液体表面张力实验的创新，本文主要内容关键词为：表面张力论文,液体论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
有关液体表面张力的实验，分别出现在新人教版高中物理选修3-3的第七章第3节和第九章第2节。教学实践中，为了让实验现象更明显，实验结果更准确，我对这些实验进行了创新，展现了5个自制素材的“土实验”，很好地演示、说明了表面张力的特点和规律。
创新一：用自制纸质弹簧来显示破液前的张力
新人教版高中物理选修3-3第七章第3节“分子间的作用力”中的问题与练习4首次涉及表面张力：
把一块洗净的玻璃板吊在细线的下端，使玻璃板水平地接触水面。如果你想使玻璃离开水面，必须用比玻璃板重量大的力向上拉细线。动手试一试，并解释为什么。
我们的解释是：玻璃板离开水面后，可以看到玻璃板下表面上仍有水，说明玻璃板离开水时，水层发生断裂。由于玻璃分子和水分子、水分子相互之间存在引力，外力要克服这些分子引力，造成外界拉力大于玻璃板的重力。这里提及的水分子、水分子之间存在的引力，其实即为表面张力，只不过深入地学习表面张力要到第九章第2节。
实验在破液时，普通测力计上的数值和弹簧形变量欠视觉冲击。能否让显示效果更明显呢？为此，我用白纸做了一个纸弹簧，用以代替测力计。
材料准备：广口烧杯一个、水、一根1cm宽的纸条（制作方法：由A4白纸裁成，然后依次折叠形成一个较宽但劲度系数极小的纸弹簧）、直径约为10cm的浸漆铜圈一个（制作方法：将一段直径2.0mm的铜丝漆包线，弯曲成直径约为10cm的铜圈，接口处刮去漆皮，并用电烙铁配合焊锡丝平滑焊接好；为进一步增强铜圈对水的不浸润性，可把焊接好的铜圈在清漆中浸润后取出，然后晒干24小时）、一个边长为10cm左右的“Λ”形铜丝支架并与浸漆铜圈焊为一体。实验装置如图1所示。
操作方法：用纸质弹簧把沉入水中的铜支架上拉，拉到液面位置时支架被液面挡住，此时纸弹簧开始变长。进一步上拉，纸弹簧长度会越来越大，直到液面瞬间被拉破后支架跃出水面，纸弹簧长度才瞬间变短。
如果事先用纸弹簧悬挂不同已知质量的小砝码片（200毫克以下），记录下不同长度时对应的拉力并进行粗略标度，则本装置还能粗略测定破液前的张力大小。
创新二：用浸漆铜圈做浮币实验
新人教版高中物理选修3-3第九章第2节中有一幅“水黾可以停在水面”的图片，形象地说明了水面的表面张力。但限于条件，课堂上难以真实地展示这一画面，可以利用浮币实验演示液膜被下压时呈现出的表面张力，且效果明显。
浮币实验（即硬币能浮在水面上）是一个演示表面张力的典型实验。不过，现在市场上流通的新版硬币材质不同于早期的铝质硬币，其密度太大了，用它做浮币实验难度非常大。为此，我用浸漆铜圈来代替硬币。
材料准备：广口烧杯一个、水、大小不等的浸漆铜圈3个。
操作方法：先用手水平托住浸漆铜圈子水面稍上方后轻轻把手撤走，可以轻易把铜圈浮在水面上。而且，由于铜圈内部是空的，可明显观察到铜圈中间的水面向上鼓起。
这个实验可以清晰地观察到铜圈把液膜下压变形，液膜要收缩产生弹性，从而把铜圈托住了。此时，如果再用小木棍轻轻击打铜圈，可发现液面被打破后铜圈马上下沉到杯底。拿出铜圈后轻轻一甩，由于浸漆铜圈和水不浸润，浸漆铜圈上的水马上就被甩掉了，又能重复以上实验。
创新三：用悬浮支架演示液膜被上顶时的张力
上例演示的是液膜被下压而产生张力，本例可以演示液膜被上浮物体顶起而产生张力，以至于物体被压住而不能浮出水面。
