選修3-3（高中物理舊教材同步講義）第9章 2 液體同步講義

2液體[學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求]物理觀念：1.了解液體的表面張力現(xiàn)象，能解釋液體表面張力產(chǎn)生的原因.2.了解液體的微觀結(jié)構(gòu)、浸潤和不浸潤現(xiàn)象、毛細(xì)現(xiàn)象，了解這些現(xiàn)象的產(chǎn)生原因.3.了解液晶的特點(diǎn)及其應(yīng)用．科學(xué)探究：通過觀察和實(shí)驗(yàn)，知道液體的表面張力現(xiàn)象，浸潤和不浸潤現(xiàn)象及毛細(xì)現(xiàn)象．一、液體的微觀結(jié)構(gòu)及表面張力1．液體的微觀結(jié)構(gòu)及宏觀特性(1)液體分子的排列更接近于固體，是密集排列在一起的，因而液體具有一定的體積，不易壓縮．(2)液體之間的分子作用力比固體分子間的作用力要小，所以液體沒有固定的形狀，具有流動性．由于液體分子的移動比固體分子容易，所以在溫度相同時，液體的擴(kuò)散速度比固體的擴(kuò)散速度快．(3)非晶體的微觀結(jié)構(gòu)跟液體非常相似，所以嚴(yán)格地說，只有晶體才能叫做真正的固體．(選填“晶體”或“非晶體”)2．液體的表面張力(1)表面張力：由于表面層內(nèi)分子比較稀疏，分子間的作用力表現(xiàn)為引力，作用是使液體表面繃緊．(2)作用效果：使液面具有收縮的趨勢．二、浸潤和不浸潤及毛細(xì)現(xiàn)象1．浸潤和不浸潤(1)浸潤：一種液體會潤濕某種固體并附著在固體的表面上的現(xiàn)象．(2)不浸潤：一種液體不會潤濕某種固體，不會附著在這種固體的表面上的現(xiàn)象．(3)浸潤和不浸潤是分子力作用的表現(xiàn)．2．毛細(xì)現(xiàn)象(1)定義：浸潤液體在細(xì)管中上升的現(xiàn)象，以及不浸潤液體在細(xì)管中下降的現(xiàn)象．(2)毛細(xì)管內(nèi)外液面的高度差與毛細(xì)管的內(nèi)徑有關(guān)，毛細(xì)管內(nèi)徑越小，高度差越大．三、液晶1．液晶的概念：像液體一樣具有流動性，其光學(xué)性質(zhì)與某些晶體相似，具有各向異性的有機(jī)化合物，稱為液晶．2．液晶的應(yīng)用(1)液晶顯示器：用于電子手表、電子計(jì)算器、電腦等．(2)利用溫度改變時液晶顏色會發(fā)生改變的性質(zhì)來探測溫度．(3)液晶在電子工業(yè)、航空工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用．1．判斷下列說法的正誤．(1)表面張力的作用是使液面具有收縮的趨勢，是分子力的宏觀表現(xiàn)．(√)(2)昆蟲可以在水面上自由走動是表面張力在起作用．(√)(3)水對所有固體都浸潤．(×)(4)毛細(xì)管插入水中，管的內(nèi)徑越大，管內(nèi)水面升高的越高．(×)(5)液晶是液體和晶體的混合物．(×)2．要增強(qiáng)雨傘的防水作用，傘面可選擇對水是________(選填“浸潤”或“不浸潤”)的布料；布料經(jīng)緯線間空隙很小，小水珠落在傘面上由于________的作用，不能透過空隙．答案不浸潤表面張力一、液體的微觀結(jié)構(gòu)液體的表面張力如圖所示是液體表面附近分子分布的大致情況．請結(jié)合圖片思考：(1)液體表面層內(nèi)的分子間距離和分子力各有什么特點(diǎn)？