【创新设计】2021-2022学年高二物理人教版选修3-3学案：第九章 第2讲 液体

第2讲液体
[目标定位] 1.了解液体表面张力现象.2.能解释液体表面张力产生的缘由.3.了解液体的微观结构，了解浸润和不浸润现象.4.知道液晶的特点及其应用.
一、液体的微观结构和表面张力
1．液体分子之间的距离很小，不易被压缩．
2．液体分子的热运动虽然与固体分子类似，但无长期固定的平衡位置，可在液体中移动，因而显示出流淌性，且集中比固体快．
3．在液体内部，分子间距离在r0左右，在表面层，分子比较稀疏，分子间距大于r0，因此分子间的作用表现为相互吸引．液面各部分间的相互吸引力叫做表面张力．
二、浸润和不浸润及毛细现象
1．浸润：一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上．这种现象叫做浸润．
2．不浸润：一种液体不会润湿某种固体也就不会附着在固体上．这种现象叫做不浸润．
3．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，称为毛细现象．
4．试验和理论分析都表明，对于肯定的液体和肯定材质的管壁，管的内径越细，液体所能达到的高度越高．三、液晶
1．液晶的概念：像液体一样具有流淌性，其光学性质与某些晶体相像，具有各向异性的有机化合物，称为液晶．
2．液晶分子的微观结构
某个方向分子排列整齐有规章，另一方向分子排列杂乱无章．
3．液晶的用途
液晶可以用作显示元件，在生物医学、电子工业、航空工业中都有重要应用．
一、液体的微观结构及表面张力
1．液体的微观结构与宏观特性：
液体中的分子密集排列在一起，所以液体具有肯定的体积．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外形，具有流淌性．分子的移动比固体分子简洁，所以集中比固体要快．
2．液体表面张力的成因分析：
(1)由于蒸发觉象，液体表面分子分布比内部分子稀疏，因而分子力表现为引力．(2)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．
(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
3．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．
例1下列叙述中正确的是()
A．液体表面张力随温度上升而增大
B．液体尽可能在收缩它们的表面积
C．液体表面层的分子比液体内部的分子有更大的势能
D．液体表面层的分子分布要比液体内部分子分布紧密些
答案BC
解析液体的表面层由于和气体接触，与内部状况不同，表面层分子的分布要比内部稀疏，分子间就表现为引力，宏观上即表面张力，这样液体表面就有收缩到最小的趋势．随温度的上升，表面层分子距离要增大，引力作用随之减小，所以表面张力要减小．而在液体内，分子间的引力基本等于斥力，即r＝r0，分子势能最小，在表面层r＞r0，所以分子势能比液体内部的分子势能大．
借题发挥表面层液体分子间距离大于r0，升温时，表面层分子距离增大，要克服分子引力做功，故液体分子势能增大，而由分子间作用的特点可知表面张力将随分子间距的增大而减小．
针对训练下列关于液体表面张力的说法中正确的是()
A．表面张力的作用是使液体表面伸张
B．表面张力的作用是使液体表面绷紧
C．有些小昆虫能在水面上自由行走，这是由于水的表面张力的原因
D．用滴管滴液滴，滴的液滴总近似成球形，这是由于表面张力的原因
答案BCD
解析表面张力的作用效果是使液体表面绷紧，由于表面张力，使小昆虫站在液面上；由于表面张力使液滴收缩成球形．故正确答案为B、C、D.
