（江蘇專版）2018版高中物理 第九章 固體、液體和物態(tài)變化 2 液體學(xué)案 新人教版選修3-3

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1、 2　液體 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　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)，了解浸潤和不浸潤現(xiàn)象及毛細(xì)現(xiàn)象.3.了解液晶的特點及其應(yīng)用． 一、液體的微觀結(jié)構(gòu)、液體的表面張力 [導(dǎo)學(xué)探究]　(1)如圖1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：液體表面層內(nèi)的分子距離和分子力各有什么特點？ 圖1 (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，液體的這些特點是由什么決定的？ 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)． [知識梳理] (1

2、)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，所以擴散速度比固體要快． ③液體分子的熱運動的特點表現(xiàn)為振動與移動相結(jié)合． ④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．(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方向：和液面相切，垂直于液面上的各條分界線，如圖2所示． 圖

3、2 (3)作用效果：使液面具有收縮的趨勢． 二、浸潤和不浸潤、毛細(xì)現(xiàn)象 [導(dǎo)學(xué)探究]　(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)上述兩種不同的現(xiàn)象呢？ (2) 如圖3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的水分，你知道這是為什么嗎？ 圖3 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． [知識梳理] (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

4、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 某些化合物像液體一樣具有流動性，而其光學(xué)性質(zhì)與某些晶體相似，具有各向異性，于是把這些化合物取名為液晶． (2)液晶的特點 ①位置無序使它像液體一樣具有流動性，而排列有序使它像晶體一樣具有各向異性． ②液晶的物理性質(zhì)容易在外界的影響(如電場、壓力、光照、溫度)下發(fā)生改變． (

5、3)液晶分子的排列特點 從某個方向上看液晶分子排列比較整齊，但從另一個方向看，液晶分子的排列是雜亂無章的． (4)液晶的應(yīng)用 ①液晶顯示器． 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． 一、液體的微觀結(jié)構(gòu)及表面張力 (1)液面表面張力的成因分析： ①分子間距離特點：由于蒸發(fā)現(xiàn)象，液體表面分子分布比內(nèi)部分子稀疏． ②分子力特點：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

6、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)． 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　液體表面層分子較液體內(nèi)部稀疏，故分子力表現(xiàn)為

7、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，液體表面層的分子間的距離增大，引力作用隨之減小，所以表面張力減小．故選項B正確，選項A、C、D錯誤． 分析表面張力問題的三點注意 (1)表面張力是液體表面層中大量分子間引力的宏觀表現(xiàn). (2)表面張力的大小除了跟分界線長度有關(guān)外，還跟液體的性質(zhì)和溫度有關(guān).一般情況下，溫度越高，表面張力就越小. (3)表面張力的方向與液面相切. 二、浸潤和不浸潤及毛細(xì)現(xiàn)象 *(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

8、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． ④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4所示，甲是浸潤情況，此時管內(nèi)液面呈凹形，因為液體的表面張力的作用，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，

9、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4 例2　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，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，所以C錯；在液體和毛細(xì)管材料一定的情況下，

10、管越細(xì)毛細(xì)現(xiàn)象越明顯，所以D對． 三、液晶 例3　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C、D正確． 液晶的特點 (1)液晶具有流動性，具有液體的特點．

11、(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. 1．(表面張力)下列現(xiàn)象中，不是由于液體的表面張力引起的(　　) A．小昆蟲能在水面上自由走動 B．熔化的蠟燭從燃燒的蠟燭上流下來，冷卻后呈球形 C．小孩吹出的肥皂泡為球形 D．樹葉能漂浮在水面上 答案　D 解析　小昆蟲能在水面上自由走動正是由于表面張力的作用，故A不符合題意；熔化的蠟燭從燃燒的蠟燭上流下來，冷卻后呈球形，是由于表面張力的收縮作用，故B不符合題意；小孩吹出的肥皂泡為球形，是由于表面張力的收縮作用，故C不符合題意；樹葉能漂浮