(2)液體像氣體一樣沒有固定的形狀，具有流動性，而又像固體一樣具有一定的體積，不易被壓縮，液體的這些特點(diǎn)是由什么決定的？(3)小昆蟲、縫衣針在水面上不下沉與小木塊浮在水面上的道理相同嗎？答案(1)表面層內(nèi)分子間距離大于r0，分子間作用力表現(xiàn)為引力．(2)液體的微觀結(jié)構(gòu)．(3)不同．小昆蟲、縫衣針能在水面上不下沉是液體表面張力在起作用．小木塊浮在水面上是重力和水的浮力平衡的結(jié)果．1．液體表面張力的成因分析(1)分子間距離特點(diǎn)：由于蒸發(fā)現(xiàn)象，液體表面層分子分布比內(nèi)部分子稀疏．(2)分子力特點(diǎn)：液體內(nèi)部分子間引力、斥力基本上相等，而液體表面層分子之間距離較大，分子力表現(xiàn)為引力．(3)表面特性：表面層分子之間的引力使液面產(chǎn)生了表面張力，使液體表面形成一層繃緊的膜．2．表面張力及其作用(1)表面張力使液體表面具有收縮趨勢，使液體表面積趨于最?。隗w積相同的條件下，球形的表面積最小．例如，吹出的肥皂泡呈球形，滴在潔凈玻璃板上的水銀滴呈球形(但由于受重力的影響，往往呈扁球形，在完全失重條件下才呈球形)．(2)表面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)．(3)表面張力的方向：和液面相切，垂直于液面上的各條分界線，如圖1所示．圖1例1關(guān)于液體的表面張力，下列說法正確的是()A．表面張力是液體內(nèi)部各部分之間的相互作用力B．液體表面層分子的分布比內(nèi)部稀疏，分子力表現(xiàn)為引力C．液體的表面張力隨溫度的升高而增大D．表面張力的方向與液面垂直答案B解析液體表面層分子比液體內(nèi)部稀疏，故分子力表現(xiàn)為引力，表面張力的方向沿液面的切線方向，與分界線垂直．表面張力是液體表面層分子間的作用力，隨溫度的升高，液體表面層分子間的距離增大，引力作用隨之減小，所以表面張力減小，故B正確，A、C、D錯誤．例2如圖2所示，金屬框架的A、B間系一個棉線圈，先使框架布滿肥皂膜，然后將P和Q兩部分的肥皂膜刺破，線的形狀將變成下列選項(xiàng)圖中的()圖2答案C解析由于液體表面張力的作用，液體表面有收縮到最小的趨勢，故C正確．二、浸潤和不浸潤及毛細(xì)現(xiàn)象(1)把一塊玻璃分別浸入水和水銀里再取出來，可觀察到從水銀中取出的玻璃上沒有附著水銀，從水中取出的玻璃上會沾上一層水．為什么會出現(xiàn)上述不同的現(xiàn)象呢？(2)如圖所示，在灌溉完土地后農(nóng)民伯伯往往利用翻松地表土壤的方法來保存土壤里的水分，你知道這是為什么嗎？答案(1)水銀不浸潤玻璃，而水浸潤玻璃．(2)把地表土壤鋤松，破壞了土壤表層的毛細(xì)管，地下的水分就不會沿毛細(xì)管上升到地面而被蒸發(fā)掉．1．浸潤和不浸潤的形成原因(1)附著層內(nèi)分子受力情況液體和固體接觸時，附著層的液體分子除受液體內(nèi)部的分子吸引外，還受到固體分子的吸引．(2)浸潤的成因當(dāng)固體分子吸引力大于液體內(nèi)部分子力時，這時表現(xiàn)為液體浸潤固體．(3)不浸潤的成因當(dāng)固體分子吸引力小于液體內(nèi)部分子力時，這時表現(xiàn)為液體不浸潤固體．特別提醒浸潤和不浸潤是發(fā)生在兩種材料(液體與固體)之間的，與這兩種物質(zhì)的性質(zhì)都有關(guān)系，不能單說哪一種材料浸潤或不浸潤．例如：水能浸潤玻璃，但不能浸潤石蠟；水銀不能浸潤玻璃，但能浸潤鉛．2．