二、浸润和不浸润及毛细现象成因分析
1．附着层内分子受力状况
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．
4．毛细现象
(1)两种表现：浸润液体在细管中上升及不浸润液体在细管中下降．
(2)产生缘由：毛细现象的产生与表面张力及浸润现象都有关系．
如图2所示，甲是浸润状况，此时管内液面呈凹形，由于水的表面张力作用，液体会受到一向上的作用力，因而管内液面(b)要比管外(a)高；乙是不浸润状况，管内液面呈凸形，表面张力的作用使液体受到一向下的力，因而管内液面(d)比管外(c)低．
图2
温馨提示同一种固体，对于有些液体浸润，有些液体不浸润；同一种液体，对一些固体是浸润的，对另一些固体是不浸润的．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．
例2将不同材料制成的甲、乙细管插入相同的液体中，甲管内液面比管外液面低，乙管内液面比管外液面高，则()
A．液体对甲材料是浸润的
B．液体对乙材料是浸润的
C．甲管中发生的不是毛细现象，而乙管中发生的是毛细现象
D．若甲、乙两管的内径变小，则甲管内液面更低，乙管内液面更高
答案BD
解析液体对固体浸润的状况下，在附着层分子的排斥力和表面层分子的吸引力的共同作用下，液面将上升，所以A错，B对；毛细现象是指浸润液体在细管中上升，以及不浸润液体在细管中下降的现象，所以C错；在液体和毛细管材料肯定的状况下，管越细毛细现象越明显，所以D对．
借题发挥浸润是固体分子对液体分子的引力大于液体分子之间的引力，使附着层内分子的分布比液体内部更密，使液体跟固体的接触面有扩大的趋势．不浸润是固体分子对液体分子的引力小于液体分子之间的引力，使附着层内分子的分布比液体内部更稀疏，由于表面张力使液体跟固体的接触面有收缩的趋势．毛细现象是指浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润的液体在细管中下降的现象．
例3附着层里的液体分子比液体内部稀疏的缘由是()
A．附着层里液体分子间的斥力强
B．附着层里液体分子间的引力强
C．固体分子对附着层里的液体分子的吸引，比液体内部分子的吸引弱
D．固体分子对附着层里的液体分子的吸引，比液体内部分子的吸引强
答案C
解析
三、液晶
1．液晶
某些化合物像液体一样具有流淌性，而其光学性质与某些晶体相像，具有各向异性，于是取名液晶．2．液晶的特点
位置无序使它像液体，而排列有序使它像晶体，所以液晶是有晶体结构的液体．
3．液晶分子的排列特点
从某个方向上看液晶分子排列比较整齐，但从另一个方向看，液晶分子的排列是杂乱无章的．
4．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)利用温度转变时液晶颜色会发生转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．
例4下列关于液晶的说法中正确的是()
A．液晶是液体和晶体的混合物
B．液晶分子在特定方向排列比较整齐
C．电子手表中的液晶在外加电压的影响下，能够发光
D．全部物质在肯定条件下都能成为液晶
答案B
解析液晶是某些特殊的有机化合物，在某些方向上分子排列规章，某些方向上杂乱，液晶本身不能发光，所以选项A、C、D错，选项B正确．
借题发挥(1)液晶是既有流淌性和连续性，又具有各向异性的流体．
(2)向外型液晶在外加电压下会由透亮变为不透亮，但液晶本身不会发光．
液体的表面张力
1．下列关于液体表面张力的说法中，正确的是()
A．液体表面张力的存在，使得表面层内分子的分布比内部要密些
B．液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，从而表现为引力，因而产生表面张力
C．液体表面层分子间只有引力而无斥力是产生表面张力的缘由
D．表面张力使液体表面有收缩到最小面积的趋势
答案BD
浸润和不浸润及毛细现象
2．关于浸润和不浸润及毛细现象，下列说法中正确的是()
A．水银是浸润液体，水是不浸润液体
B．在内径小的容器里，假如液体能浸润容器壁，则液面成凹形，且液体在容器内上升
C．假如固体分子对液体分子的引力较弱，就会形成浸润现象