12、在水面上，是由于樹葉受到水的浮力，與表面張力無關(guān)，故D符合題意． 2．(浸潤與不浸潤)關(guān)于浸潤現(xiàn)象，下列說法正確的是(　　) A．水是浸潤液體，水銀是不浸潤液體 B．水是不浸潤液體，水銀是浸潤液體 C．浸潤現(xiàn)象中，附著層里的分子比液體內(nèi)部稀疏 D．不浸潤現(xiàn)象中，附著層里的分子比液體內(nèi)部稀疏 答案　D 解析　同一種液體是浸潤液體還是不浸潤液體是相對的，水對玻璃來說是浸潤液體，對蜂蠟來說是不浸潤液體，水銀對玻璃來說是不浸潤液體，對鉛來說是浸潤液體，故A、B錯；浸潤現(xiàn)象中，附著層里的分子比液體內(nèi)部密集，不浸潤現(xiàn)象中，附著層里的分子比液體內(nèi)部稀疏，C錯，D對． 3．(毛細(xì)現(xiàn)象)用干凈的

13、玻璃毛細(xì)管做毛細(xì)現(xiàn)象的實驗時，可以看到(　　) A．毛細(xì)管插入水中，管越細(xì)，管內(nèi)水面越高，管越粗，管內(nèi)水面越低 B．毛細(xì)管插入水銀中，管越細(xì)，管內(nèi)水銀面越高 C．毛細(xì)管插入跟它浸潤的液體中時，管內(nèi)液面上升，插入跟它不浸潤的液體中時，管內(nèi)液面下降 D．毛細(xì)管插入跟它不浸潤的液體中時，管內(nèi)液面上升，插入跟它浸潤的液體中時，管內(nèi)液面下降 答案　AC 解析　水浸潤玻璃，附著層內(nèi)分子之間表現(xiàn)為斥力，附著層擴張，液面上升，且管越細(xì)，液面上升得越高．水銀不浸潤玻璃，附著層內(nèi)分子之間表現(xiàn)為引力，附著層收縮，毛細(xì)管中液面下降，故A、C正確． 4．(液晶)下列關(guān)于液晶的說法中正確的是(　　) A．

14、有一些液晶的光學(xué)性質(zhì)隨外加電壓的變化而變化 B．液晶是液體和晶體的混合物 C．液晶分子保持固定的位置和取向，且位置有序，取向有序 D．液晶具有流動性，光學(xué)性質(zhì)具有各向同性 答案　A 解析　液晶具有光學(xué)各向異性的特點，液晶的光學(xué)性質(zhì)隨外加電壓的變化而變化，故A正確，B錯誤；液晶是物質(zhì)的一種狀態(tài)，并不是固體與液體的混合物，液晶像液體一樣具有流動性，分子的位置不是固定的，光學(xué)性質(zhì)具有各向異性，故C、D錯誤． 題組一　液體的微觀結(jié)構(gòu)、表面張力 1．關(guān)于液體的特點，下列描述正確的是(　　) A．每一個液體分子都沒有固定的位置，液體分子的平衡位置時刻變動 B．液體蒸發(fā)，是因為某些動能

15、較大的分子克服其他分子的作用力的緣故 C．液體變成固體(凝固)時體積一定減小 D．液體跟其他固體一樣，也是熱脹冷縮的 答案　AB 解析　液體易流動，是因為液體分子沒有固定的平衡位置；液體蒸發(fā)，是由于那些動能較大的分子掙脫其他分子的作用力而成為自由分子，故A、B正確；以水為反例可以說明C、D錯誤． 2．下列敘述中正確的是(　　) A．液體表面張力隨溫度升高而增大 B．液體盡可能在收縮它們的表面積 C．液體表面層的分子比液體內(nèi)部的分子有更大的勢能 D．液體表面層的分子分布要比液體內(nèi)部分子分布緊密些 答案　BC 解析　這是有關(guān)液體表面層分子相互作用的問題，液體的表面層由于和氣體

16、接觸，與內(nèi)部情況不同，表面層分子的分布要比內(nèi)部稀疏．這樣分子間就表現(xiàn)為引力了，宏觀上即表面張力，這樣液體表面就有收縮到最小的趨勢．隨溫度的升高，表面層分子距離更要增大，引力作用隨之減小，所以表面張力要減?。谝后w內(nèi)，分子間的引力基本等于斥力，即r＝r0，分子勢能最小，在表面層r>r0，所以分子勢能比液體內(nèi)部的分子勢能大． 3．關(guān)于液體的表面張力，下列說法正確的是(　　) A．由于液體的表面張力使表面層內(nèi)液體分子間的平均距離小于r0 B．由于液體的表面張力使表面層內(nèi)液體分子間的平均距離大于r0 C．產(chǎn)生表面張力的原因是表面層內(nèi)液體分子間只有引力沒有斥力 D．表面張力使液體的表面有收縮

