韩文娟+强睿

摘 要：分析液体表面层中的分子特点，从分子力、分子势能、分子数密度三个角度解释表面张力，使抽象的知识点简化、形象化，可使学生深入理解液体表面层的分子特点及表面张力实质从而深化教学。

关键词：《热学》 分子特点 表面张力

中图分类号：O552.4 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2017）10-0-01

在《热学》实际教学中，学生不太理解液体表面层的分子特点，对表面张力的实质认识不清，原因是此知识点本身就较为抽象、难于形象讲解形成了学生理解上的障碍。本文分析液体表面层中的分子特点，从分子力、分子势能、分子数密度三个角度解释表面张力，可使学生深入理解液体表面层的分子特点及表面张力实质，这对《热学》教学很有帮助。

一、相关概念

1.界面[1]

一種物质与另一种物质（或虽是同一种物质，但其微观结构不同）的交界处，是物质结构的过渡层。界面不是几何学上抽象的平面或曲面，而是具有一定厚度，一般为几个或十几个原子的线度。表面层是液体与气体的交界，是液体表面的过渡区域 。

2.表面张力[2]

表面张力是作用于液体表面上的使液面具有收缩倾向的一种力。微观上是由于液体表面层内分子力作用的结果。

二、分析表面层中的分子特点

1.液体表面层中分子受到的引力指向液内[3]

把分子引力开始有明显作用的范围叫做分子作用球（为图一、二中的蓝色球体），它约为液体分子间距离（约10-10米）的几倍。图二中，起初分子将完全不会受到液体的作用力，c点开始受到指向液体的引力，随着向液面接近，引力将急剧增大，e点最大，液体深入液体内部时，逐渐出现相反方向的引力，而合引力急剧减小，分子更深入液体，离开液面的距离大于分子作用半径，分子受到周围分子的合引力为零。分子在表面层中受到其他分子施与的指向液体内的引力，而在表面层之外的液体中，分子受到平衡的引力作用，就是这个表面层分子所受的指向液体内的引力产生了表面张力。

2.液体表面层中的分子具有大于液体内部分子的势能

表面层中的分子受到指向液体内的引力（合引力指向液体内部）将表面层的分子移到液体内部时，合引力指向液体内部，移动方向与力方向相同，合引力作正功，势能减少，所以表面层中的分子具有比液体内部分子具有更大的引力势能。

3.表面层中的分子数密度小于液体内部

表面层内分子的引力势能较液体内部大，表面层内分子的平均距离比液体内部大（无穷远处为势能零点，分子的引力势能为负）。可见表面层内分子的平均距离比液体内部大，表面层内分子的排列比内部疏松（越靠表面，排列越疏松）分子数密度越小。

三、从分子力、分子势能、分子数密度三个方面讨论表面张力的本质

1.从分子力角度

液体表面层中分子受到的引力指向液内，根据力学原理，在此引力下，分子会有走向液体内部的驱动，液体表面层中分子对要移动的分子体现了依依不舍的“拉力”，液体表面因而就有收缩的趋势，赋予了液体表面以不同于液体内部的性质，产生表面张力。

2.前已述及，液体表面层中的分子具有大于液体内部分子的势能

表面越大，表面层中的分子数就越多，整个表面层的势能就越大。处于保守力场作用下的物质系统如果无其他外力作用，势能趋于最小值。液体表面因而就有收缩的趋势，从而说明了表面张力的产生。

3.表面层中的分子数密度角度

表面层内分子的引力势能较液体内部大，可见表面层内分子的平均距离比液体内部大，从分子力角度分析知道在此引力下，分子会有走向液体内部的驱动，表面层中的分子数密度小于液体内部，说明表面层内分子的排列较液体内部疏松（而且越靠表面，排列越疏松），分子数密度较小，表面层中的分子间的吸引力要明显大于液体内部，这就是表面张力产生的机理。

通过讨论，使抽象的知识点简化、形象化，让学生更好理解液体表面层的分子特点和表面张力的实质，对《热学》教学很有帮助。

参考文献

[1]李椿，章立源，钱尚武.热学[M].第二版，北京：人民教育出社，2010.244-258.

[2] 赵凯华.热学[M].第二版，北京：高等教育出版社，2005.212-225.

[3] 秦允豪.热学[M].第三版，北京：高等教育出版社，2004.243-251.

作者简介：韩文娟，（1975-），女，汉，河北保定，教授，硕士，主要从事量子多体理论的研究。endprint