D．在人造卫星中，由于一切物体都处于完全失重状态，所以一个固定着的容器中装有浸润其器壁的液体时，必需用盖子盖紧，否则容器中液体肯定会沿器壁流散
答案BD
解析液体对固体是否发生浸润现象，是由液体和固体共同打算的，A错；假如液体浸润容器壁就会形成凹面，且液体在容器中上升，B对；假如固体分子对液体表面层分子的引力大于液体内部分子的引力，附着层内的分子较密，分子力表现为斥力，会看到液体的浸润现象，C错；在处于完全失重状态的人造卫星上，假如液体浸润器壁，液体和器壁的附着层就会扩张，沿着器壁流散，故必需盖紧，D正确．
3．用内径很小的玻璃管做成的水银气压计，其读数比实际气压()
A．偏大B．偏小C．相同D．无法解释
答案B
解析由于水银不浸润玻璃，所以玻璃管中的水银呈凸形；由于玻璃管很细，会发生毛细现象，使水银柱下降，所以气压计的读数应比实际气压偏小，选项B正确．
液晶及微观解释
4．关于液晶分子的排列，下列说法正确的是()
A．液晶分子在特定方向排列整齐
B．液晶分子的排列不稳定，外界条件的微小变动都会引起液晶分子排列的变化C．液晶分子的排列整齐而稳定
D．液晶的物理性质稳定
答案AB
解析液晶分子的排列是不稳定的，外界条件的微小变动都会引起液晶分子排列的变化，从而转变其某些性质，例如：温度、压力、摩擦、电磁作用、容器表面的差异性等，都可以转变液晶的光学性质，即物理性质，故A、B正确．
(时间：60分钟)
题组一液体及液体表面张力
1．下列关于液体的说法中正确的是()
A．非晶体的结构跟液体格外类似，可以看做是粘滞性极大的液体
B．液体的物理性质一般表现为各向同性
C．液体的密度总是小于固体的密度
D．全部的金属在常温下都是固体
答案AB
解析由液体的微观结构知A、B正确；有些液体的密度大于固体的密度，例如汞的密度就大于铁、铜等固体的密度，故C错；金属汞在常温下就是液体，故D错．
2．液体表面张力产生的缘由是()
A．液体表面层分子较紧密，分子间引力大于引力
B．液体表面层分子较紧密，分子间引力大于斥力
C．液体表面层分子较稀疏，分子间引力大于斥力
D．液体表面层分子较稀疏，分子间斥力大于引力
答案C
解析液体表面层内分子比内部稀疏．液体表面层内分子间的相互作用表现为引力，即分子间的引力比斥力大，故正确答案为C.
3．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分子间的相互作用力
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．不论是水还是水银，表面张力都会使表面收缩
D．表面张力的方向与液面垂直
答案BC
解析液体表面层内分子较液体内部稀疏，故分子力表现为引力，表面张力的作用使液面具有收缩的趋势，其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分子间的作用力．故B、C正确，A、D错误．4．下列现象中，由于液体的表面张力而引起的是()
A．小昆虫能在水面上自由来往而不陷入水中靠的是液体的表面张力作用
B．小木块能够浮于水面上是液体表面张力与其重力平衡的结果
C．缝衣针浮在水面上不下沉是重力和水的浮力平衡的结果
D．喷泉喷射到空中形成一个个球形的小水珠是表面张力作用的结果
答案AD
解析认真观看可以发觉，小昆虫在水面上站定或行进过程中，其脚部位置比四周水面稍下陷，但仍在水面上而未陷入水中，就像踩在柔韧性格外好的膜上一样，因此，这是液体的表面张力在起作用，浮在水面上的缝衣针与小昆虫状况一样，故A选项正确，C选项错误；小木块浮于水面上时，木块的下部实际上已经陷入水中(排开一部分水)受到水的浮力作用，是浮力与重力平衡的结果，而非表面张力在起作用，故B选项错误；喷泉喷到空中的水分散时，每一小部分的表面都有表面张力在起作用且水处于完全失重状态，因而形成球状水珠(体积肯定状况下以球形表面积为最小，表面张力的作用使液体表面有收缩到最小面积的趋势)，故D选项正确．
5．下列现象中，哪些是液体的表面张力所造成的()
A．两滴水银相接触，马上会合并到一起
B．熔化的蜡从燃烧的蜡烛上流下来，冷却后呈球形
C．用熔化的玻璃制成各种玻璃器皿
D．水珠在荷叶上呈球形
答案ABD
解析用熔化的玻璃制成各种器皿，跟各种模型有关，并非表面张力造成的，故本题选A、B、D.