17、的趨勢 答案　D 解析　在液體與氣體接觸的表面處形成一個特殊的薄層，稱為表面層，在液體表面層內(nèi)，分子的分布比液體內(nèi)部稀疏，它們之間的距離r>r0，分子間作用力表現(xiàn)為引力，因此液體表面有收縮的趨勢．故D項正確． 4．如圖1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圖中的(　　) 圖1 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． 5．下列現(xiàn)象中，哪些是液體的表面張力造成的(　　) A．兩滴水銀相接觸，立即會合并到一起 B．熔化的蠟從燃燒的蠟燭上流下來，冷卻后呈球形

18、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. 題組二　對浸潤和不浸潤及毛細(xì)現(xiàn)象的理解 6．由于海水表面有表面張力的作用，水珠之間相互吸引著，這樣使得風(fēng)很難把水珠刮起，只能夠形成海浪，所以海洋上的風(fēng)中只帶有少量的水沫；而沙漠中的沙子卻不一樣，沙粒之間幾乎沒有作用力，所以風(fēng)很容易刮起大量的沙子……根據(jù)以上規(guī)律聯(lián)系所學(xué)知識請你設(shè)想，如果玻璃杯中盛有少量水銀，放在在太空軌道上運動的宇宙飛船內(nèi)，水銀在杯子中將呈現(xiàn)的形狀是下圖中的(　　) 答案　D 解析　在宇宙飛船內(nèi)完全失

19、重的情況下，由于重力的存在而產(chǎn)生的一切現(xiàn)象都消失；因為液體的表面張力不受失重的影響，水銀不浸潤玻璃，水銀的形狀只由表面張力來決定．在液體表面張力的作用下，水銀的表面有收縮到最小的趨勢，而體積一定時，球形的表面積最?。宰罱K水銀會呈現(xiàn)球形，D正確． 7．下列對浸潤及不浸潤的理解正確的是(　　) A．在夏季，人穿棉線衣服感覺舒適是因為汗水對棉線浸潤 B．單杠、雙杠運動員上杠表演前，手及杠上涂鎂粉，是因為水對鎂粉浸潤 C．布制的雨傘傘面能明顯看到線的縫隙，但雨傘不漏雨水是因為水對傘面不浸潤 D．酒精燈的燈芯經(jīng)常是用絲線做成，因為酒精對絲線浸潤 答案　AB 解析　雨傘不漏雨水是因為水浸

20、潤傘面后水的表面張力作用，C錯；酒精燈的燈芯經(jīng)常用棉線做成，酒精對棉線浸潤，D錯，A、B對． 8．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)管中將產(chǎn)生上升或下降的現(xiàn)象，現(xiàn)把不同粗細(xì)的三根毛細(xì)管分別插入水和水銀中，如圖所示，正確的現(xiàn)象應(yīng)是(　　) 答案　AD 解析　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)象為毛細(xì)現(xiàn)象，管子越細(xì)，現(xiàn)象越明顯，A、D對，B、C錯． 題組三　對液晶特點的理解 9．下列說法中正確的是(　　) A．液晶態(tài)只是物質(zhì)在一定溫度范圍內(nèi)才具有的存在狀態(tài) B．液晶分子在特定方向排列比較整齊，但不穩(wěn)定 C．液晶就是液態(tài)的晶體 D．當(dāng)前液晶最主要的應(yīng)用是在顯示器方面 答案　BD 10．關(guān)于液晶的特點及應(yīng)用正確的是(　　) A．液晶具有流動性，光學(xué)性質(zhì)具有各向同性 B．彩色液晶顯示器利用了液晶的光學(xué)性質(zhì)各向異性的特點 C．利用液晶在電壓變化時由透明變渾濁的特性可制作電子表、電子計算器的顯示元件 D．有一種液晶，隨著溫度的逐漸升高，其顏色按順序改變，利用這種性質(zhì)，可用來探測溫度 答案　BCD 9