题目
两块间隔为2r的平行玻璃板竖直插入液体中,完全润湿时液面上升的高度为(A. 2α/ρgrB. ρgh/2rC. r/ρhgD. α/ρgrE. ρgh/3r
两块间隔为2r的平行玻璃板竖直插入液体中,完全润湿时液面上升的高度为(
A. 2α/ρgr
B. ρgh/2r
C. r/ρhg
D. α/ρgr
E. ρgh/3r
题目解答
答案
D. α/ρgr
解析
本题考查毛细现象中液面上升高度的计算,核心在于理解不同毛细管形状对公式的影响。关键点如下:
- 完全润湿条件:接触角为$0^\circ$,表面张力全部用于提升液体。
- 平行玻璃板模型:两板间间隙宽度为$2r$,形成矩形毛细管,需调整传统圆形毛细管公式。
- 公式推导:表面张力与液体重量平衡,需结合间隙宽度$2r$,推导出新的高度表达式。
模型分析
两块平行玻璃板插入液体后,间隙宽度为$2r$,液体完全润湿。此时,表面张力$\alpha$沿接触线方向的分力为$\alpha \cdot 2r$(接触线长度为间隙宽度$2r$)。
力平衡方程
液体上升高度为$h$时,液体柱的重量为$\rho g \cdot (2r \cdot L) \cdot h$(体积为$2r \cdot L \cdot h$,$L$为板的长度)。平衡条件为:
$\alpha \cdot 2r \cdot L = \rho g \cdot 2r \cdot L \cdot h$
化简公式
约去公共因子$2r \cdot L$,得:
$h = \frac{\alpha}{\rho g r}$