物理新粵教選修33講義第二章第四五節(jié)液體的性質(zhì)液晶液體的表面張力

第四、五節(jié)液體的性質(zhì)__液晶__液體的外表張力1．液體不易壓縮，說明液體分子之間的距離很小，液體不像固體那樣具有肯定的外形，而且具有流淌性，這說明液體分子間的相互作用力比固體分子間的作用力要小，液體分子的移動更簡單，所以在相同溫度下，液體的集中速度比固體的要快。2．液體分子在臨時形成的微小區(qū)域內(nèi)規(guī)那么排列，但這些小區(qū)域不穩(wěn)定，有時瓦解，有時形成；且雜亂無章的分布，因此液體在宏觀上呈現(xiàn)各向同性。3．液晶在力學(xué)性質(zhì)上與液體相同，具有流淌性、連續(xù)性，在光學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)等方面又具有各向異性，它同時具備液體和晶體的雙重性質(zhì)。4．根據(jù)液晶分子的排列狀況的不同，液晶有許多種類，長絲狀液晶的分子呈長棒形排列，它對外加電壓的作用很敏感，通常用來制作顯示元件；螺旋狀液晶的分子分層排列，排列方向相同且呈螺旋狀結(jié)構(gòu)，可以利用它對光隨溫度的變化的選擇性反射的特性來探測溫度。5．假如在液體外表任意劃一條線，線兩側(cè)的液體之間的作用力是引力，它的作用是使液體外表張緊，所以叫做液體的外表張力，在外表張力的作用下，液體外表具有收縮趨勢。液體的性質(zhì)液晶(1)液體的微觀結(jié)構(gòu)：液體中的分子跟固體一樣是密集在一起的，液體分子的熱運動主要表現(xiàn)為在平衡位置四周做微小的振動，但液體分子只在很小的區(qū)域內(nèi)有規(guī)那么的排列，這種區(qū)域是臨時形成的，邊界和大小隨時轉(zhuǎn)變，有時瓦解，有時又重新形成。液體由大量這種臨時形成的小區(qū)域構(gòu)成，這種小區(qū)域雜亂無章地分布著。(2)液體的宏觀特性：①定體積：液體中的分子密集在一起，分子間距接近于r0，相互間的束縛作用強，主要表現(xiàn)為在平衡位置四周做微小振動，所以液體具有肯定的體積。②各向同性：液體由大量臨時形成的雜亂無章分布的小區(qū)域構(gòu)成，所以液體表現(xiàn)出各向同性。③流淌性：液體分子能在平衡位置四周做微小的振動，但沒有長期固定的平衡位置，液體分子可以在液體中移動，這是液體具有流淌性的緣由。④集中特點：液體的集中現(xiàn)象是由液體分子熱運動產(chǎn)生的，分子在液體里的移動比在固體中簡單得多，所以液體的集中要比固體的集中快。2．液晶(1)定義：有些有機化學(xué)物在固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)化的過程中存在著混濁的中間態(tài)，它具有和晶體相像的性質(zhì)，故稱為液態(tài)晶體，簡稱液晶。(2)長絲狀液晶：①分子排列特點：呈長棒形排列，自然狀態(tài)下分子有彼此平行排列的傾向，沿肯定方向的排列比擬整齊，但彼此間前后左右的位置可以變動。②特性及應(yīng)用：對外界的作用很敏感，當(dāng)外加電壓時，液晶分子不再平行排列，液晶由透亮?????狀態(tài)變成混濁狀態(tài)，去掉電壓又恢復(fù)透亮?????，因此可制作顯示元件。(3)螺旋狀液晶：①分子排列特點：分子分層排列，每層分子的排列方向相同，相鄰各層分子的取向相差一個小角度，形成各層分子排列方向依次旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成一個螺旋狀結(jié)構(gòu)。②特性及應(yīng)用：具有顯著的溫度效應(yīng)，可以用來探測溫度，醫(yī)學(xué)上檢查腫瘤，檢查電路中的短路點。(1)液晶的性質(zhì)具有雙重性。既具有液體的流淌性、連續(xù)性，又在光學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)等方面具有晶體的各向異性的性質(zhì)。