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 1．液體的微觀結(jié)構(gòu) (1)液體的宏觀性質(zhì) ①液體具有一定的體積； ②液體不易被壓縮； ③液體沒有固定的形狀，具有流動性； ④液體的物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性。 (2)液體的分子間距離大約為r0，液體分子的熱運動主要表現(xiàn)為在平衡位置附近做微小的振動，這一點跟固體分子的運動情況類似，但液體分子沒有固定的平衡位置，它們在某一平衡位置附近振動一小段時間后，又轉(zhuǎn)到另一個平衡位置去振動。這就是液體具有流動性的原因。這一個特點明顯區(qū)別于固體。 固體(晶體)、液體和氣體的比較 固體(晶體) 液體 氣體 體積對比 1 1 1 000 單個分子表現(xiàn) 在固定的平衡

2、位置附近做微小的振動 在非固定的平衡位置附近做振動 沒有平衡位置 局部(小區(qū)域)表現(xiàn) 分子規(guī)則地排布 暫時的分子規(guī)則排布 無規(guī)則 宏觀性質(zhì) 各向異性 各向同性 各向同性 【例1】 以下關(guān)于液體的說法正確的是(　　) A．非晶體的結(jié)構(gòu)跟液體非常類似，可以看成是黏滯性很大的液體 B．液體的物理性質(zhì)一般表現(xiàn)為各向同性 C．液體的密度總是小于固體的密度 D．所有的金屬在常溫下都是固體 解析：由液體的微觀結(jié)構(gòu)知A、B正確；有些液體的密度大于固體的密度，例如汞的密度就大于鐵、銅等固體的密度，故C錯；金屬汞在常溫下就是液體，故D錯。 答案：AB 點技巧：非晶體的微觀結(jié)構(gòu)　

3、 跟液體非常相似，所以嚴格地說，只有晶體才叫做真正的固體。 2．液體的表面張力 (1)實驗探究：用肥皂水做實驗來證明液面有收縮趨勢。 ①把一根棉線拴在鐵絲環(huán)上(棉線不要拉緊)，鐵絲環(huán)在肥皂水里浸過后，環(huán)上出現(xiàn)肥皂水的薄膜，用熱針刺破鐵絲環(huán)上棉線兩側(cè)肥皂水薄膜的任意一部分，棉線會被另一側(cè)薄膜拉成弧形，棉線被拉緊。 ②把一個棉線圈拴在鐵絲環(huán)上，讓環(huán)上布滿肥皂水的薄膜。如果用熱針刺破棉線圈內(nèi)的那部分薄膜，外邊的薄膜會把棉線拉緊呈圓形。 實驗現(xiàn)象表明，液體的表面層好像是繃緊的橡皮膜一樣，具有收縮的趨勢。 (2)理論分析：與氣體相接觸的液體的表面層中，液體分子分布較液體內(nèi)部稀疏，即分子

4、間距大于r0 ，所以分子力表現(xiàn)為引力。 (3)表面張力：液面各部分間存在的使液面繃緊的相互吸引力，叫做表面張力。表面張力的方向垂直液面分界線，且與液面相切。 【例2】 有人在研究肥皂膜時做了下面的實驗：在一個用鐵絲彎成的圓環(huán)上，系上一個用細棉線圍成的小線圈。把這個圓環(huán)浸在肥皂水中，然后提出液面，于是環(huán)上蒙了一層肥皂膜。那個小線圈可以在肥皂膜中相當(dāng)自由地來回移動(圖甲)。用一根熱針輕輕地將小線圈中的肥皂膜捅破，這時可看到小線圈立刻被拉成一個圓環(huán)(圖乙)。這是什么原因呢？ 解析：在小線圈中的肥皂膜被捅破前，各處張力都相等，所以膜上的小線圈是松弛的。用熱針將小線圈中的肥皂膜捅破后，小線

5、圈外的薄膜由于表面張力的作用一起向外收縮，結(jié)果使小線圈張緊成圓形。 點技巧：表面張力系數(shù)　 在體積相等的各種形狀的物體中，球形面積最小，所以露珠、小水滴要收縮成球形。表面張力系數(shù)是液體表面上單位長度分界線上的表面張力。同一種液體溫度升高，表面張力系數(shù)減小。不同液體表面張力系數(shù)不同，如水銀的表面張力系數(shù)較大，水比酒精的表面張力系數(shù)大。 3．浸潤和不浸潤 (1)浸潤：液體附著在固體表面上的現(xiàn)象叫做浸潤。 不浸潤：液體不能附著在固體表面上的現(xiàn)象叫做不浸潤。 落在潔凈玻璃板上的小水銀球能在上面滾來滾去而不附著在上面。 落在潔凈玻璃板上的小水珠會附在玻璃板上形成薄層。 (2)理論分析：跟

