神奇的液体分子

C092巴蜀中学

吴昊哲

生活中，我们总能发现一些现象。这些现象我们司空见惯，但却很难解释它们的成因。

下面是一个小实验。

拿一个快喝完的矿泉水瓶，将里面剩余的水倒出，会发现瓶子的内壁上还有液体珠子。尝试一下使劲甩瓶子，将剩余的水甩出来，但仍有一部份会留在瓶壁上。将瓶子倒扣过来，静置一小会，发现瓶口又有水珠流出。但内壁依旧是湿润的，水还没有倒完。

事实上，矿泉水瓶中的水是永远都倒不完的。如果可能的话，你会发现，不管你采用什么方法（不包括使水的形态改变），你永远不可能将水倒干。这个现象说明了水好像很容易“粘”在固体上。这就是为什么求固体密度时要先用天平求质量、后用烧杯求体积的原因了：若先用烧杯测体积，被测物上就会沾上水滴，导致所测质量过重，使结果产生误差。

那么，为什么会产生这种现象？

要搞懂这个问题，我们首先要搞懂液体的特性。我们知道，物质由分子组成，所以说，液体分子相对于固体分子而言一定有特别之处。是什么使液体分子与众不同呢？下面是一个试验。

试验记录

试验猜想：液体分子间的间歇与固体分子间的间歇大小不同？

实验工具：注射器、水、铁砂。

实验步骤：

①一只手堵住注射器的出口，另一只手下压活塞，发现注射器中空气被压缩了一部分。

②在注射器里灌满水，用同样的方法下压活塞，发现注射器里的水几乎不能被压缩。

③在注射器里灌满铁砂，用同样的方法下压活塞，发现注射器里的铁砂不能被压缩。

实验结论：

分子间歇大小依次为：气体分子>液体分子>固体分子。

通过以上实验，我们已经得到了液体（液体就是处于液态的物质）的一个特点：液态是物质存在的一种形态，可以流动、变形，可以压缩。（资料来源：百度百科）

我们知道，大多数情况下，液体都会流动。这是由于液体分子的分子结构相对特殊，分子间歇相对较大。要弄清液体流动的具体原因，我们需要了解分子的热运动概念。举一个简单的例子：烧开水时，将烧水锅放在关闭火的灶台上，这时烧水锅里的水温度正常，没有流动，处于平衡状态；而当我们打开灶台的火，随着水温升高，水开始咕噜咕噜地冒泡，当水温到达沸点后，水分子开始剧烈运动，水开始流动。由此我们可以确定，水温越高（低于沸点），液体分子运动越剧烈，而不可能保持原来的位置，所以开始流动；而又因为液体分子相互之间的引力较大，所以液体分子又不会像气体分子那样自动充满所在的空间，所以液体仍有形状，只不过不像固体那样固定罢了。液体的流动性使它介于固体和气体二者之间。

既然液体具有流动性，那么为什么烧杯里的水是永远不可能倒干净呢？

有人会说，在水的流动过程中，杯壁上的水会受到摩擦力，摩擦力使水珠停留在杯壁上下不来。事情真的是这样的吗？

设有一个杯壁不光滑（存在摩擦阻力）的烧杯。当烧杯禁止时，烧杯中的水也处于平衡状态，处于静止状态；而当我们将烧杯倾斜或让烧杯口朝下时，水滴处于平衡状态，有可能静止或匀速直线运动；而又因为水滴具有惯性，它理应作匀速直线运动，应该向下流直至流尽。摩擦力显然无法完美的解释水倒不完的原因。或许摩擦力能成为一部分原因，但因为它完全不足以让液体吸附在杯壁上，无论如何都倒不干净，所以这个原因可以忽略不计。

显然，从受力分析来看，液体分子还要受另外一个力才可能吸附在杯壁上。是什么力产生了这样一种效果呢？

你见过钟乳石吗？钟乳石的怪诞形状常使游人流连忘返。有一种钟乳石，它的形状像是尾粗头细的一根针。尖端的部分让人联想到摇摇欲坠却不容易滴下来的一滴水。这种钟乳石，或者说这种水滴的形状很容易让人联想到屋檐下的雨滴或未关严的水龙头下欲滴的水滴。这些水滴有一个共同的特点，就是可以在固体上停留片刻才滴下来。“垂涎欲滴”说的就是这个现象。

这就不得不引起我们的疑问了。理论上这些水珠只受重力啊？为什么可以在固体上停留这么久而不掉下来？是否真的有其它的力作用在水珠上使水珠不滴下来？下面是一个实验。

试验记录

试验猜想：在水的边界是否还有一种力使水吸附在固体上？

实验工具：一盆水、一张薄的锡箔纸。

试验步骤：将锡箔纸展开，抹平，轻轻放于水面，发现锡箔纸飘在水面上。

实验结论：在水与固体的边界，确实有一种力使边界分子联结。

锡箔纸的密度比纸大得多，但却可以浮在水上，是因为水面具有一种力，叫表面张力。表面张力是水以及固体的边界分子联结、“集合”、缩小体积（内聚力）的一种力。水的表面分子凝聚形成张力膜，可以托起比水重8倍多的东西。（资料来源：百度百科）

水还有一种奇怪的性质，叫作附着性。这是由于水的有极属性造成的。众所周知，水的分子式是H2O，即两个氢原子和一个氧原子。由于负电性，氧比氢更需要电子，所以氧原子被看作带负电，而氢原子带正电。当水分子的正极吸引临近分子的负极，分子黏在一起。这就是为什么水有粘性。在表面张力和附着性的共同作用下，烧杯里的水才倒不干，锡箔纸才能够浮在水面上，也才有了我们看见的千姿百态的钟乳石奇观。

物理是一门神奇的科学。这里有太多瑰丽的现象等待我们去发现、去探索。相信有一天，物理世界中更多的新大陆会被我们不断发现，我们一定能知晓更多宇宙万物的秘密！

评委点评：此文由实际生活物理现象入手，小切口，大纵深，有猜想有实验，也有理论支撑，语言流畅，论点正确，资料来源翔实，体现了作者的仔细观察、认真动手学习、大胆猜想的良好习惯。