液体表面张力的非常规实验

罗钊颖 张军朋

摘 要：液体表面张力不易直接观察，现有人教版中的实验较为简单，不足以应对更复杂的物理现象。作者通过两个简单易做的非常规实验弥补其不足，有利于教师开展相关教学活动，提高学生学习物理的兴趣。

关键词：液体表面张力；非常规；物理实验

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）12-0050-2

1 引 言

液体表面张力是中学物理教材中的一个重要知识点。液体产生表面张力的根本原因是由于液体表面分子间的距离接近分子力作用的距离。因此，充分认识液体表面张力有助于学生深化对分子力的认识和理解。人教版中该章节有利用肥皂水和棉线、铁丝框来进行的课堂实验。该实验简明易懂，但是实验的趣味性不足，且不利于让学生应用已有知识来解释和分析产生某种复杂物理实验现象的原因。而非常规物理实验新奇有趣、结构简单、体验性强等特点能够有效地弥补原本教材这方面的不足[1]。

非常规实验是指利用生活中易得的材料制作完成的有助于提高学生学习兴趣和加深对知识理解的实验[2]。以下将介绍两个关于液体表面张力的非常规实验，为教师开展液体表面张力的教学提供些许思路。

2 倒置不漏水的水杯

2.1 实验器材

铁丝网封口的透明玻璃杯（如图1）、清水、铝板。

图1 用铁丝网封口的透明玻璃杯

2.2 实验原理

铁丝网把倒置的液体表面划分成无数个小的液面。对于一个小液面来说，它竖直方向上受到液面以上液柱的重力，而铁丝网不会为这部分液柱提供支持力。由于液体表面张力的作用，液体表面具有一定的弹性，在重力作用下，液体表面发生微小变形，为小液柱提供竖直向上的支持力，因此倒置玻璃杯中的水不会流出。

2.3 设计意图

水不会从没密封的玻璃杯中流出，从而激发学生的好奇心，关注产生该现象的原因，可以作为液体表面张力的导入实验。

2.4 实验步骤和现象

（1）向玻璃杯中装入少量清水，微微倾斜玻璃杯，水从铁丝网中流出来；

（2）向玻璃杯中装入少量清水，用铝板紧盖在玻璃杯口处；

（3）迅速倒置玻璃杯；

（4）取走铝板，水不会从铁丝网中流出。

2.5 应用实例

风油精的瓶口都是比较小的，相当于上述实验中的一个网格相应的液柱，倒置时瓶中液体由于液体表面张力的作用不轻易流出（如圖3），同时还能减少挥发。这个现象虽然微小，但是却十分常见。

3 肥皂小船

3.1 实验器材

泡沫板，牙签，肥皂，水盆或旧饮料瓶。

3.2 实验原理

肥皂能够溶于清水，肥皂中含有表面活性剂，因此溶解在水中之后，能够破坏清水的液体表面张力，使得船尾部的液体表面张力变小，而船前部的液体表面张力较大，船前部的水面会拉着船前行。

3.3 设计意图

肥皂能驱动小船移动，这与日常生活中认识到的肥皂的功能看似不搭边，让学生产生认知冲突，从而激发他们深入了解液体表面张力的兴趣。另外能了解到表面活性剂对液体表面张力的影响，拓宽对液体表面张力的认识。

3.4 实验步骤和现象

（1）制作肥皂小船，将泡沫板裁成前窄后宽的形状，并在尾部固定一块肥皂，要求小船放入水中时肥皂能与水接触；

（2）在水槽中放入适量清水；

（3）待水槽中的水基本静止无波动时，将小船轻轻放在水面上，引导学生观察实验，小船会缓缓地向前行进。

3.5 生活实例

生活中洗衣服的时候往往也需要使用肥皂或者洗衣液。肥皂和洗衣液中含有大量的表面活性剂，表面活性剂能够破坏液体表面张力，使得水能轻易地穿过衣服上微小的缝隙，污渍也更容易溶解在水中。

4 结 论

以上两则非常规实验不仅现象直观，操作简单，并且有趣，能够激发学生的兴趣，引发学生思考，既可以用作课堂上的导入演示实验，亦可作为课后趣味实验引导学生课下实践，让学生建立物理课堂与生活的联系，丰富对液体表面张力这一概念的认识，深化对分子力的理解。

参考文献：

[1]张伟，郭玉英，刘炳昇.非常规物理实验：有待深入开发的重要物理课程资源[J].物理教师，2005，26（9）：47-50.

[2]刘亚群.非常规实验在初中物理教学中的运用与思考[J].中学物理教学参考，2018，47（7）：34-35.

（栏目编辑 王柏庐）