毛細(xì)現(xiàn)象的產(chǎn)生原因毛細(xì)現(xiàn)象的產(chǎn)生與表面張力及浸潤現(xiàn)象都有關(guān)系．如圖3所示，甲是浸潤情況，此時管內(nèi)液面呈凹形，因?yàn)橐后w的表面張力的作用，液體會受到向上的作用力，因而管內(nèi)液面要比管外高；乙是不浸潤情況，管內(nèi)液面呈凸形，表面張力的作用使液體受到向下的力，因而管內(nèi)液面比管外低．圖3例3(多選)下列說法正確的有()A．因?yàn)樗y滴在玻璃板上呈橢球狀，所以說水銀是一種不浸潤液體B．液體對固體是否發(fā)生浸潤現(xiàn)象，是由液體和固體兩者的性質(zhì)共同決定的C．在運(yùn)行的人造衛(wèi)星中，由于一切物體都處于完全失重狀態(tài)，所以當(dāng)一個固定的容器中裝有浸潤其器壁的液體時，必須用蓋子蓋緊，否則容器中的液體一定會沿器壁流散D．當(dāng)液體A和固體B接觸時，是否發(fā)生浸潤現(xiàn)象，取決于固體B的分子對附著層分子的作用力與液體內(nèi)部的分子對附著層分子作用力之間的大小關(guān)系答案BCD解析液體浸潤固體，附著層有擴(kuò)展的趨勢；液體不浸潤固體，附著層有收縮的趨勢，固體分子和液體內(nèi)部分子都對附著層分子有作用力，是否發(fā)生浸潤取決于兩者之間的關(guān)系，水銀不浸潤玻璃，但有可能浸潤其他固體，浸潤與不浸潤是由液體和固體兩者的性質(zhì)共同決定的，所以選項(xiàng)A錯誤，B、D正確．在處于完全失重狀態(tài)的人造衛(wèi)星上，如果液體浸潤容器器壁，液體會沿著器壁流散，故必須蓋緊蓋子，選項(xiàng)C正確．例4(多選)下列情況屬于毛細(xì)現(xiàn)象的是()A．墨水打翻了，用粉筆可以把墨水吸干B．洗頭的時候，頭發(fā)聚在一起C．植物根部的養(yǎng)分，能升到植物的上部D．自來水筆灌墨水時，把皮管按幾下，墨水就被吸到皮管里去了答案AC解析墨水打翻了，用粉筆可以把墨水吸干，屬于毛細(xì)現(xiàn)象，選項(xiàng)A正確；洗頭的時候，頭發(fā)聚在一起，是表面張力的作用，選項(xiàng)B錯誤；植物根部的養(yǎng)分，能升到植物的上部，是毛細(xì)現(xiàn)象，選項(xiàng)C正確；自來水筆灌墨水時，把皮管按幾下，墨水就被吸到皮管里去了，這是大氣壓的作用，選項(xiàng)D錯誤．三、液晶液晶是指液態(tài)晶體，這種說法對嗎？答案這種說法不對，液晶不是晶體，只是與某些晶體相似，具有各向異性．液晶的特點(diǎn)1．液晶具有流動性，具有液體的特點(diǎn)．2．液晶在不同方向上光學(xué)性質(zhì)不同．3．在不同方向上液晶分子的排列情況不同．4．液晶受到外界影響時，物理性質(zhì)會發(fā)生明顯的變化．例5(多選)關(guān)于液晶，下列說法中正確的有()A．液晶是一種晶體B．液晶分子的空間排列是穩(wěn)定的，具有各向異性C．液晶的光學(xué)性質(zhì)隨溫度的變化而變化D．液晶的光學(xué)性質(zhì)隨外加電壓的變化而變化答案CD解析液晶的微觀結(jié)構(gòu)介于固體和液體之間，雖然液晶分子在特定方向排列比較整齊，具有各向異性，但分子的排列是不穩(wěn)定的，選項(xiàng)A、B錯誤．外界條件的微小變化都會引起液晶分子排列的變化，從而改變液晶的某些性質(zhì)，溫度、壓力、外加電壓等因素變化時，都會改變液晶的光學(xué)性質(zhì)，選項(xiàng)C、D正確．1．(液體的表面張力)下列現(xiàn)象中，不是由于液體的表面張力造成的是()A．