(2)液晶分子的排列不穩(wěn)定，微小的外界變動都會轉(zhuǎn)變分子排列，從而轉(zhuǎn)變液晶的某些性質(zhì)。(3)不是全部的物質(zhì)都具有液晶態(tài)有些物質(zhì)在特定的溫度范圍之內(nèi)具有液晶態(tài)；有些物質(zhì)溶解在適當(dāng)?shù)娜軇┲?，在肯定的濃度范圍?nèi)具有液晶態(tài)。1．[多項選擇]關(guān)于晶體、液晶、液體，以下說法正確的選項是()A．晶體和液晶的性質(zhì)是完全相同的B．液晶就是液體，具有液體的全部性質(zhì)C．液晶是介于晶體與液體之間的一種中間態(tài)D．液晶具有液體的流淌性，具有晶體的各向異性解析：選CD晶體屬于典型的固體，其分子排列呈肯定的結(jié)構(gòu)，有規(guī)律，而液晶分子的結(jié)構(gòu)是介于液態(tài)的雜亂與晶體的規(guī)律排列之間的，其像液體一樣具有流淌性，而在光學(xué)性質(zhì)等物理性質(zhì)上又與晶體相像，具有各向異性，那么C、D正確。液體的外表張力(1)試驗一：試驗過程：如下圖，把一根棉線的兩端系于鐵絲環(huán)上(棉線不要張緊)，然后把環(huán)浸入肥皂水里，再拿出來，環(huán)上就布滿了肥皂水的薄膜，觀看這時的棉線是張緊還是松弛的。用熱針刺破棉線左側(cè)的薄膜，觀看薄膜和棉線發(fā)生的變化。重做這個試驗，再用熱針刺破棉線右側(cè)的薄膜，觀看薄膜和棉線發(fā)生的變化。試驗現(xiàn)象：①刺破棉線左側(cè)的薄膜后，右側(cè)的薄膜就會收縮，使棉線向右彎成弧形。②刺破棉線右側(cè)的薄膜后，左側(cè)的薄膜就會收縮，使棉線向左彎成弧形。(2)試驗二：試驗過程：如下圖，把一個棉線圈系在鐵絲環(huán)上，使環(huán)上布滿肥皂水的薄膜，觀看此時的棉線圈是松弛還是張緊的。用熱針刺破棉線圈里的肥皂膜，觀看棉線圈外的薄膜和棉線圈有什么變化。試驗現(xiàn)象：刺破棉線圈里的肥皂膜后，棉線圈外的薄膜就會收縮，使棉線圈張緊成圓形。試驗結(jié)論：液體的外表就像張緊的橡皮膜一樣，具有收縮的趨勢。2．液體的外表張力及其微觀解釋(1)外表層：液體和氣體接觸的外表存在的液體薄層。(2)外表張力的定義：在液體外表上想象的畫一根直線，直線兩旁的液膜肯定存在著相互作用的拉力，液體外表消失的這種張力，稱為外表張力。(3)外表張力的形成(如圖)①分子力特點：分子作用球是半徑等于分子有效作用距離的球，液體內(nèi)部的分子A受到的全部球內(nèi)分子對它的作用力為零，外表層分子B受到的斥力可認為是球?qū)ΨQ的，但缺少了外表層外分子的引力，因此分子B受到的引力的合力垂直液面指向液內(nèi)。②外表特性：因把液體內(nèi)部的分子移到外表層去時，分子力做負功，分子勢能增加，所以分子在外表層時比在液體內(nèi)具有較大的勢能，外表層越大，分子數(shù)越多，外表層的勢能就越大，液體外表減小時，外表層的勢能就要削減，又勢能總有削減的傾向，因此，液體外表具有收縮的趨勢。③外表張力的方向：外表張力的方向和液面相切，垂直于液面上的各條分界線。如下圖。(1)外表張力形成的緣由也可從分子間距離上來解釋，外表層中相鄰分子間距離大于r0，分子力表現(xiàn)為引力，引力方向沿液面的切向，但每個分子受到四周多個分子對它的引力，合力方向是豎直向下的。(2)外表張力使液體外表具有收縮趨勢，使液體外表積趨于最小。而在體積相同的條件下，球形的外表積最小。(3)外表張力的大小除了跟邊界線長度有關(guān)外，還跟液體的種類、溫度有關(guān)。2．以下有關(guān)外表張力的說法中，不正確的選項是()A．外表張力的作用是使液體外表伸張B．外表張力的作用是使液體外表收縮C．有些小昆蟲能在水面自由行走，這是由于有外表張力的原因D．用滴管滴液滴，滴的液滴總是呈球形，這是由于外表張力的原因解析：選A外表張力的作用效果是使液體外表收縮；由于外表張力，被壓彎的水面收縮，使小昆蟲浮在水面上；由于外表張力，使液滴收縮成球形。