题目
在空气中,吹一个半径R的肥皂泡,所做的功为()A. 4pi R^2 a B. 8pi R^2 a C. 4 a/RD. 2 a/R^2
在空气中,吹一个半径R的肥皂泡,所做的功为()
A. $$ 4\pi R^2\ \ a $$
B. $$ 8\pi R^2\ \ a $$
C. 4 a/R
D. $$ 2\ \ a/R^2\ \ $$
题目解答
答案
B. $$ 8\pi R^2\ \ a $$
解析
本题考查表面张力做功与表面能变化的关系,解题思路是先明确肥皂泡有内外两个表面,再根据表面张力做功等于表面能的增加量来计算吹肥皂泡所做的功。
- 首先明确肥皂泡的特点:
- 肥皂泡有内外两个表面,每个表面的面积都为$S = 4\pi R^{2}$(根据球的表面积公式$S = 4\pi r^{2}$,这里半径为$R$)。
- 然后根据表面能的概念:
- 表面能$E$与表面张力系数$\alpha$和表面积$S$的关系为$E=\alpha S$。
- 对于肥皂泡,其总的表面能$E_{总}$是内外两个表面的表面能之和。
- 一个表面的表面能$E_1=\alpha S=\alpha\times4\pi R^{2}$,那么两个表面的表面能$E_{总}=2\times\alpha\times4\pi R^{2}=8\pi R^{2}\alpha$。
- 最后根据功能关系:
- 吹肥皂泡的过程中,外界对肥皂泡做功,这些功全部用来增加肥皂泡的表面能。
- 所以吹一个半径为$R$的肥皂泡所做的功$W$等于肥皂泡的表面能$E_{总}$,即$W = 8\pi R^{2}\alpha$。