船浮于水面上B．硬幣或鋼針浮于水面上C．綢布傘有縫隙但不漏雨水D．鋒利的玻璃片，用酒精燈燒一段時間后變鈍了答案A解析A項(xiàng)中船浮于水面上是浮力造成的，故選A.2．(浸潤、不浸潤及毛細(xì)現(xiàn)象)(2019·西安中學(xué)高二下期末)水對玻璃是浸潤液體，而水銀對玻璃是不浸潤液體，它們在毛細(xì)管中將發(fā)生上升或下降現(xiàn)象，現(xiàn)把粗細(xì)不同的三根毛細(xì)管插入水或水銀中，液柱如圖所示，其中正確的現(xiàn)象應(yīng)是()答案D解析水銀對玻璃是不浸潤液體，不浸潤液體在毛細(xì)管內(nèi)附著層液體的分子密度較小，液體分子間距較大(大于r0)，此時附著層內(nèi)的分子相互作用表現(xiàn)為引力，液面呈現(xiàn)收縮的趨勢，即液面下降，故不浸潤液體在毛細(xì)管內(nèi)下降，而且毛細(xì)管越細(xì)，不浸潤液體在毛細(xì)管內(nèi)下降的高度越大，故A、C錯誤；水對玻璃是浸潤液體，浸潤液體在毛細(xì)管內(nèi)上升，而且毛細(xì)管越細(xì)，浸潤液體在毛細(xì)管內(nèi)上升的高度越大，故B錯誤，D正確．3．(液晶)(多選)(2019·如東高級中學(xué)高二月考)下列敘述中正確的是()A．棒狀分子、碟狀分子和平板狀分子的物質(zhì)一定呈液晶態(tài)B．利用液晶在溫度變化時由透明變渾濁的特性可制作電子表、電子計(jì)算器的顯示元件C．有一種液晶，隨溫度的逐漸升高，其顏色按順序改變，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(diǎn)答案BCD解析液晶態(tài)與分子的形狀有關(guān)，棒狀分子、碟狀分子和平板狀分子的物質(zhì)容易具有液晶態(tài)，但并不都是呈液晶態(tài)，故A錯誤；液晶內(nèi)部分子排列不穩(wěn)定，當(dāng)外界條件發(fā)生微小變化時，液晶分子的排列將會發(fā)生顯著的變化，利用液晶在溫度變化時由透明變渾濁的特性可制作電子表、電子計(jì)算器的顯示元件，故B正確；利用液晶隨溫度變化和改變顏色的性質(zhì)可探測溫度，醫(yī)學(xué)上可用來檢查腫瘤，生產(chǎn)中可以檢查電路中的短路點(diǎn)，故C、D正確．一、選擇題考點(diǎn)一液體的表面張力1．關(guān)于液體表面的特征，下列說法正確的是()A．液體表面層的分子分布比內(nèi)部密B．液體有使其體積收縮到最小的趨勢C．液體表面層分子之間只有引力而無斥力D．液體有使其表面積收縮到最小的趨勢答案D解析液體表面層的分子分布比內(nèi)部稀疏，故A錯；液體由于表面張力作用，有使其表面積收縮到最小的趨勢，故B錯，D對；液體表面層分子之間既有引力也有斥力，只是由于分子間距離較大，表現(xiàn)為引力，故C錯．2．(多選)下列現(xiàn)象中，哪些是液體的表面張力所造成的()A．兩滴水銀相接觸，立即會合并到一起B(yǎng)．熔化的蠟從燃燒的蠟燭上流下來，冷卻后呈球形C．用熔化的玻璃制成各種玻璃器皿D．水珠在荷葉上呈球形答案ABD解析用熔化的玻璃制成各種器皿，跟各種模具有關(guān)，并非表面張力造成的，故本題選A、B、D.3．如圖1所示，金屬框上陰影部分表示肥皂膜，它被棉線分割成a、b兩部分．若將肥皂膜的a部分用熱針刺破，棉線的形狀是下圖中的哪一個()圖1答案D解析肥皂膜未被刺破時，作用在棉線兩側(cè)的表面張力互相平衡，棉線可以有任意形狀．