人教版(新教材)高中物理選擇性必修3學(xué)案：第5節(jié) 液體

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊(cè)PAGEPAGE1第5節(jié)液體核心素養(yǎng)物理觀念科學(xué)思維科學(xué)探究科學(xué)態(tài)度與責(zé)任1.通過觀察和實(shí)驗(yàn)，知道液體表面有收縮的趨勢(shì)，了解液體表面張力的概念、方向及意義。2.知道浸潤和不浸潤現(xiàn)象及毛細(xì)現(xiàn)象，并能解釋上述現(xiàn)象。3.知道液晶的概念和特征，了解液晶的應(yīng)用。體會(huì)用分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)解釋液體表面張力的產(chǎn)生、浸潤和不浸潤現(xiàn)象及毛細(xì)現(xiàn)象。1.探究液體的表面張力。2.觀察毛細(xì)現(xiàn)象。應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解釋生產(chǎn)生活中的現(xiàn)象。知識(shí)點(diǎn)一液體的表面張力〖觀圖助學(xué)〗如圖在杯子中盛滿清水。將曲別針一枚一枚依次放入杯中，比一比看誰放入的曲別針數(shù)量最多，而杯中的水不會(huì)溢出。水面高出杯沿而不會(huì)溢出是因?yàn)橐后w表面存在著表面張力。1.表面層：液體表面有一層跟氣體接觸的薄層。在表面層，分子的距離r略大于r0，分子間的作用力表現(xiàn)為引力。2.表面張力：由于表面層分子分布比較稀疏，分子間的作用力表現(xiàn)為相互吸引而使液體表面繃緊的力。3.方向：和液面相切，垂直于液面上的各條分界線，如圖所示。4.作用效果：使液面具有收縮的趨勢(shì)?！妓伎寂袛唷?1)表面張力的作用是使液面具有收縮的趨勢(shì)。(√)(2)表面張力是分子力的宏觀表現(xiàn)。(√)(3)表面張力是液體表面各部分分子間存在的相互排斥力。(×)(4)昆蟲可以在水面上自由走動(dòng)是表面張力作用引起的。(√)知識(shí)點(diǎn)二浸潤和不浸潤及毛細(xì)現(xiàn)象〖觀圖助學(xué)〗在一塊潔凈的玻璃板上滴一滴水，我們看到，這滴水會(huì)逐漸散開并附著在玻璃板上(如圖甲)；在一塊涂了蠟的玻璃板上滴一滴水，這滴水卻可以滾來滾去，而不能附著在蠟面上(如圖乙)。怎樣描述這些現(xiàn)象呢？1.浸潤：一種液體會(huì)潤濕某種固體并附著在固體的表面上，這種現(xiàn)象叫作浸潤。2.不浸潤：一種液體不會(huì)潤濕某種固體，也就不會(huì)附著在固體的表面上，這種現(xiàn)象叫作不浸潤。3.毛細(xì)現(xiàn)象：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。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。〖思考判斷〗(1)如果固體對(duì)液體分子的引力較弱，就會(huì)形成浸潤現(xiàn)象。(×)(2)浸潤液體都能發(fā)生毛細(xì)現(xiàn)象，不浸潤液體都不能發(fā)生毛細(xì)現(xiàn)象。(×)(3)浸潤液體和不浸潤液體在細(xì)管中都上升。(×)知識(shí)點(diǎn)三液晶1.液晶的概念：像液體一樣具有流動(dòng)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.液晶分子的排列特點(diǎn)從某個(gè)方向上看液晶分子排列比較整齊，但從另一個(gè)方向看，液晶分子的排列是雜亂無章的。3.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(shí)液晶顏色會(huì)發(fā)生改變的性質(zhì)來探測(cè)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)表面張力是根據(jù)效果命名的力，是液體表面層大量分子力的宏觀表現(xiàn)。表面張力不是浮力。