第 5 节 液体 教学建议

1．教学目标

（1）知道液体的表面张力，了解表面张力形成的原因。

（2）了解浸润和不浸润现象；知道毛细现象及形成的原因。

（3）了解液晶的主要性质，知道液晶在显示技术中的应用。

2．教材分析与教学建议

本节内容主要分为三部分：液体的表面张力、浸润和不浸润、液晶。在液体的表面张力部分，教科书让学生先观察水面上的昆虫等生活现象，然后观察液体表面收缩的实验现象，再引导学生从分子动理论的观点来剖析液体的微观结构，解释液体表面张力产生的原因。在浸润和不浸润部分，教科书让学生先观察浸润和不浸润现象、毛细现象，再从表面层分子间的微观特性来解释浸润和不浸润、毛细现象产生的原因。最后，教科书简单地介绍了液晶的微观结构和物理特性。

教科书的基本思路是从生活现象、实验现象切入，再从分子动理论角度研究其产生的原因。实验是本节教学的关键，要引导学生观察和描述实验细节，帮助学生建立起真实、准确的感性认识。要重视实验现象的分析，要重视微观结构模型的建构，引导学生在宏观现象和微观结构间建立联系，让学生进一步体会宏观与微观相结合的研究方法。对于液晶的微观结构和物理特性，可以布置任务，通过学生自学完成。

（1）问题引入

本节“问题”栏目设计了一个“杯满不溢”的实验。实验前向杯中小心地注满水，使水面恰好与杯口相平，注意杯口原来应当是干燥的。实验时将曲别针一枚一枚地依次放入杯中，要从水面的中间投放，尽量减轻水面的扰动。在紧张和担心中，看到水面逐渐凸起，高于杯口，但水不溢出，这会对学生原有的认知造成强烈的冲击，能极大地激发学生探究的欲望。教学中应引导学生注意观察水面，感觉水面好像是一层“膜”，学生自然会去思考这层“膜”对实验现象的形成起什么作用？为什么在水的表面会产生这种现象？水的表面和内部究竟存在怎样的差异？

（2）液体的表面张力

水黾可以停在水面，吹出的肥皂泡呈球形，太空授课在失重环境下演示水球实验，这些都是表面张力的表现。教学中，还可以演示水面浮针（或浮硬币）等实验，以丰富学生的感性认识。从众多的液滴、水球等现象中，可以猜想液体表面有收缩的趋势，建议教师指导学生通过实验证实自己的猜想。

为此，教科书设计了两组“观察肥皂膜和棉线的变化”实验，并通过四幅真实实验情境的照片呈现了这两组实验的全过程。第一组实验是通过棉线的形状，来说明液体表面存在收缩的趋势。第二组实验通过棉线圈的周长一定时，所围面积最大的几何图形是圆，说明只有棉线圈被张紧成圆形时肥皂膜面积才会最小。两组实验都显示液膜对棉线有作用力。教学中，要注意引导学生亲自动手做好这个实验，同时要在观察现象的基础上积极思考问题。

教科书指出，液体表面张力的产生原因是液体跟气体接触的表面存在一个薄层，即表面层。在液体表面层，分子比较稀疏，分子间距离 r 略大于 r0，分子间的作用力表现为引力。教科书图 2.5–3 乙中液面的分界线是任意选取的，但不论分界线怎样选，分别作用在分界线两侧液面的表面张力 F21 和 F12 总是一对作用力和反作用力。至于表面张力的方向，即表面张力跟液面相切、跟液面分界线垂直，只要求学生知道，不要求作进一步解释。要注意的是，凡液体与气体接触的表面都存在表面张力，例如，对一层液膜来说，无论其厚薄程度如何，都存在两个表面，每个表面都存在表面张力。

（3）浸润和不浸润

这部分内容研究液体与固体接触时发生的现象。教科书通过实验展示水滴到玻璃板上和蜡面上的现象，给出了浸润和不浸润的概念。教科书没有介绍附着层的概念，也不要求了解附着层内液体内部的微观结构。

教学中应先通过图片或视频展示、实验演示等手段，在对比中让学生感知浸润和不浸润现象的区别，再引导学生从微观角度去理解固、液分子间的作用力比液体分子间的作用力大时表现出浸润；固、液分子间的作用力比液体分子间的作用力小时表现出不浸润。液体放在玻璃管中，液面与管壁接触的位置是弯曲的，但有的向上弯，有的向下弯，也是浸润与不浸润的区别。做好此演示实验的关键在于提高器材的洁净程度，实验中所用的液体要洁净，玻璃管也应洗涤洁净。为增大可见度，可用投影。

