看得见称得出的分子力

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1、“看”得见“称”得出的分子力----液体表面张力的动态显示和利用电子秤读数的实验探究台州市椒江区第五中学初二（6）林禹衡内容摘要我是一个科学爱好者，书上关于表面张力的实验使我对分子力产生了好奇，做了许多趣味实验。我在探索中想到：对液体表面张力的演示，能不能比书上更好更直观呢？有没有简单的办法使同学们“看”到表面张力、“称”出表面张力的大小呢？所以选择了这个课题。实验设计1.有趣的液体表面张力实验。2.液体表面张力的动态演示。3.利用电子秤测量液体表面张力的大小。其中2.3二项有仪器改进和制作。实验结果1.平面框架上的液膜有收

2、缩趋势；立体框架上的液膜收缩形成了美丽的多面体表面，特别是内部有气泡时的形状；各种框架上的液膜从液体表面拉脱时都是圆形的。2．把圆形框架改为长方形；把同一平面上的手柄改为成90°角；把中间“系一条细线”改为放置一根空水笔笔芯。刺破一个区域的液膜，空笔芯会在另一侧液膜的表面张力拉动下运动起来，动态显示表面张力的作用方向。仪器改进简单，成本低廉，初中学生都可以自己动手来做。3．用二个废旧显微镜支架拆装成专用支架，本支架利用齿轮齿条结构可以实现水平、竖直方向移动，利用弹簧可调节倾角。支架和电子秤组合可以定量测量液体表面张力大小。仪

3、器简单，读数直观，原理清晰。适合中学生对液体表面张力的研究。7初中《科学》七年级（上）第四章第1节提到：物质由分子组成，分子之间存在引力和斥力，分子力是二个力的合力。特别提到了“不但物体内部分子之间存在着引力，两个物体接触面上的分子之间同样存在引力”。在课本第128页还有如下习题：甲乙将一根细线松松地系在一个铁丝框架的相对的两边上。把框架浸到肥皂液里再取出来，框架上便会出现一层肥皂膜，如图4-12甲所示。用烧红的针刺破细线的一侧肥皂膜，另一侧的肥皂膜会把细线拉过去，如图4-12乙。这个实验现象说明（）。A.物体是由大量分子组

4、成的B.分子之间存在着空隙C.分子不停地做无规则运动D.分子之间存在着引力图4-12肥皂膜实验1研究背景我是一个科学爱好者，书上题目使我对分子力产生了好奇：分子很小（直径约为10-10m），但分子力却能以宏观的形式表现出来？请教老师，知道习题上的这个力叫液体表面张力。我阅读了关于液体表面张力的文献资料，知道它是作用于液体表面、使液体表面积缩小的力。它产生的原因是 液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫做表面层，表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大一些，分子间的相互作用表现为引力，它使 液体表面象拉紧的橡皮膜有

5、收缩的趋势。正是因为这种张力的存在，有些小昆虫才能无拘无束地在水面上行走自如。我做了许多关于表面张力的趣味实验，在探索中想到：对液体表面张力的演示，能不能有更好的更直观的方法呢？有没有简单的办法使同学们“看”到表面张力、“称”出表面张力的大小呢？恰好学校组织科学小实验小论文比赛，我就选择了这个课题来研究。2材料和方法2.1实验仪器7各种形状不锈钢框架；自制的动态表面张力仪器（详见3.2.1）；量程为300g、精度为0.01g电子秤，自制的测量支架（详见3.3.1）；游标卡尺。2.2实验液体洗洁精：商品名称“立白”，广州立白企

6、业集团有限公司生产。纯净水：商品名称“娃哈哈”，杭州娃哈哈集团有限公司生产。甘油：商品名称“百姿汇”，上海名扬化妆品有限公司生产。液体配制：洗洁精:纯净水=1:1，加少量甘油，静置2小时以上。（下文中把“实验液体”简称为“液体”）2.3实验方法液体表面张力定性演示法，定量测量是采用经过改进的拉脱法。3研究结果3．1有趣的液体表面张力实验为了体会液体表面张力使表面面积达到最小的趋势，我们做了一组实验探究（有些是书籍上的，有些是自己设计的）。3．1．1平面框架上的液膜有收缩趋势平面框架上的二个实验，展示了液体表面有收缩趋势，见图

7、1照片。图1平面框架上的液膜这是中学课本上的二个传统的演示实验，其缺点在于：将右面小圆周内部的肥皂液刺破不易操作，有时会将整个液膜弄破，达不到演示效果。细线被拉成圆圈，还需从力的作用效果来分析，缺乏直观性。3．1．2立体框架上的液膜形成了美丽的多面体表面7各种几何形状的立体框架，附在上面的液膜分子之间的引力使表面积有达到最小的趋势，从而形成了美丽的多面体表面，见图2照片A、B、C组。图2-A各种立体框架上面的液膜←中间有一个大气泡的液膜。在周围的液膜拉力作用下，气泡表面形成与框架相似的形状，但每个面都是曲面（可能是球面）。图

8、2-B有一个气泡的框架液膜图2-c多个气泡的框架液膜↑多个气泡由于受力情况不同，形状各异。3．1．3各种形状框架液膜从液体表面拉脱时的情况7我们将圆形、正方形、不规则形等平面框架从液体表面拉脱，发现它们在离开液体表面时下方都是呈圆形的，这也是液膜表面均匀收缩所形成。见图3照片。图33．2液