(2)表面張力使液面有收縮的趨勢(shì)，故往往認(rèn)為收縮后r<r0，液體表面張力實(shí)質(zhì)上是液體表面層分子間的距離r大于r0時(shí)，表現(xiàn)出的分子引力。(1)液體和固體接觸時(shí)，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。浸潤與不浸潤是兩者合力的表現(xiàn)。(2)當(dāng)液體和與之接觸的固體的相互作用比液體分子之間的相互作用強(qiáng)時(shí)，液體能夠浸潤固體。反之，液體則不浸潤固體。(3)一種液體是否浸潤某種固體，與這兩種物質(zhì)的性質(zhì)都有關(guān)系。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。液晶是介于固態(tài)和液態(tài)的一種物質(zhì)狀態(tài)。液晶在光照、溫度、電場(chǎng)、壓力等外部因素的作用下，會(huì)產(chǎn)生物理性質(zhì)的變化，液晶的應(yīng)用就是利用了液晶對(duì)不同外部因素所表現(xiàn)出來的不同物理性質(zhì)。核心要點(diǎn)液體的表面張力〖觀察探究〗1.把一條細(xì)棉線的兩端分別系在鐵絲環(huán)的兩側(cè)，要使棉線處于略為松弛的狀態(tài)。然后將鐵絲環(huán)浸入肥皂液里，再拿出來時(shí)環(huán)上就留下了一層肥皂液的薄膜。這時(shí)薄膜上的棉線仍是松弛的(圖甲)。用燒熱的針刺破棉線一側(cè)的薄膜(圖乙)，觀察薄膜和棉線發(fā)生的變化。2.把一個(gè)棉線圈系在鐵絲環(huán)上，使環(huán)上布滿肥皂液的薄膜，這時(shí)膜上的棉線圈仍是松弛的(圖丙)。用燒熱的針刺破棉線圈里的薄膜，觀察棉線圈外的薄膜和棉線圈發(fā)生的變化(圖丁)。觀察肥皂膜和棉線的變化〖答案〗另一半肥皂膜就會(huì)立即收縮把松弛的棉線繃緊，并且始終向著肥皂膜收縮?！继骄繗w納〗1.液體表面張力的成因分析(1)分子間距離特點(diǎn)：由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，液體表面層分子分布比內(nèi)部分子稀疏。液體的表面張力(2)在液體內(nèi)部，分子間平均距離r略小于r0，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力；在表面層，分子比較稀疏，分子間距離r略大于r0，分子間的作用力表現(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，使液體表面形成了一層繃緊的“膜”。(4)表面張力的方向：表面張力的方向和液面相切，如果在液體表面任意畫一條線MN，MN兩側(cè)的液體之間的引力方向如圖所示。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(shì)，使液體表面積趨于最小。而在體積相同的條件下，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)?！荚囶}案例〗〖例1〗(多選)下面關(guān)于液體表面層的一些說法正確的是()A.液體表面張力，總是垂直于液體的表面B.表面層分子間有引力存在的同時(shí)也有斥力，但是引力大于斥力，所以有表面張力C.液體表面層的分子分布比液體內(nèi)部都要密，是產(chǎn)生表面張力的原因D.處于液體表面層的分子，比起液體內(nèi)部的分子應(yīng)有較大的勢(shì)能〖解析〗表面張力產(chǎn)生的原因是由于液體表面層的分子分布較液體內(nèi)部稀疏，分子間距大于平衡距離，分子間的引力大于斥力，表面層大量分子相互作用的合力表現(xiàn)為沿液體表面方向拉緊的力，液體內(nèi)部分子成為表層分子，需要克服引力做功，因此勢(shì)能增加。故B、D正確。〖答案〗BD方法總結(jié)(1)液體表面張力的產(chǎn)生是由于液體表面層內(nèi)的分子比液體內(nèi)部稀疏，分子間表現(xiàn)為引力，表面張力為表面層里分子的分子力。(2)液體的表面張力使液面具有收縮的趨勢(shì)，在體積相等的各種形狀的物體中，球形表面積最小，所以液滴總是呈球形。(3)表面張力的方向與液面相切?！