《水面漂浮物間吸引還是排斥的探究》

1、水面漂浮物間吸引還是排斥的探究南京師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院劉廣筆者設(shè)計(jì)了如下實(shí)例，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探求的過程，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力。一、初次探究1 提出問題在水槽內(nèi)裝水近滿，使水面上漂浮兩只鋁質(zhì)可樂瓶的瓶蓋和兩枚5分硬幣。用一根細(xì)棒分別撥動(dòng)鋁瓶蓋和硬幣，使它們兩兩靠近。發(fā)現(xiàn)鋁瓶蓋和硬幣之間相互排斥；鋁瓶蓋與鋁瓶蓋之間相互吸引；硬幣與硬幣之間相互吸引。老師問：水面漂浮物之間怎么會(huì)出現(xiàn)吸引與排斥的現(xiàn)象呢？2 猜想與假設(shè)考慮相關(guān)因素，學(xué)生可能猜想與物體組成材料有關(guān)系，還可能猜想與液體對(duì)物質(zhì)表面作用有關(guān)系。分析：假設(shè)水面漂浮物之間吸引與排斥與物體的組成材料有關(guān)系，可以用細(xì)線把鋁瓶蓋與硬幣分別懸掛起來，

2、當(dāng)移動(dòng)鋁瓶蓋靠近硬幣時(shí)，鋁瓶蓋與硬幣之間并不存在在水面上那樣的排斥作用?？梢酝茢嗥∥镏g吸引或排斥，與物體的組成材料無關(guān)?？梢猿醪酱_定漂浮物間吸引或排斥可能跟液體的表面作用有關(guān)，而液體在固體表面附著情況可分為浸潤與不浸潤，進(jìn)一步猜想漂浮物之間的吸引或排斥可能與液體在固體表面浸潤或不浸潤現(xiàn)象有 關(guān)。3 .制訂計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)：定性研究漂浮物吸引或排斥與浸潤或不浸潤的關(guān)系。(1) 分別用細(xì)棒滴一小滴水到鋁瓶蓋與硬幣上，觀察水是浸潤或不浸潤的。注意水滴不能太大，如果水滴過大，水的重力影響就會(huì)超過表面張力的影響，不浸潤現(xiàn)象就會(huì)不明顯。(2) 在水面上漂浮兩個(gè)浸潤的小木塊，用細(xì)棒撥動(dòng)

3、小木塊互相靠近，觀察兩個(gè)小木塊 是吸引，還是排斥？(3) 在水面上漂浮兩個(gè)不浸潤的小蠟塊，用細(xì)棒撥動(dòng)小蠟塊靠近，觀察小蠟塊之間是 吸引還是排斥。(4) 撥動(dòng)水浸潤的小木塊分別靠近小蠟塊、鋁瓶蓋、硬幣，觀察它們是吸引還是排斥。(5) 撥動(dòng)水不浸潤的小蠟塊分別靠近鋁瓶蓋、硬幣，觀察它們是吸引還是排斥。4 .進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)按教師的建議，學(xué)生分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以知道對(duì)鋁瓶蓋來說，水是浸潤液體；對(duì)硬幣來說，水是不浸潤液體。把實(shí)驗(yàn)觀察的現(xiàn)象填在表1中。表1不浸潤浸潤不浸潤小蠟塊硬幣小木塊鋁瓶蓋小蠟塊吸引吸引排斥排斥硬幣吸引吸引排斥排斥浸潤小木塊排斥排斥吸引吸引鋁瓶蓋排斥排斥吸引吸引5 .分