當(dāng)把a(bǔ)部分肥皂膜刺破后，在b部分肥皂膜表面張力的作用下，棉線將被繃緊，液體表面有收縮到面積最小的趨勢，正確選項(xiàng)為D.4．液體表面張力產(chǎn)生的原因是()A．液體表面層內(nèi)分子比液體內(nèi)部緊密，分子間斥力大于引力B．液體表面層內(nèi)分子比液體內(nèi)部緊密，分子間引力大于斥力C．液體表面層內(nèi)分子比液體內(nèi)部稀疏，分子間引力大于斥力D．液體表面層內(nèi)分子比液體內(nèi)部稀疏，分子間斥力大于引力答案C解析液體表面層內(nèi)分子比液體內(nèi)部稀疏，液體表面層內(nèi)分子間的相互作用表現(xiàn)為引力，即分子間的引力比斥力大，故正確答案為C.5．(多選)下列說法正確的是()A．小昆蟲能在水面上自由來往而不陷入水中靠的是液體的表面張力作用B．小木塊能夠浮于水面上是液體表面張力與其重力平衡的結(jié)果C．縫衣針浮在水面上不下沉是重力和水的浮力平衡的結(jié)果D．噴泉噴射到空中形成一個個球形的小水珠是表面張力作用的結(jié)果答案AD解析仔細(xì)觀察可以發(fā)現(xiàn)，小昆蟲在水面上“站定”或行進(jìn)過程中，其腳部位置比周圍水面稍下陷，但仍在水面上而未陷入水中，就像踩在柔韌性非常好的膜上一樣，這是液體的表面張力在起作用，浮在水面上的縫衣針與小昆蟲情況一樣，故A選項(xiàng)正確，C選項(xiàng)錯誤；小木塊浮于水面上時，木塊的下部實(shí)際上已經(jīng)陷入水中(排開一部分水)，受到水的浮力作用，是浮力與重力平衡的結(jié)果，而非表面張力在起作用，故B選項(xiàng)錯誤；噴泉噴到空中的水分散時，每一小部分的表面都有表面張力在起作用且水近似處于完全失重狀態(tài)，因而形成球狀水珠(體積一定情況下以球形表面積為最小，表面張力的作用使液體表面有收縮到最小面積的趨勢)，故D選項(xiàng)正確．考點(diǎn)二浸潤、不浸潤及毛細(xì)現(xiàn)象6．(多選)(2019·石家莊市高二下期末)關(guān)于圖2，下列說法正確的是()圖2A．圖甲為浸潤現(xiàn)象，圖乙為不浸潤現(xiàn)象B．圖甲為不浸潤現(xiàn)象，圖乙為浸潤現(xiàn)象C．圖甲中附著層的液體分子比液體內(nèi)部的分子間距小D．圖乙中附著層的液體分子比液體內(nèi)部的分子間距小答案AC解析由題圖可知，圖甲為浸潤現(xiàn)象，圖乙為不浸潤現(xiàn)象，選項(xiàng)A正確，B不正確；根據(jù)浸潤與不浸潤的特點(diǎn)可知，浸潤時，附著層的液體分子比液體內(nèi)部的分子間距小，不浸潤時，附著層的液體分子比液體內(nèi)部的分子間距大，故C正確，D錯誤．7．(多選)將不同材料制成的甲、乙兩細(xì)管插入相同的液體中，甲管內(nèi)液面比管外液面低，乙管內(nèi)液面比管外液面高，則()A．液體對甲材料是浸潤的B．液體對乙材料是浸潤的C．甲管中發(fā)生的不是毛細(xì)現(xiàn)象，而乙管中發(fā)生的是毛細(xì)現(xiàn)象D．若甲、乙兩管的內(nèi)徑變小，則甲管內(nèi)液面更低，乙管內(nèi)液面更高答案BD解析液體對固體浸潤的情況下，在細(xì)管中液面將上升，所以A錯，B對；毛細(xì)現(xiàn)象是指浸潤液體在細(xì)管中上升，以及不浸潤液體在細(xì)管中下降的現(xiàn)象，C錯；在液體和毛細(xì)管材料一定的情況下，管越細(xì)毛細(xì)現(xiàn)象越明顯，D對．8．(多選)把極細(xì)的玻璃管分別插入水中與水銀中，如圖所示，正確表示毛細(xì)現(xiàn)象的是()答案