坚槍?duì)訓(xùn)練1〗(多選)下列現(xiàn)象中，由于液體的表面張力而引起的是()A.液體與固體、氣體不同，它在不同容器內(nèi)，盡管形狀不同，但體積相同B.兩滴水銀相互接觸，立即合并成一滴C.新的棉織品水洗后都要縮水D.小昆蟲能在水面上自由走動(dòng)〖解析〗同一體積的液體在不同容器內(nèi)有不同的形狀，這是由液體分子的排列規(guī)律決定的，與表面張力無關(guān)，而兩滴水銀接觸后合并、新棉織品水洗后縮水、小昆蟲在水面上走動(dòng)，都將受到液體的表面張力的作用?！即鸢浮紹CD核心要點(diǎn)浸潤和不浸潤及毛細(xì)現(xiàn)象〖觀察探究〗在水中浸入兩個(gè)同樣細(xì)的玻璃細(xì)管，一個(gè)是直的，另一個(gè)是彎的，如圖所示，水在直管中上升的高度比在彎管中上升的最高點(diǎn)還要高，那么彎管中的水會(huì)不會(huì)流出？〖答案〗因?yàn)樗螐膹澒芄芸贜處落下之前，彎管管口的水面在重力作用下要向下凸出，這時(shí)表面張力的合力豎直向上，使水不能流出?！继骄繗w納〗1.浸潤和不浸潤現(xiàn)象成因分析(1)附著層內(nèi)分子受力情況：液體和固體接觸時(shí)，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(shí)，附著層內(nèi)液體分子比液體內(nèi)部分子稠密，附著層中分子之間表現(xiàn)為斥力，具有擴(kuò)張的趨勢(shì)，這時(shí)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(shí)，附著層內(nèi)液體分子比液體內(nèi)部分子稀疏，附著層中分子之間表現(xiàn)為引力，具有收縮的趨勢(shì)，這時(shí)表現(xiàn)為液體不浸潤固體。2.毛細(xì)現(xiàn)象項(xiàng)目浸潤不浸潤現(xiàn)象液體在毛細(xì)管中上升液體在毛細(xì)管中下降舉例浸潤液體液面在毛細(xì)管里上升不浸潤液體液面在毛細(xì)管里下降特點(diǎn)對(duì)于一定的液體和一定材質(zhì)的管壁，管的內(nèi)徑越細(xì)，毛細(xì)管內(nèi)外液面差越大產(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。如圖甲所示，當(dāng)毛細(xì)管插入浸潤液體中，附著層里的排斥力使附著層沿管壁上升，這部分液體上升引起液面彎曲，呈凹形彎月面使液體表面變大，與此同時(shí)由于表面層的表面張力的收縮作用，管內(nèi)液體也隨之上升。直到表面張力向上的力與管內(nèi)升高的液體的重力相等時(shí)，達(dá)到平衡，液體停止上升，穩(wěn)定在一定的高度。利用類似的分析，也可以解釋不浸潤液體在毛細(xì)管里下降的現(xiàn)象(如圖乙所示)〖試題案例〗〖例2〗(多選)下列關(guān)于浸潤(不浸潤)現(xiàn)象與毛細(xì)現(xiàn)象的說法正確的是()A.水可以浸潤玻璃但不能浸潤蜂蠟B.浸潤液體和不浸潤液體都有可能發(fā)生毛細(xì)現(xiàn)象C.浸潤液體都能發(fā)生毛細(xì)現(xiàn)象，不浸潤液體都不能發(fā)生毛細(xì)現(xiàn)象D.浸潤液體和不浸潤液體在細(xì)管中都上升〖解析〗水可以附著在玻璃表面上，也就是說水可以浸潤玻璃，但不會(huì)附著在蜂蠟上，也就是說不浸潤蜂蠟。浸潤液體和不浸潤液體都能發(fā)生毛細(xì)現(xiàn)象，在細(xì)管中沿管壁上升的是浸潤液體，在細(xì)管中沿管壁下降的是不浸潤液體。〖答案〗AB方法凝煉(1)液體放在玻璃容器中，液面與器壁接觸的位置是彎曲的，但有的向上彎，有的向下彎(如圖)。這也是浸潤與不浸潤兩種現(xiàn)象的區(qū)別。(2)浸潤和不浸潤也是分子力作用的表現(xiàn)。(3)同一種固體，對(duì)有些液體浸潤，對(duì)有些液體不浸潤。同一種液體，對(duì)一些固體是浸潤的，對(duì)另一些固體是不浸潤的。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?！