6．如图1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两部分肥皂膜刺破，线的外形将变成下图中的()
图1
答案C
7．如图所示，玻璃烧杯中盛有少许水银，在太空轨道上运行的宇宙飞船内，水银在烧杯中呈怎样的外形()答案D
解析由于水银不浸润玻璃，所以在完全失重的状况下，水银的外形只由表面张力打算．由于表面张力作用下水银的表面要收缩至最小，所以最终水银成球形．
题组二浸润、不浸润及毛细现象
8．对于液体在器壁四周的液面发生弯曲的现象，如图2所示，对此有下列几种解释，其中正确的是()
图2
①Ⅰ图中表面层分子的分布比液体内部疏②Ⅱ图中表面层分子的分布比液体内部密③Ⅰ图中附着层分子的分布比液体内部密④Ⅱ图中附着层分子的分布比液体内部疏
A．只有①对B．只有①③④对
C．只有③④对D．全对
答案B
解析浸润的状况下，液体会沿着管壁上升，这是由于附着层内分子相互排斥，同时表面层内分子相互吸引的结果，不浸润的状况下，液体会沿着管壁下降，这是由于附着层内分子和表面层内分子均相互吸引的结果．由于液体内部分子力约为零，因此当附着层分子比内部疏时，分子力表现为引力，当附着层分子比内部密时，分子力表现为斥力．
9．把极细的玻璃管插入水中与水银中，如图所示，正确表示毛细现象的是()
答案AC
解析由于水能浸润玻璃，所以A正确，B错误；水银不浸润玻璃，C正确；D中外面浸润，里面不浸润，所以是不行能的，D错误．故正确选项为A、C.
10．下列关于浸润(不浸润)现象与毛细现象的说法正确的是()
A．水可以浸润玻璃但不能浸润蜂蜡
B．浸润液体和不浸润液体都有可能发生毛细现象
C．浸润液体都能发生毛细现象，不浸润液体都不能发生毛细现象
D．浸润液体和不浸润液体在细管中都上升
答案AB
解析水可以附着在玻璃表面上，也就是说水可以浸润玻璃，但不会附着在蜂蜡上，也就是说不浸润蜂蜡，所以同一液体对不同的固体，有的可能发生浸润现象，有的可能发生不浸润现象，这与液体和固体的分子作用力有关．浸润液体和不浸润液体都能发生毛细现象，在细管中沿管壁上升的是浸润液体，在细管中沿管壁下降的是不浸润液体．
11．在水中浸入两个同样细的毛细管，一个是直的，另一个是弯的，如图3所示，水在直管中上升的高度比弯管的最高点还要高，那么弯管中的水将()
图3
A．会不断地流出
B．不会流出
C．不肯定会流出
D．无法推断会不会流出
答案B 解析由于水滴从弯管管口N处落下之前，弯管管口的水面在重力作用下要向下凸出，这时表面张力的合力竖直向上，从直管中水柱上升的高度可以看出，水的表面张力完全可以使弯管中的水不流出．
12．两个完全相同的空心玻璃球壳，其中一个盛有一半体积的水，另一个盛有一半体积的水银，将它们封闭起来用航天飞机送到绕地球做匀速圆周运动的空间试验站中，在如图4所示的四个图中(图中箭头指向地球中心，阴影部分为水或水银)．
图4
(1)水在玻璃球壳中分布的状况，可能是________图．
(2)水银在玻璃球壳中分布的状况，可能是________图．说明理由．
答案(1)C(2)B理由见解析
解析①绕地球做匀速圆周运动的空间试验站中，球壳和其中的水、水银均处于完全失重状态．②水浸润玻璃，附着层有扩大的趋势；水银不浸润玻璃，附着层有收缩的趋势．③水和水银跟气体(空气或其他气体)接触的表面层都有收缩(使表面积最小)的趋势．
题组三液晶
13．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晶体和液体之间，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；外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化，从而转变液晶的某些性质；温度、压力、外加电压等因素变化时，都会转变液晶的光学性质．
14．下列说法中正确的是()
A．液晶的分子排列与固态相同
B．液晶的分子排列与液态相同
C．液晶的物理性质很简洁在外界的影响下发生转变
D．全部物质都具有液晶体
答案C
解析液晶是介于固态和液态之间的中间态，其分子排列介于二者之间，并且排列是不稳定的，简洁在外界影响下发生转变，经争辩发觉不是全部物质都具有液晶态，故A、B、D错误，C正确．。