探討學院數學關于液體表面張力演示實驗的應用探討學院數學關于液體表面張力演示實驗的應用【摘要】農科《大學化學》是農林高校學院生的一門選修課,液體表面張力是農科《大學化學》的特有章節。筆者結合自身教學經驗,通過液體表面張力一節的講課,探討了《大學化學》教學中演示實驗的重要性【關鍵詞】大學數學,表面張力,演示實驗農科《大學化學》是農林高校學院教學環節中的一門選修課程,要求中學生在學習過《高等物理》等課程后,緊接著學習的一門課程。《大學化學》作為一門基礎課,其在高等教育教學中的重要性毋庸置疑,教好學好這門課程成為學院生活中時常談論的話題。筆者作為一名農科高校數學系講師,主要講授《大學化學》這門課程,結合近幾年的教學經歷,主要說說在農科特有的“液體表面張力”一節的授課經驗1基本概念教學液體表面指的是“液體與二氧化碳的分界面處寬度等于分子有效作用直徑的那層液體。”[1]這么,這部份液體有哪些特殊性呢,液體內部分子與液體表面分子大學物理實驗論文液體表面張力系數的測定,液體分子與二氧化碳分子在動力學方面均有不同。流體熱學中液體在遭到剪切撓曲作用時,也會表現出類似固體的特點。液體表面張力是液體表面層存在的一種具有收縮趨勢的力。這些力促使液體表面層像張緊的彈性膜,總要使液體表面收縮到最面館積表面張力的量化須要用到表面張力系數。
表面張力系數可從三種角度定義,即熱學角度,做功角度和表面能的角度。實驗表明,液體表面張力與線段寬度L成反比,其比列系數稱為液體表面張力系數。使勁撐開液膜促使液體表面積減小,這個力所做的功,經過估算,其大小與液面面積的變化量成反比,其比列系數恰好為液體表面張力系數。依據能量守恒和轉化定理,在水溫不變的情況下,外力完全用于克服表面張力所做的功,全部轉化為液體的表面層所降低的勢能,此勢能稱為表面能。因而,表面能的改變量與液面面積的變化量成反比,其比列系數恰好為液體的表面張力系數2演示實驗教學表面張力系數的介紹通過三種角度分別進行了定義,但讓中學生更快更好的理解表面張力系數的含意,僅僅通過文字和公式是不夠的,通過演示實驗的方式,使中學生獲得最直觀的體會,既能使中學生形成深刻的印象,又能活躍課堂氛圍,平添學習樂趣。“液體的表面張力系數測定”是農科《大學化學實驗》的內容之一,有多種方式進行檢測,比如拉脫法、傳感器法、毛細管法等。精典檢測方式是拉脫法。實驗中,金屬絲放在液體表面,帶動金屬絲框,金屬絲框將拉起水膜。此時水膜對金屬絲框的表面張力仍然存在,但兩邊的表面張力不在同一作用線上,而是沿液面切線方向向上,其傾角大于180?,由此會形成一個向上的分力。
繼續帶動金屬絲框,金屬絲框會將水膜拉起使其更為傾斜,右側表面張力的傾角變小,使得向上的分力減小。進一步減小拉力,最終水膜被拉起至與水平面垂直,表面張力豎直向上,其對金屬絲框的拉力達到最大,等于一側表面張力的代數和。若進一步拉起金屬絲框,水份子的表面張力不足以推動更多的水份子上升,水膜即發生破裂。此時讀出帶動金屬絲框的拉力值,即可估算出表面張力的大小。拉脫法使用的焦利秤,儀器結構簡單,操作便捷大學物理實驗論文液體表面張力系數的測定,很適宜做教學演示。實驗須要如下步驟,先調整彈簧上端的金屬夾使三線對準,再操作焦利秤下端使彈簧與金屬絲遭到向下的拉力,同時,操作液體下平臺螺母使平臺增長以對金屬絲形成向上拉力,同時觀測玻璃夾狀態,借助右手配合使玻璃夾處三條線一直對準,直到液面水膜斷裂,三線對準狀態發生突變,即可測得液體的表面張力。[2]在實驗時須要手眼配合,注意力集中。上課演示此實驗時,中學生聚精會神,結合剛才講過的液體表面張力概念,感受液面的細微變化。液面在被拉起時,聽到班主任緊抓玻璃夾,心中想著液面將破,內心的緊張剌激流露無遺3理論與實驗教學結合的意義在《大學化學》的教學過程中,要求中學生在一個學期內學完包括熱學、電磁學、熱學、光學、近代化學等章節的全部內容,盡管這種知識點都是各自部份的基礎內容,但整個算出來,一個學期的時間要想把知識講清講透,讓中學生倍感學懂了學會了,確實有點草率。
近些年,因為課程調整,筆者所在中學的《大學化學》農科課程課時由最初的64學時升高到48學時,時間上更為捉襟見肘。因而,拖堂式的學習方式已不能滿足教學雙方的須要,一定要找到一條新路。化學是一門理論實驗并重的學科,理論實驗相輔相成。課堂上進行演示實驗,盡管會占用一些理論課時間,但從長遠看,有利于中學生充分理解所學知識。學院課堂和學校課堂不同,要在較短的時間內述說更深刻的內容,對于老師和中學生都是十分大的挑戰。中學生應該借助閑暇時間,充分了解教學內容,在課堂上班主任將中學生在課下不能了解到的或前沿的內容呈現給中學生們,不能也沒必要照本宣科。現在,互聯網上可以免費看見好多國外外學院的教學視頻,數字刊物在中學的網站上可以免費瀏覽,中學生的學習資源空前豐富,應該鼓勵中學生去使用這種資源,在有限的時間內完成學習任務。《大學化學》教學過程中可以進行的演示實驗極其多,通過演示實驗教學,一方面,可以使中學生在學習時,甩掉滿頭腦的公式和概念,轉而有一份期盼――在課堂中見到各類實驗儀器和新奇的實驗現象――增添其探求更復雜化學世界的興趣,另一方面,中學生提升了學習興趣,才能自發學習,才才能更好的完成學習任務,取得好成績【參考文獻】[1]王國棟,主編.學院化學學[M].2013,58-62.[2]王國棟,主編.學院化學實驗[M].2008,109-119.[責任編輯,李書培]
