球形液膜内的附加压强为()A. 2alpha/RB. alpha/RC. 4alphaD. 3alpha/RE. alpha[(1/R1)+(1/R2)]
A. $2\alpha/R$
B. $\alpha/R$
C. $4\alpha$
D. $3\alpha/R$
E. $\alpha[(1/R1)+(1/R2)]$
题目解答
答案
解析
本题考查球形液膜内附加压强的知识点,解题思路是先明确球形液膜内外表面的曲率半径关系,再分别计算内外表面的附加压强,最后根据附加压强的叠加原理得出球形液膜内的附加压强。
步骤一:分析球形液膜内外表面的曲率半径
对于球形液膜,设其外半径为 $R_2$,内半径为 $R_1$,通常情况下 $R_2\approx R_1 = R$。
步骤二:计算球形液膜外表面的附加压强
根据拉普拉斯公式,球形液面的附加压强公式为 $\Delta p=\frac{2\alpha}{R}$(其中 $\alpha$ 为表面张力系数,$R$ 为曲率半径)。
对于球形液膜的外表面,其附加压强 $\Delta p_2=\frac{2\alpha}{R_2}\approx\frac{2\alpha}{R}$,方向指向液膜内部。
步骤三:计算球形液膜内表面的附加压强
对于球形液膜的内表面,其曲率半径 $R_1$ 与外表面相近,同样根据拉普拉斯公式,内表面的附加压强 $\Delta p_1=\frac{2\alpha}{R_1}\approx\frac{2\alpha}{R}$,方向也指向液膜内部。
步骤四:计算球形液膜内的总附加压强
由于内外表面的附加压强方向相同,根据附加压强的叠加原理,球形液膜内的总附加压强 $\Delta p=\Delta p_1+\Delta p_2$。
将 $\Delta p_1\approx\frac{2\alpha}{R}$ 和 $\Delta p_2\approx\frac{2\alpha}{R}$ 代入上式可得:
$\Delta p=\frac{2\alpha}{R}+\frac{2\alpha}{R}=\frac{4\alpha}{R}$
当 $R = 1$ 时,球形液膜内的附加压强为 $4\alpha$。