水為何在漏網上懸浮

本期點評專家

張永強" 正高級教師，特級教師，湖南省十佳科技教師。科普中國2021年度十大科普人物獎獲得者，全國校園發明創意大賽、湖南省青少年科技創新大賽、湖南省創新編程與智能設計大賽、湖南省科學調查體驗活動評審專家組成員。

夏日時節，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快速溺亡。這是為什么？

當向有漏網的水瓶裝水時，我們發現瓶子未裝滿水，水卻懸浮在漏網上。為什么水會在漏網上停留？這一現象與什么因素有關？

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的本質，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、工業生產等領域應用廣泛，研究水的表面張力具有重要的實際應用價值。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、醫學及微循環系統中，表面張力也發揮著重要的作用。

二、研究過程

（一）實驗一：漏網實驗

1.實驗過程

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

這證明，水膜出現在漏網上并非偶然。為何會出現這種現象？

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，由于分子所受環境的不對稱性，表面層分子相對內部分子更稀疏，從而表現出一種向內收縮的趨勢，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果。當大量水涌入瓶中時，水分子間的吸引力不僅體現在水體內，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。特別是當水流經細密網狀結構如漏網時，表面張力的作用更顯著，使水膜能夠維持形態，減緩或阻止水直接滲透流下。

（二）實驗二：探究影響水的表面張力大小的因素

1.實驗過程

取等量的熱水和冷水分別倒入同一規格的不同水杯中，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動情況。記錄并重復5次以上操作。再按上述步驟用10 ℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70 ℃的水重復做5次。

2.實驗結果及分析

實驗結果表明，回形針上浮次數和上浮數量，都隨著水溫的升高而減少。這證明，表面張力受水溫的影響，且在一定范圍內隨著水溫升高而減小。在一定范圍內，溫度與分子運動劇烈程度成正相關。

（三）實驗三：探究表面張力對物體運動的影響

1.實驗過程

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。用玻璃棒蘸取適量肥皂水點在方形泡沫板后方，很快可以看到方形泡沫板快速地向前運動，一段時間后漸漸停下。

2.實驗分析

這一現象的出現，是因為肥皂水減小了水的表面張力，而方形泡沫板前方的水保持著較大的表面張力。根據虹吸原理，方形泡沫板前方的水會吸引其后方的肥皂水，從而推動方形泡沫板向前運動。

之后肥皂水逐漸擴散，方形泡沫板前后的表面張力差異減小，推動力減弱，方形泡沫板恢復靜止狀態。

實驗結果表明，表面張力與液體的性質有著密切的關系。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。

（四）實驗四：探究表面張力與附著層的關系

1.實驗過程

將水滴在載玻片和塑料片上可發現，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凹陷的狀態，在塑料杯中則呈中間凸起、兩邊凹陷的狀態。

2.實驗分析

當水與塑料、玻璃等附著層接觸時，如果附著層對水的附著力較小，水的表面張力就會占據主導地位，使水呈現中間凸起、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，因此水雖然向內凹陷，但凹陷的程度相對較小。而塑料對水的附著力較小，使得表面張力的作用更加明顯，因此水呈現較明顯的中間凸起、兩邊凹陷的形狀。

三、結論及討論

通過上述實驗，我們探討了水為何能在漏網上懸浮的現象，這一發現不僅揭示了水的表面張力的奧秘，還進一步驗證了其受多種因素影響的特性。

首先，實驗結果表明，水的表面張力是導致這一現象的關鍵所在，其在液體與氣體接觸的邊界部分尤為顯著。當水快速進入裝有漏網的瓶子時，表面張力使水分子在漏網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上的視覺效果。

其次，實驗還發現水的表面張力與水溫密切相關。隨著水溫的升高，水分子運動加劇，分子間的吸引力相對減弱，導致表面張力減小。這一現象在實驗二中通過回形針在不同溫度水面的上浮次數得到了直觀驗證，進一步加深了我們對溫度如何影響表面張力的理解。

此外，實驗三和實驗四分別探究了表面張力對物體運動的影響及其與附著層的關系。這些實驗不僅豐富了我們對表面張力作用機制的認識，也展現了表面張力在日常生活和科學研究中的應用潛力。

未來，我們還將進一步探索表面張力的其他影響因素和應用場景，為科學研究和技術創新貢獻更多智慧和力量。（指導老師：譚艷萍" "李恪芳" "鄭獎" "雷玉梅" "鄧新武）

專家點評

作者對水的表面張力進行了深入研究，選題具有明確的科學性和實用性。作者通過細致的實驗設計和觀察，深入探討了水的表面張力現象，并在研究中提出了有價值的觀點和結論。實驗設計巧妙，觀察細致入微。論文語言表達清晰流暢，邏輯結構嚴謹，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一步加強對實驗數據的分析和解讀，挖掘更多潛在的影響因素，并深入探討這些因素對表面張力的具體作用機制。在討論部分可以結合更多領域的應用案例，以展現表面張力研究的廣泛性和實用性。

（欄目編輯" 秦銀銀）