高中物理选修3-3优质学案：9.2 液体

2 液体
[学科素养与目标要求]
物理观念：1.了解液体的表面张力现象，能解释液体表面张力产生的原因.2.了解液体的微观结构、浸润和不浸润现象、毛细现象，了解这些现象的产生原因.3.了解液晶的特点及其应用．科学探究：通过观察和实验，知道液体的表面张力现象，浸润和不浸润现象及毛细现象．
一、液体的微观结构及表面张力
1．液体的微观结构及宏观特性
(1)液体分子的排列更接近于固体，是密集排列在一起的，因而液体具有一定的体积，不易压缩．
(2)液体之间的分子作用力比固体分子间的作用力要小，所以液体没有固定的形状，具有流动性．由于液体分子的移动比固体分子容易，所以在温度相同时，液体的扩散速度比固体的扩散速度快．
(3)非晶体的微观结构跟液体非常相似，所以严格地说，只有晶体才能叫做真正的固体．(选填“晶体”或“非晶体”)
2．液体的表面张力
(1)表面张力：由于表面层内分子比较稀疏，分子间的作用力表现为引力，作用是使液体表面绷紧．
(2)作用效果：使液面具有收缩的趋势．
二、浸润和不浸润及毛细现象
1．浸润和不浸润
(1)浸润：一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上的现象．
(2)不浸润：一种液体不会润湿某种固体，不会附着在这种固体的表面上的现象．
(3)浸润和不浸润是分子力作用的表现．
2．毛细现象
(1)定义：浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象．
(2)毛细管内外液面的高度差与毛细管的内径有关，毛细管内径越小，高度差越大．
三、液晶
1．液晶的概念：像液体一样具有流动性，其光学性质与某些晶体相似，具有各向异性的有机化合物，称为液晶．
2．液晶的应用
(1)液晶显示器：用于电子手表、电子计算器、电脑等．
(2)利用温度改变时液晶颜色会发生改变的性质来探测温度．
(3)液晶在电子工业、航空工业、生物医学等领域有广泛应用．
1．判断下列说法的正误．
(1)表面张力的作用是使液面具有收缩的趋势，是分子力的宏观表现．(√)
(2)昆虫可以在水面上自由走动是表面张力在起作用．(√)
(3)水对所有固体都浸润．(×)
(4)毛细管插入水中，管的内径越大，管内水面升高的越高．(×)
(5)液晶是液体和晶体的混合物．(×)
2．要增强雨伞的防水作用，伞面可选择对水是________(选填“浸润”或“不浸润”)的布料；布料经纬线间空隙很小，小水珠落在伞面上由于________的作用，不能透过空隙．
[答案]不浸润表面张力
一、液体的微观结构液体的表面张力如图所示是液体表面附近分子分布的大致情况．
请结合图片思考：
(1)液体表面层内的分子间距离和分子力各有什么特点？
(2)液体像气体一样没有固定的形状，具有流动性，而又像固体一样具有一定的体积，不易被压缩，液体的这些特点是由什么决定的？
(3)小昆虫、缝衣针在水面上不下沉与小木块浮在水面上的道理相同吗？
[答案](1)表面层内分子间距离大于r0，分子间作用力表现为引力．
(2)液体的微观结构．
(3)不同．小昆虫、缝衣针能在水面上不下沉是液体表面张力在起作用．小木块浮在水面上是重力和水的浮力平衡的结果．
1．液体表面张力的成因分析
(1)分子间距离特点：由于蒸发现象，液体表面层分子分布比内部分子稀疏．
(2)分子力特点：液体内部分子间引力、斥力基本上相等，而液体表面层分子之间距离较大，分子力表现为引力．
(3)表面特性：表面层分子之间的引力使液面产生了表面张力，使液体表面形成一层绷紧的膜．2．表面张力及其作用