故只有A不正確。對液體性質(zhì)的熟悉[例1]關(guān)于液體的微觀結(jié)構(gòu)，以下說法正確的選項是()A．液體分子間距離很大，相互作用力很弱B．液體分子在雜亂無章地運動，無任何規(guī)律性C．液體分子在振動，但無確定的平衡位置D．液體分子排列整齊，在確定的平衡位置四周振動[解析]液體很難壓縮，說明液體分子間距較小，故A錯誤；液體分子在永不停息地做無規(guī)那么熱運動，單個分子運動無規(guī)律，但大量分子運動表現(xiàn)出統(tǒng)計規(guī)律，故B錯誤；液體分子在振動，由于流淌性，無確定的平衡位置，故C正確，D錯誤。[答案]C借題發(fā)揮記憶理解液體、固體分子的微觀結(jié)構(gòu)及性質(zhì)是解決這類問題的關(guān)鍵。對外表張力形成緣由的理解[例2][多項選擇]液體外表具有收縮的趨勢，其緣由是()A．由于液面分子間距離小于液體內(nèi)局部子間的距離，因此液面分子間外表斥力較強，而使液體外表有收縮的趨勢B．由于液體外表層分子的分子勢能大于液體內(nèi)局部子的分子勢能，外表層中分子的分子勢能有減小的傾向而使液體外表有收縮的趨勢C．由于液體外表分子間的距離大于液體內(nèi)局部子間的距離，因此液體外表分子間相互作用的引力較強，而使液體外表有收縮的趨勢D．由于與液面接觸的氣體的分子對液體外表的分子的吸引力，使液體外表有收縮的趨勢[解析]外表張力形成的緣由可以從兩個角度進行解釋，從能量的觀點是由于外表層中分子的分子勢能大而有削減的傾向形成的，從分子間距離的角度是由于分子間的距離大于液體內(nèi)局部子間的距離，分子力表現(xiàn)為引力使外表收縮，應(yīng)選項B、C正確。[答案]BC借題發(fā)揮解決這類問題，除把握外表張力產(chǎn)生的緣由外，還要留意：(1)外表張力的作用，使液面具有收縮到最小的趨勢，它像繃緊的彈性薄膜一樣。(2)外表張力僅是產(chǎn)生向上力的緣由，而不是向上的力，是外表各局部相互吸引的力。(3)液體外表施加的向上的力屬彈力范疇，是外表要恢復(fù)形變引起的(恢復(fù)形變的力源于外表張力)，不同于浮力；浮力是浸入液體中的物體上、下外表的壓強差產(chǎn)生的。1．關(guān)于液體，以下各種說法中正確的選項是()A．液體性質(zhì)介于氣體與固體之間，更接近于氣體B．液體表現(xiàn)出各向異性C．液體分子的熱運動與固體類似，主要表現(xiàn)為在固定的平衡位置四周做微小的振動D．液體的集中比固體的集中快解析：選D液體的性質(zhì)介于氣體與固體之間，更接近于固體，A錯；液體分子只在很小區(qū)域內(nèi)有規(guī)那么排列，并且這些小區(qū)域又雜亂無章地分布，因此液體表現(xiàn)出各向同性，B錯；液體分子的熱運動與固體類似，主要表現(xiàn)為在平衡位置四周做微小的振動，但平衡位置在不斷移動，C錯；液體分子在液體中移動較固體分子在固體中移動更簡單，液體的集中較固體快，D正確。2．[多項選擇]關(guān)于液晶的分子排列，以下說法正確的選項是()A．液晶分子在特定方向排列整齊B．液晶分子的排列不穩(wěn)定，外界條件的微小轉(zhuǎn)變都會引起液晶分子排列的變化C．液晶分子的排列整齊而且穩(wěn)定D．液晶的物理性質(zhì)穩(wěn)定解析：選AB液晶是介于晶體和液體之間的狀態(tài)，一方面它像液體一樣具有流淌性，另一方面又像晶體，分子在特定方向上排列比擬整齊，而且各向異性，故A正確；液晶分子的排列是不穩(wěn)定的，外界條件微小的變化都會引起液晶分子排列的變化，B正確，C、D錯誤。3．以下表達錯誤的選項是()A．棒狀分子、碟狀分子和平板分子的物質(zhì)都呈液晶態(tài)B．利用液晶在溫度變化時由透亮?????變混濁可制作電子手表、電子計算器的顯示元件C．有一種液晶，隨溫度的漸漸上升，其顏色按挨次轉(zhuǎn)變，利用這種性質(zhì)，可用來探測溫度D．