浅谈量筒中液体液面的凹凸

摘要：量筒中待测液体的液面一般都不是完全水平的，在测量常见的水溶液时，量筒中液体液面是凹陷的;在测量水银等液体的体积时，液面是向上凸起的.学生在学习这方面知识时，只知道有这样的现象，知道读数时视线要与凹液面最低处或凸液面最高处持平，却不知为什么.本文就这一现象展开讨论，希望教师在引导学生思考这类问题时对学生核心素养的培养能起到一定促进作用.

关键词：量筒;浸润与不浸润;核心素养

文章编号：1008-4134（2019）20-0023中图分类号：G633.7文献标识码：B

作者简介：文婷（1994-），女，陕西西安人，硕士研究生，研究方向：物理教育学.

学生刚接触物理时，会学到一些实验仪器的使用，量筒是其中较常见也是很重要的用来量取液体的玻璃仪器.包括在之后学习化学、生物等学科时，也会用到量筒.能正确地使用量筒，较准确地进行量筒中液体体积的读数，是学生必须掌握的一项实验技能.

1问题提出

初中阶段教师对量筒的读数有如下说明：用量筒测量液体体积，读数时视线应与量筒中待测液体凹液面的最低处持平.有些教材或教辅上还会提到测量水银体积时，量筒中水银液面是凸起的，这时读数视线应与凸液面的最高处平行（如图1所示）.

水平水平，“水”在量筒中居然不平了.这是一个有趣且值得思考的问题.但是几乎没有老师会告诉学生为什么会出现凹液面或凸液面，为什么应该那样读数.学生可能会有疑问，但也很少会去问老师或自己思考探究为什么会这样.

2联系教材知识，揭示现象内因

高中物理选修3-3中有关液体的浸润与不浸润相关知识就可以很好地解释这种现象以及这种读数规定.但是就笔者所知，由于这部分知识属于选考内容中要求较少的知识，所以很少有教师和学生给予足够的时间和精力在教授和学习这部分知识上.也就很少有人会联想到量筒中凹液面或凸液面的產生原因.

如图2a所示，量筒中待测液体A的液面是凹陷的，这是因为液体A浸润制成量筒的玻璃.产生浸润现象时，液体A与固体接触面部分的附着层液体分子受到的来自固体分子的附着力大于来自液体内部分子的内聚力，从而使附着层液体分子较液体内部分子更加密集，分子间距会小于分子力的平衡距离.这时，这部分液体分子间的相互作用力表现为斥力，附着层分子会相互排斥，在量筒中宏观表现为液体A沿着竖直的量筒壁向上蔓延，从而出现凹液面.

同理，如图2b所示，待测液体B不浸润玻璃，附着层液体分子受到的内聚力大于附着力，附着层液体分子较液体内部分子更稀疏，分子间距大于分子力平衡距离.这时，这部分液体分子间的相互作用将表现为引力，就会出现与液体表面张力类似的向内收缩的力，在量筒中宏观表现为液体B沿着竖直量筒壁向下收缩，从而出现凸液面.

知道了量筒中液体凹液面和凸液面出现的原因，也就可以很好地理解为什么量筒读数时要读凹液面的最低处和凸液面的最高处了.因为主要是液体与固体接触的一小部分液体向上扩展或向下收缩，所以所谓的凹液面或凸液面只是液体与量筒壁接触的较少部分液面向上或向下弯曲，中间部分的液面还是水平的.因此，教师或学者在进行量筒读数相关题目的编制时，如图3所示的量筒中液面完全凹陷或凸起或平直都是不准确的.而读数时视线与凹液面最低处或凸液面最高处平行，误差相对较小.

那么，所有浸润玻璃的液体在量筒中凹陷程度都一样吗？并不是，不同种类的浸润玻璃的液体在同一量筒中液面凹陷程度是不同的.而同一液体在不同种玻璃材质制成的量筒中液面凹陷程度也是不同的.液面的凹陷或凸起程度与待测液体和制成量筒的固体两种物质的性质都有关.此外，实验还发现，同种液体在同种材质制成的不同内径的量筒中，液面凹陷程度也是有所不同的.量筒内径越小，凹陷程度越大，这可以联系到毛细现象相关知识.

3教学前后联系，培养核心素养

2017年颁布了普通高中物理课程标准，新课标提出了培养学生的学科核心素养，物理核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任，要求学生能对生活中的物理情境进行分析，能基于观察和实验提出物理问题，具有质疑意识等.在初中学习量筒读数时，教师就可以引导学生思考，为什么量筒中液体液面会不水平，鼓励学生自己查阅资料信息，初次接触浸润与不浸润的概念.让学生尝试从物理学角度看待这些现象，能基于观察提出问题，基于问题查找资料获取信息.之后在高中选择性必修三的学习中，会再次接触这部分知识，而且可以从更深入的分子动理论分析浸润与不浸润现象的内因，再次提出量筒中液体液面不平的问题.培养学生物理观念中物质观念和相互作用观念等，同时让学生养成对常见的物理现象进行分析的习惯，还可以让学生在浸润与不浸润知识的基础上思考我们日常使用的水杯、水盆等内径较大的容器，其中液体液面是否水平？液体与容器壁接触部分的液面是否水平？让学生在之前观察的基础上推理量筒中液体液面的凹陷程度或凸起程度与哪些因素有关，制订相关探究实验，从而引出后面的毛细现象相关知识.

这整个过程可以让学生养成从物理学的视角观察生活中常见现象的意识，锻炼学生在观察物理现象的过程中提出物理问题、将实际问题中的对象和过程转换成物理模型的能力，并培养其根据问题制订科学探究方案的能力.这样引导学生分析、推理、探究那些常见却难以引起他们注意的物理现象过程，对提升学生物理核心素养有较大的促进作用.

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

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[3]卢亮.详谈如何测量物质的密度[J].湖南中学物理，2018，33（12）：96-98.

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[5]滕爽，肖利，费金有.密度测量实验的多视角研究[J].当代教研论丛，2018（09）：73-74.

（收稿日期：2019-05-29）