本期點(diǎn)評(píng)專家

張永強(qiáng)" 正高級(jí)教師，特級(jí)教師，湖南省十佳科技教師?？破罩袊?guó)2021年度十大科普人物獎(jiǎng)獲得者，全國(guó)校園發(fā)明創(chuàng)意大賽、湖南省青少年科技創(chuàng)新大賽、湖南省創(chuàng)新編程與智能設(shè)計(jì)大賽、湖南省科學(xué)調(diào)查體驗(yàn)活動(dòng)評(píng)審專家組成員。

夏日時(shí)節(jié)，可以看到水黽在水面自在滑行的身影。然而，不慎落入水中的蚊子則會(huì)快速溺亡。這是為什么？

當(dāng)向有漏網(wǎng)的水瓶裝水時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)瓶子未裝滿水，水卻懸浮在漏網(wǎng)上。為什么水會(huì)在漏網(wǎng)上停留？這一現(xiàn)象與什么因素有關(guān)？

帶著一連串疑問，我們展開了探究。

一、研究意義

首先，研究水的表面張力有助于我們理解液體物理性質(zhì)的本質(zhì)，更深入地了解液體分子間的相互作用力以及液體表面的特性。

其次，表面張力在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，研究水的表面張力具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。例如，在洗衣服的過程中，表面張力能助力洗滌劑更好地滲透衣物纖維，提高洗滌效果。在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)及微循環(huán)系統(tǒng)中，表面張力也發(fā)揮著重要的作用。

二、研究過程

（一）實(shí)驗(yàn)一：漏網(wǎng)實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)過程

將200 mL清水快速倒入有漏網(wǎng)的瓶子中，可以看見一層薄薄的水膜懸浮在漏網(wǎng)上。將漏網(wǎng)取下，水又快速地從漏網(wǎng)流入水瓶中。重復(fù)以上步驟2～3次能看到，漏網(wǎng)小孔處有輕微的凸起，且漏網(wǎng)上有水膜存在。

這證明，水膜出現(xiàn)在漏網(wǎng)上并非偶然。為何會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象？

2.原因分析

水的表面張力源于液體表面層分子間存在特殊的相互作用力，這種力趨向于使液體表面積最小化。在液體與空氣界面，由于分子所受環(huán)境的不對(duì)稱性，表面層分子相對(duì)內(nèi)部分子更稀疏，從而表現(xiàn)出一種向內(nèi)收縮的趨勢(shì)，即表面張力。例如，一滴水落在干燥桌面上呈球形，正是表面張力作用的結(jié)果。當(dāng)大量水涌入瓶中時(shí)，水分子間的吸引力不僅體現(xiàn)在水體內(nèi)，還在水與容器的接觸面上形成一層緊密的水膜，阻止了水的迅速流失。特別是當(dāng)水流經(jīng)細(xì)密網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)如漏網(wǎng)時(shí)，表面張力的作用更顯著，使水膜能夠維持形態(tài)，減緩或阻止水直接滲透流下。

（二）實(shí)驗(yàn)二：探究影響水的表面張力大小的因素

1.實(shí)驗(yàn)過程

取等量的熱水和冷水分別倒入同一規(guī)格的不同水杯中，取一枚回形針置于小紙片的前端，觀察回形針在不同溫度的水表面層的運(yùn)動(dòng)情況。記錄并重復(fù)5次以上操作。再按上述步驟用10 ℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70 ℃的水重復(fù)做5次。

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，回形針上浮次數(shù)和上浮數(shù)量，都隨著水溫的升高而減少。這證明，表面張力受水溫的影響，且在一定范圍內(nèi)隨著水溫升高而減小。在一定范圍內(nèi)，溫度與分子運(yùn)動(dòng)劇烈程度成正相關(guān)。

（三）實(shí)驗(yàn)三：探究表面張力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響

1.實(shí)驗(yàn)過程

將水倒入盆中，待水面靜止后將方形泡沫板放入其中直至停穩(wěn)。用玻璃棒蘸取適量肥皂水點(diǎn)在方形泡沫板后方，很快可以看到方形泡沫板快速地向前運(yùn)動(dòng)，一段時(shí)間后漸漸停下。

2.實(shí)驗(yàn)分析

這一現(xiàn)象的出現(xiàn)，是因?yàn)榉试硭疁p小了水的表面張力，而方形泡沫板前方的水保持著較大的表面張力。根據(jù)虹吸原理，方形泡沫板前方的水會(huì)吸引其后方的肥皂水，從而推動(dòng)方形泡沫板向前運(yùn)動(dòng)。