材料准备：广口烧杯一个、水、5mL的一次性注射器一个、小铁块一块、橡皮活塞一个、两侧焊有铜丝支架的直径8cm的铜圈一个。
操作方法：将带有支架的铜圈连接到注射器上，在注射器底端放置一个小铁块，注射器内加水进行配重，直到用橡皮活塞密封后整个装置能竖直浮在水面上并部分冒出水面（如图2）。然后，用手下压支架，使得整个装置全部低于液面，松手，可见装置会上浮，但铜圈支架上浮到液面处就再也不能继续升高了（如图3）。
这个实验现象和很多学生猜测的“应该会上升到初始位置”反差强烈，能充分激发学生的学习兴趣和探究欲望。通过深入探究，学生能认识到：原来是液面张力把支架给“压住”了。同样，用小木棒轻敲支架，瞬间打破液面，支架又能上升并回到初始位置。
创新四：用特制泡泡液与特制铜丝圈让液膜更大、更持久
新人教版高中物理选修3-3第九章第2节中有一个演示肥皂膜表面张力的实验，即：用烧热的针刺破棉线某一侧的薄膜，观察薄膜和棉线发生的变化。教学中我发现，普通的铁丝圈拉出水面形成的液膜不仅体积小，且很快就会挥发破裂，难以获得更深刻的体验。如何才能让学生更真切地感受到肥皂膜所体现出的表面张力呢？受玩具泡泡枪和超大型肥皂泡表演的启发，经过网络查询，经过多次试验，我终于发现了比较适合肥皂膜表面张力演示的特制溶液配置方法。
材料准备：特制泡泡液（由洗洁精、甘油、清水按3∶1∶6的比例配置：洗洁精的作用是让水更有粘滞性不容易破裂；甘油可以让水的挥发明显变慢，从而使得液膜能维持较长时间）、配套的铜丝圈（采用直径为2.0mm的铜丝，弯折成一个直径达30cm的铜圈，并用常见白纱线紧密地缠绕在铜丝上，白纱线可以吸附足够的特制溶液并及时补充到液膜上，在铜圈上松松地系上两根长度适当的细绵线，如图4所示）、盛特制泡泡液的容器。
操作方法：将铜圈浸没于特制泡泡液后取出，液膜附着于铜圈内侧，形成直径达30cm的液体膜，两根细线在液膜内呈松弛状态。用粉笔尖轻触两线中间的液膜，液膜随即破裂，两侧液膜收缩，两线呈绷紧状态，且此状态能维持一分钟以上，如图5所示。
在操作中要注意的是，为什么要用粉笔尖轻触两线中间的液膜？这是因为该实验要求捅破内侧液膜而不至于破坏另两侧液膜。若用手捅，液膜中的细线会吸附在手指上且手指太大难于操作；一些资料上采用烧红的针尖来捅破液膜效果虽好，但操作较繁琐。粉笔的优势是：吸水能力很强，轻轻一触液膜就会让液膜破裂，且对细线另两侧的液膜几乎无影响。
创新五：和表面张力来一场“趣味拔河比赛”
除了让学生清晰地观察表面张力外，我们还有必要让学生来体验一下表面张力，这样，学生的印象就更加深刻了。
材料准备：特制泡泡液、盛特制泡泡液的容器、20cm×10cm左右的矩形框架一个（同样用铜丝弯折而成）、用铜丝制作的一个可滑动杆的支架并在滑动杆中间系上一段细线。实验装置如图6所示。
操作方法：拉住细线，让滑动杆处于矩形框中间附近位置，整体放入上例所配置的特制泡泡溶液，然后拿出，可见到矩形液膜。“比赛”开始，当松开拉住滑动杆的细线时，滑动杆马上被液膜拉到最右边！稍用力拉细线，可把滑动杆又拉到左边再次形成矩形液膜。由于采用特别配置的溶液，这个“拉锯战”重复好多次后液膜才会挥发破裂。
这个小实验不仅趣味盎然，还能把液膜由于张力而要收缩的性质演绎到极致。
上述5个创新实验，或是书本实验的改进，或是实验现象的放大，或是图片的动态模拟，或是实验的趣味化呈现，取材方便，容易操作，均获得了明显而义富有震撼力的实验效果。