(1)表面张力使液体表面具有收缩趋势，使液体表面积趋于最小．而在体积相同的条件下，球形的表面积最小．例如，吹出的肥皂泡呈球形，滴在洁净玻璃板上的水银滴呈球形(但由于受重力的影响，往往呈扁球形，在完全失重条件下才呈球形)．
(2)表面张力的大小除了跟边界线长度有关外，还跟液体的种类、温度有关．
(3)表面张力的方向：和液面相切，垂直于液面上的各条分界线，如图1所示．
图1
例1关于液体的表面张力，下列说法正确的是
()
A．表面张力是液体内部各部分之间的相互作用力
B．液体表面层分子的分布比内部稀疏，分子力表现为引力
C．液体的表面张力随温度的升高而增大
D．表面张力的方向与液面垂直
[答案] B
[解析]液体表面层分子比液体内部稀疏，故分子力表现为引力，表面张力的方向沿液面的切线方向，与分界线垂直．表面张力是液体表面层分子间的作用力，随温度的升高，液体表面层分子间的距离增大，引力作用随之减小，所以表面张力减小，故B正确，A、C、D错误．
例
2如图2所示，金属框架的A、B间系一个棉线圈，先使框架布满肥皂膜，然后将P和Q两部分的肥皂膜刺破，线的形状将变成下列选
项图中的()
图2
[答案] C
[解析]由于液体表面张力的作用，液体表面有收缩到最小的趋势，故C正确．二、浸润和不浸润及毛细现象
(1)把一块玻璃分别浸入水和水银里再取出来，可观察到从水银中取出的玻璃上没有附着水银，从水中取出的玻璃上会沾上一层水．为什么会出现上述不同的现象呢？
(2)如图所示，在灌溉完土地后农民伯伯往往利用翻松地表土壤的方法来保存土壤里的水分，你知道这是为什么吗？
[答案](1)水银不浸润玻璃，而水浸润玻璃．
(2)把地表土壤锄松，破坏了土壤表层的毛细管，地下的水分就不会沿毛细管上升到地面而被蒸发掉．
1．浸润和不浸润的形成原因
(1)附着层内分子受力情况
液体和固体接触时，附着层的液体分子除受液体内部的分子吸引外，还受到固体分子的吸引．(2)浸润的成因
当固体分子吸引力大于液体内部分子力时，这时表现为液体浸润固体．
(3)不浸润的成因
当固体分子吸引力小于液体内部分子力时，这时表现为液体不浸润固体．
特别提醒浸润和不浸润是发生在两种材料(液体与固体)之间的，与这两种物质的性质都有关系，不能单说哪一种材料浸润或不浸润．例如：水能浸润玻璃，但不能浸润石蜡；水银不能浸润玻璃，但能浸润铅．
2．毛细现象的产生原因
毛细现象的产生与表面张力及浸润现象都有关系．
如图3所示，甲是浸润情况，此时管内液面呈凹形，因为液体的表面张力的作用，液体会受到向上的作用力，因而管内液面要比管外高；乙是不浸润情况，管内液面呈凸形，表面张力的作用使液体受到向下的力，因而管内液面比管外低．
图3
例
3(多选)下列说法正确的有()
A．因为水银滴在玻璃板上呈椭球状，所以说水银是一种不浸润液体
B．液体对固体是否发生浸润现象，是由液体和固体两者的性质共同决定的
C．在运行的人造卫星中，由于一切物体都处于完全失重状态，所以当一个固定的容器中装有浸润其器壁的液体时，必须用盖子盖紧，否则容器中的液体一定会沿器壁流散
D．当液体A和固体B接触时，是否发生浸润现象，取决于固体B的分子对附着层分子的作用力与液体内部的分子对附着层分子作用力之间的大小关系
[答案]BCD
[解析]液体浸润固体，附着层有扩展的趋势；液体不浸润固体，附着层有收缩的趋势，固体分子和液体内部分子都对附着层分子有作用力，是否发生浸润取决于两者之间的关系，水银不浸润玻璃，但有可能浸润其他固体，浸润与不浸润是由液体和固体两者的性质共同决定的，所以选项A错误，B、D正确．在处于完全失重状态的人造卫星上，如果液体浸润容器器壁，液体会沿着器壁流散，故必须盖紧盖子，选项C正确．