坚槍?duì)訓(xùn)練2〗對(duì)于液體在器壁附近的液面發(fā)生彎曲的現(xiàn)象，如圖所示，對(duì)此有下列幾種解釋，其中正確的是()①Ⅰ圖中表面層分子的分布比液體內(nèi)部疏②Ⅱ圖中表面層分子的分布比液體內(nèi)部密③Ⅰ圖中附著層分子的分布比液體內(nèi)部密④Ⅱ圖中附著層分子的分布比液體內(nèi)部疏A.只有①對(duì) B.只有①③④對(duì)C.只有③④對(duì) D.全對(duì)〖解析〗浸潤的情況下，液體會(huì)沿著管壁上升，這是由于附著層內(nèi)分子相互排斥，同時(shí)表面層內(nèi)分子相互吸引的結(jié)果，不浸潤的情況下，液體會(huì)沿著管壁下降，這是由于附著層內(nèi)分子和表面層內(nèi)分子均相互吸引的結(jié)果。由于液體內(nèi)部分子力約為零，因此當(dāng)附著層分子比內(nèi)部疏時(shí)，分子力表現(xiàn)為引力，當(dāng)附著層分子比內(nèi)部密時(shí)，分子力表現(xiàn)為斥力。〖答案〗B1.(液體表面張力)關(guān)于液體的表面張力，下列說法中錯(cuò)誤的是()A.表面張力是液面各部分間相互吸引的力，方向與液面相切B.表面張力是液面分子間的作用力的宏觀體現(xiàn)C.表面層里的分子距離比液體內(nèi)部的小，分子間的作用力表現(xiàn)為引力D.不論是水還是水銀，表面張力都要使液面收縮〖解析〗表面張力是液面各部分間相互吸引的力，方向與液面相切，在液體與氣體相接觸的表面層中，液體分子的分布比液體內(nèi)部的稀疏，即分子間距大于r0，分子間的相互作用力表現(xiàn)為引力，其宏觀表現(xiàn)是使液面收縮，好像繃緊的橡皮膜一樣。所以錯(cuò)誤的只有C選項(xiàng)?！即鸢浮紺2.(液體表面張力的應(yīng)用)下列不屬于液體表面張力作用具有收縮趨勢(shì)而引起的現(xiàn)象是()A.小昆蟲停留在水面上B.用焊錫焊接處總是球形的C.液體流不過網(wǎng)眼很密的篩子D.雨水掉到游禽羽毛上時(shí)，雨水不能濕潤羽毛〖解析〗小昆蟲停留在水面上使水面略有凹陷，凹陷處水面具有收縮趨勢(shì)的表面張力的向上分力對(duì)昆蟲的支持作用使其能停留在水面上。焊錫熔化成液態(tài)時(shí)，由于液態(tài)錫滴表面張力的作用，其表面積具有收縮到最小的趨勢(shì)，使錫滴成為球形。網(wǎng)眼很密的篩子被水浸潤后，在網(wǎng)眼上形成一層水膜，當(dāng)水通過水膜時(shí)，水膜的具有收縮趨勢(shì)的表面張力使水無法流過網(wǎng)眼。游禽羽毛上有很多油脂，形成油脂層，水不浸潤油脂層，因而不能濕潤羽毛。顯然只有D項(xiàng)符合題目要求?！即鸢浮紻3.(浸潤和不浸潤)關(guān)于浸潤和不浸潤，下面的說法正確的是()A.水是浸潤液體，水銀是不浸潤液體B.在內(nèi)徑小的容器里，如果液體能浸潤器壁，液面呈凸形C.如果固體分子跟液體分子間的引力比較弱，就會(huì)形成浸潤現(xiàn)象D.鴨的羽毛上有一層很薄的脂肪，使羽毛不被水浸潤〖解析〗浸潤還是不浸潤是液體相對(duì)于某種固體物質(zhì)而言的，水相對(duì)于玻璃是浸潤液體，相對(duì)于油脂則是不浸潤液體。同樣，水銀相對(duì)于玻璃是不浸潤液體，但相對(duì)于鉛來說，又是浸潤液體，A錯(cuò)誤；在內(nèi)徑小的容器里，如果液體能浸潤器壁，則液面呈凹型，B錯(cuò)誤；液體浸潤與否取決于液體與固體接觸處的附著層內(nèi)分子之間是引力還是斥力，C錯(cuò)誤，D正確?！即鸢浮紻4.(毛細(xì)現(xiàn)象)(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(duì)甲材料是浸潤的B.液體對(duì)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〖解析〗液體對(duì)固體浸潤的情況下，在附著層分子的排斥力和表面層分子的吸引力的共同作用下，液面將上升，所以A錯(cuò)誤，B正確；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，所以C錯(cuò)誤；在液體和毛細(xì)管材料一定的情況下，管