从对水黾观察引发对表面张力的研究(修改)[指南]

从对水黾观察引发对表面张力的研究(修改)[指南] 从对水黾观察引发表面张力的探究 番禺区市桥中学初一(3) 陈遂霖、何唯、黄颖诗、梁静铟 指导老师:梁健嫦 一、问题的提出 我家住在祈福新村，我常到棕榈园散步，那里有一 个小池塘，池塘中生活着许多水黾，这种水上的滑行 高手常常令我好奇。于是，我便经过询问长辈及查找 资料，得知他们并不会游泳，却能在水上滑行，不沉 下去，靠的是表面张力。怎样才能让水黾沉下去，于 对水黾滑行于水的现象作出以下探究，从而对表面张力进行研究。是我 二、什么是表面张力 我继续研究表面张力，发现表面张力就是水的表面有一种收缩拉紧的力，表面张力也是分子力的一种表现。它发生在液体和气体接触时的边界部分。是由于表面层的液体分子处于特殊情况决定的。液体内部的分子和分子间几乎是紧挨着的，分子间经常保持平衡距离，稍远一些就相吸，稍近一些就相斥，这就决定了液体分子不像气体分子那样可以无限扩散，而只能在平衡位置附近振动和旋转。在液体表面附近的分子由于只显著受到液体内侧分子的作用，受力不均，使速度较大的分子很容易冲出液面，成为蒸汽，结果在液体表面层(跟气体接触的液体薄层)的分子分布比内部分子分布来得稀疏。相对于液体内部分子的分布来说，它们处在特殊的情况中。表面层分子间的斥力随它们彼此间的距离增大而减小，在这个特殊层中分子间的引力作用占优势。因此，如果在液体表面上任意划一条分界线MN把液面分成a、b两部分，F表示a部分表面层中的分子对b部分的吸引力，F6表示右部分表面层中的分子对a部分的吸引力，这两部分的力一定大小相等、方向相反。这种表面层中任何两部分闻的相互牵引力，促使了液体表面层具有收缩的趋势，由于表面张力的作用，液体表面总是趋向于尽可能缩小，因此空气中的小液滴往往呈圆球形状。在大自然中，我们可以看到很多表面张力的现象和对张力的运用。比如，露水总是尽可能的呈球型，而水黾则是利用表面张力在水面上滑行。表面张力是水表面的一个重要性质，而我还发现，毛细现象就 是由表面张力产生的。平常所见到的用毛巾擦汗、粉笔吸干纸上墨水、酒精灯等现象都可用毛细现象来说明，毛细现象对植物生长也具有很重要的意义，它们所需要的养分和水分就是由根、叶子和茎中的小管从土壤中吸上来，输送到绿叶里。 三、观察与实验 一枚硬币放入水中，会沉入水底;但是水的表面张力却足已使它浮在水面，这是真的吗,水黾到底是不是靠着表面張力才能浮在水上呢, 我对表面张力这种现象充满了好奇，于是我在家里对表面张力进行进一步的探究，我运用了两个小实验对其进行了观察。其一，活水黾的探究;其二，小硬币的沉浮现象 (一)活水黾的探究: 研究地点:祈福湖、祈福棕榈园、家里 研究时间:2009年9月 水黾4只、水和洗洁精。 实验材料:水盆1个、 实验过程: 1、水黾的介绍: 水黾是水生半翅目类昆虫， 半翅目,水黾科。外形特征:身体细长，非常轻盈;前脚短，可以用来捕捉猎物;中脚和后脚很细长，长着具有油质的细毛，具有防水作用。体色黑褐色，体长约22mm。水黾是一种在湖 水、池塘、水田和湿地中常见的小型水生昆虫，身长大约1 厘米，可在水面划行。它有6条细长的腿，足上有纤毛。水 黾的种类不同，大小也不一样，一只中等大小的水黾重约 30毫克，比水轻，所以，它在水面上行走时，不会沉入水 中。此外，水黾足的附节上，生长着一排排不沾水的毛，所以，与足接触的那部分水面会下凹，但它的足尖不会冲破表面张力。水黾长有三对足，三对足的分工也很明确，前足用来捕食，中足用来划分和跳跃，后足用来在水面滑行，这样它就可以在水面上自由自在的行动了。 2、实验和观察 首先，放清水在一旁，准备好要试用的水黾，將水黾放入一水盆中，观察其 在水中的活动，发现它在水面行驶自如，如履平地。 其次，在装着清水的水盆中倒入少量洗洁精，刚才还在轻盈滑行的水黾，现在便慢慢地沉了下去，再也不能在水面上滑行。 水黾在水面上滑行 加入少量洗洁精 水黾沉入水中 (二)小硬币的沉浮现象 实验材料:水盆1个、五分硬币2枚、水和洗洁精。 实验过程:先将水盆装满水，试着轻轻地将硬币放进水里，结果，重于水的硬币并没有下沉，而是静静地浮在水面。而当我往水中滴上几滴洗洁精时硬币便立刻沉了下去。这了洗洁精能破坏了表面张力。 实验所用的小硬币 往水中放入小硬币 加入洗洁精 下沉的硬币 四、结论 由于液体表面的分子受到向内的净力，所以液体表面会近量内缩。而表面张力就是增加液体表面积所需的能量。所以，水黾就能在水面上滑行自如，硬币也能浮上水面，这些现象都表明水具有表面张力。 在水中倒入洗洁精，就会削弱水的表面张力,硬币都沉入水中，这就说明洗洁精能破坏水的表面张力。同时,如果往水里加一点洗洁精,这时,走在水面的水黾足上的毛被沾湿,足冲破了表面张力而穿入水中,水黾就会沉入水中,当水黾沉下去后,水黾就再也浮不上来了。小型水生昆虫水黾被喻为“池塘中的溜冰者”，因为它不仅能在水面上滑行，而且还会像溜冰运动员一样能在水面上优雅地跳跃和玩耍。它的高明之处是，既不会划破水面，也不会浸湿自己的腿。因此， 我在实验前作出一个设想:如果水黾也是靠着表面張力才能浮在水上，在我往水中滴上洗洁精时，水黾也会沉了下去，那就证明我的设想是正确的。结果在我往水中滴上洗洁精时水黾也沉了下去，也就是说我的设想是正确的，水黾是靠着表面張力才能浮在水上。 五、感想 通过这次研究，不仅让我掌握了许多关于表面张力知识，还让我明白，当自己有任何大胆的设想时，都要经过实践来验证;还要认真观察、细心操作，这样才会有新的发现。在探究活动中，让我体验正确认识是怎样产生的，去感悟、理解科学是怎么一回事。激发自己在生活中发现科学的欲望，让自己体会到身边处处有科学，生活中处处是科学。如在这次探究过程中，是通过观察水黾现象来研究水的表面张力的，懂得了水黾这种小型水生昆虫的特征和特性，又掌握了许多有关表面张力的知识，强化了自己的观察和动手能力。 参考文献: 1、李中青《水的表面张力的研究》教学 2、百度查找有关“水黾”的知识 3、百度查找有关“表面张力”的知识