（高中物理）液体典型例题.doc

液体典型例题【例1】把一根缝衣针小心地放在水面上，可以把水面压弯而不漂浮，为什么？【分析】根据液面被压弯后对缝衣针产生的力的特点即可解释．【答】当针放在水面上把水面压弯时，仍处于水的外表层以上，就好似放在弹性薄膜上一样．作用在针上的力有：〔1〕重力G、竖直向下．〔2〕水面的托力N．由于水面的外表张力使被压弯的水面收缩，有使它力图恢复原来的水平状态的趋势，压弯处水面产生的外表张力方向如下列图，使弯曲液面对针产生竖直向上的托力．〔3〕水面压弯后水产生的静压力F′．结果，缝衣针就在重力、水面托力、水的静压力的共同作用下处于平衡状态，所以可以不致漂浮．【说明】〔1〕由于缝衣针常与手指接触，使针的外表附有一层油脂，可以不被水浸润，所以仍能处于水的外表层以上．如果用酒精棉花把缝衣针洗擦干净后小心地用镊子夹放在水面上，由于针的外表层已不再有油脂，会被水浸润，缝衣针就会漂浮下去了．〔2〕不能认为针的重力被液体的外表张力相平衡．因为外表张力是液面各局部之间的相互作用力，并不作用在针上．〔3〕由于钢针很细，置于水面上形成的水面高度差很小，因此产生的静压力很小可忽略不计。【例2】网孔较小的筛子里盛有少量的水时，水不会从网孔中流出．试解释这一现象．【解】网孔较小的筛子里盛有少量水时，在每个网孔下面都有微微凸出的水滴〔如图1所示〕．如果将凸出网孔的水滴从靠近根部的地方分隔为上下两局部，那么在它们的分界线处，下部水滴外表要受到上部水滴根部外表的外表张力f的作用〔如图2所示〕．由于外表张力f的竖直分力可与下部水滴的重量保持平衡，所以水才不会从筛子的网孔中流出．【例3】如图1所示，如果用一根细玻璃管将两个半径大小不同的肥皂泡连通起来，那么这两个肥皂泡的大小将如何变化？【解】在肥皂泡的外表上，各局部液面间的外表张力是跟液面相切的，假设取单位面积外表作分析可知，作用于单位面积外表边界上的外表张力f的合力F，将使这一外表对泡内的气体产生一附加压力，从而形成附加压强〔如图2所示〕，球形肥皂泡的半径越小，外表的曲率越大，每单位面积外表边界上外表张力f的台力F越大，即单位面积外表产生的附加压力越大，因而肥皂泡外表对泡内气体的附加压强也就越大．由此可知，对半径较小的肥皂泡来说，泡内的气体将被压入到半径较大的肥皂泡中去，从而变得越来越小，直至消失．半径较大的肥皂泡那么随着气体被压入而逐渐变大．【例4】如图，把橄榄油滴入水和酒精的混合液里，当混合液的密度与橄榄油密度相同时，滴入的橄榄油呈球状悬浮在液体中，为什么？【分析】根据油滴的受力情况和外表层的特点即可解释．【答】滴入混合液中的油滴，受到竖直向下的重力和液体对它竖直向上的浮力作用．由于油的密度与液体的密度相同，使得油滴好似处于失重状态．油滴在外表张力的作用力，收缩液面有使液面尽量减小的趋势．因为在同体积的几何体中，球外表的面积最小，所以油滴在外表张力作用下收缩成球状悬浮在混合液内．【说明】外表张力的大小与液面边界线长度〔设为L〕成正比，可以表示为：f=αL式中α称为外表张力系数，它表示液面单位长度的边界线上所受的外表张力的大小．α的大小与液体性质、温度以及液体内是否有杂质有关．温度升高时，液体的外表张力系数减小．实验中用烧热的针容易刺破液膜，就是这个道理．通常情况下，液体内含有杂质时的外表张力系数也会减小．【例5】在宇宙飞船中放一个盛有液体的容器，将会出现什么现象？【分析】应分液体浸润容器和不浸润容器两情况，根据物体处于失重状态，在分子力作用下的表现加以讨论．【答】当液体浸润容器时，附着层内分子较液体内局部子分布密时，分子斥力占优势，使液面沿器壁扩展，由于盛有液体的容器置于宇宙飞船中，处于失重状态，液体重力为零。在外表张力的作用下，液体会不断地沿着器壁上升，直至全部流失。当液体不浸润容器时，附着层内分子较液体内局部子分布稀时，分子引力占优势，具有收缩趋势，而液体又处于失重状态，所以它不再粘附在器壁上，整个附着层变成外表层，使液体收缩成一个球形液滴．【说明】在内径较小的容器里，浸润液体形成凹弯月面，不浸润液体形成凸弯月面．观察液面的位置时，浸润液体以凹弯月面底部为准；不浸润液体以凸弯月面顶部为准．如下列图．【例6】在外表张力的作用下，水沿毛细管上升后，水的温度将[]A．升高B．降低C．不变D．上述三情况都可能【分析】水沿毛细管上升后，这局部水的势能增加．由于整个系统没有从外界吸收能量，因此，这局部水增加的势能只能由水的内能转化而来．所以，水沿毛细管上升的过程中，水温将稍微下降．【说明】此题如不从能的转化和守恒上考虑，会觉得很棘手．由于在毛细管中的水的势能增加量很小，所以水温的变化也极为微小．【例7】将一充满水银的细管气压计下端浸在水银容器中，其读数为p0×105Pa．试求：〔1〕水银柱的高度；〔2〕考虑到毛细现象后，试问真实