高中物理竞赛气体和液体表面性质浅析.ppt

* 在玻璃表面涂上一甘油薄膜，水就不再和玻璃表面浸润。用此方法可以防雾，下雨时汽车挡风玻璃也可以不用雨刷！ * 对于水，α=10^-2,θ=0，当R=10^-3m时，h=1mm。当R=10^-6m时，h=1000mm。 * 道尔顿分压定律 将N种气体同时装入容器(V)中产生的压强称为混合气体压强。 实验表明：p=p1+p2+···+pN 或： * 解：　 原来 现在 氮气：　 变为原子，求压强 假设 * 在一体积为2升的密闭容器中，装有2克氢气和少量的水，容器内压强p0 = 17×105Pa。然后加热容器，使容器内的压强变为p1 = 26×105Pa，此时有部分水汽化。已知水蒸汽的摩尔质量为M = 18×10-3kg/mol，水的饱和蒸汽压pt和温度T的关系如下图所示（图中方块点是实验数据，曲线是这些数据的拟合线）；试求水的初始温度T0和末温度T1，并估算水的质量变化量。 * （1）在图上画出氢气的等体过程曲线，并由分压定理画出总气压随温度的变化曲线 （2）再从总压强曲线读出初始压强下、末压强下的容器内的温度（即水的温度） T0=380K，T2=442K （3）从图中读出初始总压强下、末压强下水蒸汽的压强 p0=1.4×105Pa p1=8.0×105Pa 由水蒸气的状态方程得水蒸气的质量增加（即水的质量减少量） * 7-4 液体的表面性质 一、表面张力 液体表面类似紧张的弹性薄膜，有收缩的趋势。 原因：表面内分子力作用。 表面张力的作用表现在线段两边的液面以一定的拉力相互作用。 方向恒与线段垂直，大小与线段长度L成正比。 f = aL a―表面张力系数，单位长度直线两旁液面的相互拉力（N/m）。 * F 薄膜有收缩趋势，要增加液面面积，需外力做功： DA=FDx 即：a 等于增加单位表面积时，外力所需做的功。 1、与液体成分有关，密度小、易蒸发的液体的表面张力系数较小；（油、水、酒精等） 性质： 2、与温度有关，随温度升高而减小；（蓖麻油） 3、与杂质有关 能使其减小的物质―表面活性剂； 4、与相邻物质的化学性质有关。水与玻璃、水与荷叶 =2aLDx =a DS * 水和油边界的表面张力系数a = 1.8×10-2N/m，为了使 10-3kg的油在水内散布成半径为10-6m的小油滴，需做多少功？散布过程可以认为温度不变，油的密度为900kg/m3。 一个大油滴在等温地散布成大量小油滴时，能量仅消耗在形成增加的表面积上 设小油滴数目N，油滴半径分别为R，r * 二、球形液面内外的压强差 弯曲液面，由于表面张力的存在，液面内外压强不同 f = a 2pr pi p0 DFiy=piDScosq F0y=p0pr2 Fiy = F0y+f 附加压强为正。 若为凹面，附加压强为负。如液体内部的气泡。 r θ y * 在连通管两面分别吹出大、小两个肥皂泡后关闭C1、 C2、C3。再打开C2、C3，出现什么现象？ 小肥皂泡不断缩小，大肥皂泡不断增大！ A C B 解：肥皂膜，内外两个表面（半径近似相同） C1 C2 C3 * 由理想气体状态方程： 考虑到附加压强远小于大气压强 C1 C2 C3 肥皂泡内空气体积正比于r3。 由质量守恒定律： m1+m2=m3，得 * 将压强为p0=1atm的空气等温地压缩进肥皂泡内，最后吹成半径为2.5cm的肥皂泡。求吹成这肥皂泡所需做的功。 a =4.5×10-2N/m。 设泡内空气压强为p 用于增大表面积所需做的功 压强为p0的空气等温地压缩到压强为p的状态，需做功 * 三、毛细现象 1、液面与固体接触处的表面现象 浸润与不浸润 水银放在玻璃板上―成球状滚动而不附着在玻璃上―不浸润 水放在玻璃上―沿玻璃扩展，附着在玻璃上形成薄层―浸润 浸润或不浸润取决于液体和固体性质。 微观上：由固、液分子间的相互吸引力（附着力）是否大于液、液分子间的相互吸引力（内聚力）决定 现象： q 浸润 q 不浸润 以夹角大于还是小于90°区分 q ― 接触角 * 2、毛细现象 浸润或不浸润液体在细管内出现液面上升或下降的现象。 由表面现象与接触角（液体浸润管壁的情况）决定。 液体浸润管壁的情形 q q h B C 刚插入，由于浸润，液面下凹 必然上升以达到压强相等。 A 将凹面近似看作半径为r的球面 设管半径为R，则 上升高度与表面张力系数成正比，与毛细管半径成反比 * 液体不浸润管壁的情形 h A 设管半径为R，则 在不浸润情形下，q是钝角，因此h 0 意味着管中液体不是上升而是下降 * 在内半径r = 0.3mm的毛细管中注水，一部分水在管的下端形成一水滴，其形状可以认为是半径为R = 3mm的圆的一部分，求管中水柱的高度。a = 7.3×10-2N/m。 A B h 完全浸润，q =