例
4(多选)下列情况属于毛细现象的是() A．墨水打翻了，用粉笔可以把墨水吸干
B．洗头的时候，头发聚在一起
C．植物根部的养分，能升到植物的上部
D．自来水笔灌墨水时，把皮管按几下，墨水就被吸到皮管里去了
[答案]AC
[解析]墨水打翻了，用粉笔可以把墨水吸干，属于毛细现象，选项A正确；洗头的时候，头发聚在一起，是表面张力的作用，选项B错误；植物根部的养分，能升到植物的上部，是毛细现象，选项C正确；自来水笔灌墨水时，把皮管按几下，墨水就被吸到皮管里去了，这是大气压的作用，选项D错误．
三、液晶
液晶是指液态晶体，这种说法对吗？
[答案]这种说法不对，液晶不是晶体，只是与某些晶体相似，具有各向异性．
液晶的特点
1．液晶具有流动性，具有液体的特点．
2．液晶在不同方向上光学性质不同．
3．在不同方向上液晶分子的排列情况不同．
4．液晶受到外界影响时，物理性质会发生明显的变化．
例
5(多选)关于液晶，下列说法中正确的有()
A．液晶是一种晶体
B．液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性
C．液晶的光学性质随温度的变化而变化
D．液晶的光学性质随外加电压的变化而变化
[答案]CD
[解析]液晶的微观结构介于固体和液体之间，虽然液晶分子在特定方向排列比较整齐，具有各向异性，但分子的排列是不稳定的，选项A、B错误．外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化，从而改变液晶的某些性质，温度、压力、外加电压等因素变化时，都会改变液晶的光学性质，选项C、D正确．
1．(液体的表面张力)下列现象中，不是由于液体的表面张力造成的是()
A．船浮于水面上
B．硬币或钢针浮于水面上
C．绸布伞有缝隙但不漏雨水
D．锋利的玻璃片，用酒精灯烧一段时间后变钝了
[答案] A
[解析]A项中船浮于水面上是浮力造成的，故选A.
2．(浸润、不浸润及毛细现象)(2019·西安中学高二下期末)水对玻璃是浸润液体，而水银对玻璃是不浸润液体，它们在毛细管中将发生上升或下降现象，现把粗细不同的三根毛细管插入水或水银中，液柱如图所示，其中正确的现象应是()
[答案] D
[解析]水银对玻璃是不浸润液体，不浸润液体在毛细管内附着层液体的分子密度较小，液体分子间距较大(大于r0)，此时附着层内的分子相互作用表现为引力，液面呈现收缩的趋势，即液面下降，故不浸润液体在毛细管内下降，而且毛细管越细，不浸润液体在毛细管内下降的高度越大，故A、C错误；水对玻璃是浸润液体，浸润液体在毛细管内上升，而且毛细管越细，浸润液体在毛细管内上升的高度越大，故B错误，D正确．
3．(液晶)(多选)(2019·如东高级中学高二月考)下列叙述中正确的是()
A．棒状分子、碟状分子和平板状分子的物质一定呈液晶态
B．利用液晶在温度变化时由透明变浑浊的特性可制作电子表、电子计算器的显示元件C．有一种液晶，随温度的逐渐升高，其颜色按顺序改变，利用这种性质，可用来探测温度D．利用液晶可检查肿瘤，还可以检查电路中的短路点
[答案]BCD
[解析]液晶态与分子的形状有关，棒状分子、碟状分子和平板状分子的物质容易具有液晶态，但并不都是呈液晶态，故A错误；液晶内部分子排列不稳定，当外界条件发生微小变化时，液晶分子的排列将会发生显著的变化，利用液晶在温度变化时由透明变浑浊的特性可制作电子表、电子计算器的显示元件，故B正确；利用液晶随温度变化和改变颜色的性质可探测温度，医学上可用来检查肿瘤，生产中可以检查电路中的短路点，故C、D正确．。