棉线的两端系于铁丝环上（棉线不要张紧），然后浸入肥皂水中，再取出，环上布满了肥皂水的薄膜。请观察棉线是张紧的还是松弛的。

用热针刺破棉线一侧的薄膜，观察薄膜和棉线发生的变化，如图2所示。

再用中间系有棉线圈的铁丝环浸入肥皂水中，取出后观察现象，用热针刺破棉线圈里的肥皂膜，观察棉线圈外的薄膜和棉线圈有什么变化。如图3所示，利用多媒体再次演示视频实验，让学生看清。

学生观察后总结：刺破棉线一侧的薄膜，另一侧的就会收缩，使棉线弯向一边。刺破棉线圈里的肥皂膜后，棉线圈外的薄膜就会收缩，使棉线圈张紧成圆形。

教师：由以上实验可以看出，表面张力使液面具有收缩的趋势。

3.4 从微观剖析液体，释疑实验现象。

教师：液体表面为什么存在表面张力呢？

教师讲解：液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫做表面层，如图4所示。表面层里的分子要比液体内部稀疏些，分子间距要比液体内部大。在液体内部，分子间既存在引力，又存在斥力，通常情况下是相等的。在表面层内，分子间的距离大，分子间的相互作用力表现为引力。液体表面各部分之间相互吸引，使液体具有收缩的趋势，我们把这种力称为表面张力。

教师设问：1.为什么棉线圈内薄膜刺破后，会张成圆形？2．为什么有了表面张力，液滴就有了呈球形的趋势？

学生思考与讨论后，做出回答：因为周长一定时，以圆形的面积最大，液体表面有收缩趋势，只有当棉线圈成圆形时，周围的液体面积最小。同样，对于体积一定的液体，以球形的表面最小，表面张力的作用使得液滴趋于球形。

教师：大家能不能举些生活中与表面张力相关的例子？

学生回答：毛笔浸入水中呈散开状，提出来时聚集成一束；湿鞋子不容易脱下来；小孩吹出的肥皂泡等。

3．5 浸润与不浸润现象

演示实验4：用滴管将水分别滴到纸、玻璃、石蜡上，学生观察现象。

教师讲解：水会附着在玻璃和纸上，这种现象叫浸润。水不会浸润石蜡，也不会附着在石蜡上，这种现象叫不浸润。如图5所示，利用多媒体演示实验视频。

在图6所示中，左边的液体不浸润玻璃瓶，右边的液体浸润玻璃瓶。同一种液体，对有些固体浸润，对有些固体不浸润。如水银不能浸润玻璃，但能浸润锌。

教师与学生共同探讨分析浸润与不浸润的微观解释：液体与固体接触时，在接触处形成一个液体薄层——附着层。附着层里的分子既受到固体分子的吸引，又受到液体内部分子的吸引，如果受到的固体分子的吸引比较弱，附着层里的分子就比液体内部稀疏，附着层内分子就表现出引力，有收缩的趋势，形成不浸润现象。相反，如果固体分子的吸引强，附着层里的分子就比液体内部密，附着层出现斥力，有扩展的趋势，产生浸润现象。

3.6 释疑毛细现象

演示实验5：如图7所示，取一根毛细管插入墨水杯中，观察毛细管发生的现象。

学生回答：毛细管中有液体上升。

粗细不同的毛细管一起插入浸润液体中，观察现象，如图8所示。

学生回答：发现毛细管越细液体上升得越高。

教师设问：浸润液体在毛细管内，液面为何成凹弯月面？是什么原因使液体上升？上升到什么时候为止？

学生思考讨论，教师做总结：浸润液体在毛细管内上升的现象是由于浸润液体附着层扩张，液面弯曲成凹弯月面，表面张力的作用使液柱提升，内径越小提升越高，当液面弯曲提升的力与提升的液柱重力平衡时，管内液柱不再升高。教师一面讲解一面做受力分析，如图9所示。

教师：不浸润的液体在毛细管内会发生什么现象？

学生：液面会下降，下降到液面弯曲向下的压力与被压低的液柱的重力平衡，如图10所示。

教师：浸润液体在细管中的上升现象，不浸润液体在细管中的下降现象都是毛细现象。毛细现象不一定要发生在细玻璃管中，生活中有很多毛细现象，如酒精灯灯芯用棉线制成，能用丝线代替吗？土壤中也有毛细管，能把地下水引到地面。为了保持土壤的水分，把土锄松，破坏毛细管。建筑工人在地基上铺一层油毡或涂有沥青的厚纸的目的就是为了防止水分通过砖墙的毛细管上升，使房间保持干燥。

4 反思评价（略）

(栏目编辑黄懋恩)