“液体的表面张力”实验改进与创新

孙德成

(山东省威海市文登区教育教学研究培训中心高中教研室，山东 威海 264400)

“液体的表面张力”是高中物理选修3-3第9章第2节“液体”中的第2模块,是学生在掌握液体的微观结构的基础上对液体宏观特性的进一步探讨,同时也是学生学习本章下一节“浸润和不浸润”的重要基础,在本章中具有承上启下的作用．

学生已经具备了分子动理论的相关知识,初步了解了液体的微观结构,并且具有一定的观察分析能力、实验探究能力以及总结归纳能力．不足之处是学生对液体表面层存在力的作用以及表面张力的产生原因和方向存在认知困难．基于以上原因,笔者对教材的实验进行了改进,同时自创了新实验．

1 对教材肥皂膜实验的改进

物理3-3课本第38页有一个实验(见图1)．笔者在最初的授课过程中多次为学生演示过这个实验,但课本这个肥皂膜实验,实验现象变化快速,可观察性小,学生的感知程度较弱,不便于学生理解感知液体表面层存在力的作用．为了增加可见度,便于感知,笔者在进行了多次尝试之后,用铜丝和吸管将课本实验进行了改进,设计成如下两种形式(见图2)．

图1

这两个实验装置在制作的过程中要注意:铜丝一定要适当粗,确保矩形和半圆形形状规整,吸管要适当粗,矩形中吸管上下两个孔要适当大一些,穿过矩形上下两边,确保运动过程中与铜丝摩擦力达到最小;半圆形中的吸管下端要比较松地固定在半圆的圆心,上端孔也要适当大,确保吸管能自如地在半圆上绕圆心做圆周运动．

操作时,先配置一定浓度的肥皂液,把两装置中的吸管都放到装置中央,水平浸入肥皂液中,水平拿起沾满肥皂液的装置慢慢竖直放置,可观察到非常清楚的肥皂液薄膜,用手刺破左侧肥皂液(见图3),吸管会在右侧肥皂液的表面张力作用下运动到装置右侧．

图3

通过课堂实践,学生反映这两种装置的实验现象都非常明显,容易感知表面张力的方向及作用效果.

2 自创新实验

(1) 验证液体种类不同,表面张力大小不同的自创小实验．在保证教材内容完整性的同时,笔者自制了演示实验:小船运动(如图4),让学生更加直观地感知不同液体表面张力不同,在所学知识基础上进行延伸与拔高，目的在于增长学生的见识,丰富课堂．

该实验的器材：盛有水的浅盘，塑料泡沫一小块(充当小船),一小块肥皂,一根牙签,一个用白纸剪的小三角形．把肥皂用穿有小三角形的牙签固定在塑料泡沫下表面,轻轻放入浅盘的水中,有一部分肥皂会溶在水中,形成肥皂水．由于肥皂水与水的表面张力大小不同,小船在水平方向受力不平衡(如图5)而运动起来,从而证明不同液体的表面张力大小不同．

图4

图5

(2) 为了让学生理解表面张力的方向,笔者设计了演示实验:筛网盛水(将用筛网封口的装水塑料瓶倒立,水不流出),并借助简图模拟筛网形状(如图6),引导学生画出筛网处水的受力分析图,从而确定出表面张力的方向．该装置设计时要注意筛网的孔要小一些,瓶内的水不易太多．

图6

物理实验生动形象、形式多样、直观明了，又蕴藏非常丰富的知识内涵,是物理教学中必不可少的重要内容,也是重要的教学手段．因此,教师在平日的教学过程中,要动脑设计各类实验,激发学生学习物理的兴趣,让学生在参与各类实验过程中掌握知识、运用知识．