之后肥皂水逐漸擴(kuò)散，方形泡沫板前后的表面張力差異減小，推動(dòng)力減弱，方形泡沫板恢復(fù)靜止?fàn)顟B(tài)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，表面張力與液體的性質(zhì)有著密切的關(guān)系。方形泡沫板所受力的大小與兩端的表面張力差值呈正相關(guān)。

（四）實(shí)驗(yàn)四：探究表面張力與附著層的關(guān)系

1.實(shí)驗(yàn)過程

將水滴在載玻片和塑料片上可發(fā)現(xiàn)，水珠在塑料片上呈珍珠狀，而在載玻片上則較扁平。

將水倒入一次性塑料杯和玻璃量筒中，可以在玻璃量筒中觀察到水面呈向內(nèi)凹陷的狀態(tài)，在塑料杯中則呈中間凸起、兩邊凹陷的狀態(tài)。

2.實(shí)驗(yàn)分析

當(dāng)水與塑料、玻璃等附著層接觸時(shí)，如果附著層對(duì)水的附著力較小，水的表面張力就會(huì)占據(jù)主導(dǎo)地位，使水呈現(xiàn)中間凸起、兩邊凹陷的形狀，這是為了讓水的表面積最小化，從而降低表面能。

由于玻璃對(duì)水的附著力較大，這種附著力能部分抵消表面張力的作用，因此水雖然向內(nèi)凹陷，但凹陷的程度相對(duì)較小。而塑料對(duì)水的附著力較小，使得表面張力的作用更加明顯，因此水呈現(xiàn)較明顯的中間凸起、兩邊凹陷的形狀。

三、結(jié)論及討論

通過上述實(shí)驗(yàn)，我們探討了水為何能在漏網(wǎng)上懸浮的現(xiàn)象，這一發(fā)現(xiàn)不僅揭示了水的表面張力的奧秘，還進(jìn)一步驗(yàn)證了其受多種因素影響的特性。

首先，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水的表面張力是導(dǎo)致這一現(xiàn)象的關(guān)鍵所在，其在液體與氣體接觸的邊界部分尤為顯著。當(dāng)水快速進(jìn)入裝有漏網(wǎng)的瓶子時(shí)，表面張力使水分子在漏網(wǎng)表面形成一層緊密的水膜，減緩了水的滲透速度，造成了水懸浮在漏網(wǎng)上的視覺效果。

其次，實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)水的表面張力與水溫密切相關(guān)。隨著水溫的升高，水分子運(yùn)動(dòng)加劇，分子間的吸引力相對(duì)減弱，導(dǎo)致表面張力減小。這一現(xiàn)象在實(shí)驗(yàn)二中通過回形針在不同溫度水面的上浮次數(shù)得到了直觀驗(yàn)證，進(jìn)一步加深了我們對(duì)溫度如何影響表面張力的理解。

此外，實(shí)驗(yàn)三和實(shí)驗(yàn)四分別探究了表面張力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響及其與附著層的關(guān)系。這些實(shí)驗(yàn)不僅豐富了我們對(duì)表面張力作用機(jī)制的認(rèn)識(shí)，也展現(xiàn)了表面張力在日常生活和科學(xué)研究中的應(yīng)用潛力。

未來，我們還將進(jìn)一步探索表面張力的其他影響因素和應(yīng)用場(chǎng)景，為科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新貢獻(xiàn)更多智慧和力量。（指導(dǎo)老師：譚艷萍" "李恪芳" "鄭獎(jiǎng)" "雷玉梅" "鄧新武）

專家點(diǎn)評(píng)

作者對(duì)水的表面張力進(jìn)行了深入研究，選題具有明確的科學(xué)性和實(shí)用性。作者通過細(xì)致的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和觀察，深入探討了水的表面張力現(xiàn)象，并在研究中提出了有價(jià)值的觀點(diǎn)和結(jié)論。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)巧妙，觀察細(xì)致入微。論文語言表達(dá)清晰流暢，邏輯結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，使讀者能輕松理解作者的研究思路和方法。

建議作者在今后的研究中可以進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和解讀，挖掘更多潛在的影響因素，并深入探討這些因素對(duì)表面張力的具體作用機(jī)制。在討論部分可以結(jié)合更多領(lǐng)域的應(yīng)用案例，以展現(xiàn)表面張力研究的廣泛性和實(shí)用性。

（欄目編輯" 秦銀銀）