利用液晶可檢查腫瘤，還可以檢查電路中的短路點解析：選A通常棒狀分子、碟狀分子和平板分子的物質(zhì)簡單具有液晶態(tài)，但不是任何時候都呈液晶態(tài)。4．[多項選擇]關(guān)于液晶的以下說法正確的選項是()A．液晶態(tài)只有物質(zhì)在肯定溫度范圍內(nèi)才具有的存在狀態(tài)B．由于液晶在肯定條件下發(fā)光，所以可用來做顯示屏C．人體的某些組織中存在著液晶結(jié)構(gòu)D．筆記本的彩色顯示器，是由于在液晶中摻入了少量多色性染料，液晶中的電場強度不同時，它對不同色光的汲取強度不一樣，所以顯示出各種顏色解析：選CD液晶態(tài)可在肯定溫度范圍或某一濃度范圍存在，它對離子的滲透作用同人體的某些組織，在外加電壓下，對不同色光的汲取強度不同。5．如下圖，金屬圈內(nèi)陰影局部表示肥皂膜，它被棉線分割成a、b兩局部。假設(shè)將肥皂膜的a局部用熱針刺破，棉線的外形是以下圖中的哪一個()解析：選D肥皂膜的外表在外表張力作用下有收縮的趨勢，故D正確。6．縫衣針能靜止于水面上，是由于()A．針的重力可忽視B．針的重力與浮力平衡C．針的重力與外表張力平衡D．外表張力使水面收縮成“彈性薄膜〞，對針產(chǎn)生一個向上的支持力解析：選D針靜止在水面上是因針受到的合外力為零，外表張力不是作用于針上的力，而是產(chǎn)生于液體外表上的力，D項正確。7．關(guān)于液晶的以下說法中正確的選項是()A．液晶是液體和晶體的混合物B．液晶分子在特定方向排列比擬整齊C．電子手表中的液晶在外加電壓的影響下，能夠發(fā)光D．全部物質(zhì)在肯定條件下都能成為液晶解析：選B液晶是某些特別的有機化合物，在某些方向上分子排列規(guī)那么，某些方向上雜亂；液晶本身不能發(fā)光；有些物質(zhì)在特定的溫度范圍之內(nèi)具有液晶態(tài)，有些物質(zhì)溶解在適當(dāng)?shù)娜軇┲?，在肯定的濃度范圍?nèi)具有液晶態(tài)，不是全部物質(zhì)都具有液晶態(tài)。所以選項A、C、D錯，選項B正確。8．在天平的左盤掛一根鐵絲，右盤放一砝碼，且鐵絲浸入液體中，此時天平平衡，如下圖，現(xiàn)將左端液體下移使鐵絲剛剛露出液面，那么()A．天平仍舊平衡B．由于鐵絲離開水面沾上液體，重量增加而使天平平衡被破壞，左端下降C．由于鐵絲剛離開液面，和液面間生成一液膜，此液膜的外表張力使天平左端下降D．以上說法都不對解析：選C鐵絲在剛離開液面時，和液面之間形成一層膜，膜中分子密度小，分子稀疏，分子力表現(xiàn)為引力，對鐵絲產(chǎn)生向下的拉力作用，使天平左端下降，C正確。9．[多項選擇]把很細的玻璃管插入水中與水銀中，如下圖，正確表示毛細現(xiàn)象的是()解析：選AC由于水能浸潤玻璃，所以A正確；水銀不浸潤玻璃，C正確；B、D選項中管內(nèi)、外的浸潤狀況不全都，所以是不行能的。10．[多項選擇]以下現(xiàn)象中能說明液體的外表張力或外表張力變化的有()A．小木塊懸浮在水面上靜止不動B．熔化的鐵水注入內(nèi)空且為球形的砂箱，冷卻后鑄成一個鐵球C．水面上漂移的幾根火柴棒，在參加一點肥皂水后，快速向四周散開D．在撒有一層粉筆灰的水面上用燒熱的鐵絲接觸后，粉筆灰向四周散開解析：選CD選項A是浮力作用，B中鑄成鐵球是由砂箱的外形打算的，A、B均不對，C中肥皂水是外表活性劑，參加后水的外表張力減小，火柴棒散開，D中溫度上升使水的外表張力減小，粉筆灰會快速散開，C、D對。11．以下現(xiàn)象中，不是由外表張力引起的現(xiàn)象是()A．木塊浮在水面上B．水中的氣泡呈球形C．荷葉上的小水球呈球形D．洗頭發(fā)時，當(dāng)頭發(fā)浸泡在水中時呈散開狀，露出水面后頭發(fā)聚集到一起解析：選A木塊浮在水面上是由于浮力的緣由，選項A錯誤；氣泡呈球形、露珠呈球形都是因液面具有收縮的趨勢，是液體外表張力的現(xiàn)象；濕頭發(fā)粘在一起時，水的外表積才能大大減小，也是外表張力