（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大气压强为多大？细管直径接触角θ=π水银的外表张力系数σ／m．〔3〕假设允许测量的相对误差为％那么管径所能允许的最小值dmi