应当强调，同一种液体对某些固体浸润，对另一些固体可能不浸润。因此，讲某种液体是浸润的还是不浸润的，一定要指明相应的固体。对此，可演示水能浸润玻璃但不能浸润石蜡等实验，加深学生的认识。

（4）毛细现象

以液体与管壁浸润情况为例，液体在毛细管中的液面是凹形的，由于液体表面张力的作用，形成向上的拉力，使液体沿着管壁上升。当向上的拉力跟管内液体所受的重力相等时，管内的液体停止上升，达到平衡。同样的分析也可以解释不浸润液体在毛细管内下降的现象。

教学片段

毛细现象

创设情境 演示教科书图 2.5–7 所示的表面张力对液体形成向上拉力的实验，可通过投影仪放大实验现象以便全体学生观察。

任务 阅读教科书图 2.5–7 的解释文字，回答下面的问题。

浸润液体在毛细管内，液面为何呈凹弯月面？

是什么原因使液体上升？

讨论交流 让学生思考，分组讨论并阐述自己的观点，教师再根据具体情况适当归纳。拓展思考液面上升的高度可能与哪些因素有关？

可以让学生在课后用不同粗细、不同材料的毛细管和不同的液体进行实验，观察液面上升（或下降）的高度的差异。

理论探究 课外查阅资料，结合所学知识写成小论文，并在班内交流。

教科书列举了毛细现象的实际应用，可以组织学生讨论并回答问题。此外，还可以组织学生发现生活中其他一些毛细现象的应用例子，比如，为什么棉灯芯能吸油？是否可用丝线做灯芯？为什么可以用粉笔来吸干纸上的墨水迹？……以加深对毛细现象的认识。

（5）液晶

液晶是介于固态和液态之间的一种物质状态。近年来液晶获得了广泛的应用，因此教科书把它安排为一个教学内容。教学时可要求学生阅读并总结液晶的特点，让学生寻找液晶在生活中的应用，以及使用液晶产品的优缺点，从而激发他们学习的兴趣。

液晶的微观结构决定了它的宏观特性。液晶在宏观表现出的光学各向异性等正是液晶研究和应用的主要方向。液晶有“三态”：在低温时，分子排布有序，会凝固成结晶态；在温度升高时，分子排布有序性下降，转为液晶态；温度更高时，分子进入完全无序状态，变成液态。随温度变化，液晶能在三态之间转变。有些物质在特定的条件下具有液晶态，天然存在的液晶并不多，多数液晶是人工合成的。液晶在光学和生命科学中有重要应用。

3．“练习与应用”参考答案与提示

本节共 6 道习题。第 1、2、3 题考查液体表面张力的性质，它们均来自生活，目的是让学生对物理知识有亲近感，明白物理知识的实用价值。第 4 题考查毛细现象，联系生活实际。第 5 题为开放型设计题，可以拓展学生思维。第 6 题考查浸润与不浸润，解决实际生活中的问题。

1．由于玻璃熔化变成液体后，其表面受到表面张力的作用，使表面收缩，从而玻璃管的尖端变钝。

2．呈标准的球形。

提示：在处于失重状态的宇宙飞船中，水银的表面层在表面张力的作用下会收缩到表面积最小，由于消除了重力的影响，所以呈标准的球形。

3．由于水对餐巾纸是浸润的，并且餐巾纸里面有很多毛细管，当把餐巾纸轻放在水面上时，水分会随着餐巾纸上的毛细管上升到餐巾纸上，这样餐巾纸浸湿后会下沉。

由于缝衣针的表面有油脂，不能被水浸润，当餐巾纸吸水下沉后，缝衣针被放在水面上，它把水面压弯，但仍处在水的表面层之上。而水面的表面张力为缝衣针提供了一个向上的合力，与针所受的重力平衡，使针可以浮在水面上。

把针按入水下，由于水中表面张力消失，针所受的浮力小于它所受的重力，故针就不再浮起。

4．放在衣料上、下面的棉纸内有许多细小的孔道起着毛细管的作用，当蜡受热熔化成液体后，由于毛细现象，它们就会被棉纸吸走。

5．参考设计图如图 2–10 所示。

图 2–10

6．应该选用黄色材料，因为酱油不浸润这种材料。