4、析與論證根據(jù)表1中的記錄，分析可知：浮在水面浸潤的物體（小小塊、鋁瓶蓋）與水不浸潤的 物體（小蠟塊、硬幣）之間靠近時(shí)，相互排斥。同是水浸潤的物體（小木塊、鋁瓶蓋）浮在 水面上，它們靠近時(shí)相互吸弓I。同是水不浸潤的物體（小蠟塊、硬幣）浮在水面上，它們靠 近時(shí)相互吸引。6 評(píng)估實(shí)驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)如下問題：（1）壹角的硬幣不能漂浮在水面上，五分的硬幣卻能漂浮在水面上，原因可能是壹角硬幣比較重，水的表面的張力不足以支持它，從而使壹角硬幣沉到了水底。（2）對(duì)于較大質(zhì)量物體，由于它們不是漂浮在液體表面上，所以觀察不到上述現(xiàn)象。（3）如果小蠟塊含有雜質(zhì)， 雜質(zhì)小蠟塊與小木塊相互吸引，雜質(zhì)小蠟塊與純凈小蠟塊相

5、互排斥。原因可能是對(duì)含雜質(zhì)的小蠟塊，水是浸潤的。（4）小蠟塊可以一直貼近塑料水槽的邊緣，小木塊卻不能靠近塑料槽的邊緣，原因是對(duì)于塑料水槽而言，水也是不浸潤的。7 交流與合作各個(gè)小組把實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果寫成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并分別在班上報(bào)告本組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行討論和交流。二、再探究1提出問題同學(xué)們通過討論與交流， 弄明白了浸潤物體與浸潤物體之間相互吸引， 不浸潤物體與不 浸潤物體之間相互吸引， 浸潤物體與不浸潤物體之間相互排斥。 那么，為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的 現(xiàn)象呢？2 .進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)可以改進(jìn)前面的實(shí)驗(yàn)，用放大鏡觀察液面的情況。發(fā)現(xiàn)浸潤物體與液面接觸成凹形，不浸潤物體與液面接觸成凸形（如圖1）。3 .分析

6、與論證原來在液體表面層中， 由于分子間的距離比較大， 分子間的作用力表現(xiàn)為引力， 液體分 子間的作用力是同一類物質(zhì)的分子間的吸引力，叫做內(nèi)聚力。液體界面上分子和接觸固體分子間存在著的吸引力是不同物質(zhì)分子間的吸引力，叫做附著力。當(dāng)物體浮在液體表面上時(shí)， 如果水和物體間的附著力大于水自身的內(nèi)聚力，液面呈凸形，水是不浸潤的。液體界面在不與固體分子接觸處， 內(nèi)聚力引起液體界面上的分子都要互相靠攏， 表現(xiàn)為液面就像張緊的橡 皮膜有自動(dòng)收縮的現(xiàn)象， 這種作用于液面上力圖使液體表面收縮成最小面積的力， 稱為表面 張力。 兩漂浮物相互接近時(shí)， 它們之間的液面就變成彎曲的。 由于液體表面類似張緊的橡皮 膜，液面

7、受力總有變平的趨勢(shì)（如圖1）。因此，我們可以觀察到浸潤物體之間相互吸引，不浸潤物體間也是相互吸引， 浸潤物體與不浸潤物體之間液面要有變平的趨勢(shì)， 所以相互排 斥。4評(píng)估（ 1）使用放大鏡觀察，使認(rèn)識(shí)達(dá)到了新的深度。（ 2）上面的分析與論證，是以液體表面層中分子間距離比較大， 分子間的作用力表現(xiàn)為吸引力為前提。 （ 3）上面分析與論證對(duì)學(xué) 生的想象能力、邏輯推理能力要求較高，所以只適合于向資質(zhì)優(yōu)秀的學(xué)生提出更高要求?？梢赃M(jìn)行新的探究，進(jìn)一步提出如下問題： 為什么說液體表面層分子間的距離比較大 ? 為什么說分子間距離較大時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為吸引力？ 液體表面張力能不能定量計(jì)算 ? 用帶電棒靠近漂浮物又會(huì)出現(xiàn)怎樣的現(xiàn)象?如何去解釋 ?三、探究的啟示通過以上探究實(shí)例， 帶給我們的啟示是多方面的： （1）探究過程可以涉及所有的探究要 素，也可以涉及部分要素。（2）探究的過程是：問題 一 究一 問題一 探究的螺旋式上升的過程。