6、固體相接觸的液體薄層叫附著層，由于不同固體和液體的分子性質(zhì)不同使得有些附著層內(nèi)液體分子較內(nèi)部稀疏，分子力表現(xiàn)為引力，液面收縮，表現(xiàn)為不浸潤；而有些附著層內(nèi)液體分子較內(nèi)部密集，分子力表現(xiàn)為斥力，液面擴展，表現(xiàn)為浸潤。 談重點：浸潤現(xiàn)象　 同一種物質(zhì)，對有些液體浸潤，對另一些液體不浸潤。同一種液體，對一些固體是浸潤的，對另一些固體是不浸潤的。如：水能浸潤玻璃，但不能浸潤石蠟；水銀不能浸潤玻璃，但能浸潤鋅。 【例3】 附著層里的液體分子比液體內(nèi)部稀疏的原因是(　　) A．附著層里液體分子間的斥力強 B．附著層里液體分子間的引力強 C．固體分子對附著層里的液體分子的吸引比液體內(nèi)部分子的吸引

7、弱 D．固體分子對附著層里的液體分子的吸引比液體內(nèi)部分子的吸引強 解析：附著層里的分子既受到固體分子的吸引，又受到液體內(nèi)部分子的吸引，如果受到的固體分子的吸引比較弱，附著層中的部分分子進入液體內(nèi)部，從而使附著層的分子比液體內(nèi)部稀疏，所以C正確，A、D錯誤；對于B，雖然附著層分子稀疏，分子間的吸引力強，這是附著層分子密集的結(jié)果，并不是引起附著層分子稀疏的原因，因此B錯誤。 答案：C 4.毛細現(xiàn)象 (1)毛細現(xiàn)象：在浸潤液體在細管里上升的現(xiàn)象和不浸潤液體在細管里下降的現(xiàn)象，叫做毛細現(xiàn)象。 (2)理論分析：在浸潤的情況下，附著層擴展，表面層收縮使液面升高，最終是表面張力的作用跟液柱

8、 因重力而產(chǎn)生的作用相平衡；不浸潤的情況下，附著層收縮，表面層收縮使液面下降，最終是表面張力的作用跟毛細管外液體產(chǎn)生的壓力作用相平衡。 (3)毛細現(xiàn)象的應(yīng)用： 棉花脫脂后能夠吸水的原因在于其內(nèi)部有許多細小的孔道，起到毛細管作用。 田間農(nóng)作物的重要管理措施是鋤地松土，防止土地板結(jié)，其目的是破壞土壤里的毛細管，使地下水分不會快速引到地面而蒸發(fā)掉。 【例4】 把極細的玻璃管插入水中與水銀中，如圖所示，正確表示毛細現(xiàn)象的是(　　) 解析：浸潤時表面張力產(chǎn)生的附加壓強指向液體外，不浸潤時產(chǎn)生的附加壓強指向液體內(nèi)，同時應(yīng)明確水浸潤玻璃，而水銀不浸潤玻璃這一事實。因為水能浸潤玻璃，所以A正

9、確， B錯誤；水銀不浸潤玻璃，C正確；D項中外面浸潤，里面不浸潤，所以是不正確的。故正確選項為A、C。 答案：AC 5．液晶 (1)液晶：像液體一樣具有流動性，而其化學(xué)性質(zhì)與某些晶體相似，具有各向異性的物質(zhì)叫液晶。 注意：組成晶體的物質(zhì)微粒(分子、原子或離子)依照一定的規(guī)律在空間有序排列，構(gòu)成空間點陣，所以液晶表現(xiàn)為各向異性。液體表現(xiàn)出分子排列無序性和流動性。液晶呢？分子既保持排列有序性，又保持各向異性，還可以自由移動，位置無序，因此也保持了流動性。 (2)液晶的特點 位置無序使它像液體，而排列有序使它像晶體，所以液晶是有晶體結(jié)構(gòu)的液體。 注意：液晶物質(zhì)都具有較大的分子，分子形

10、狀通常是棒狀分子、碟狀分子、平板狀分子。 (3)液晶的用途 液晶可以用作顯示元件，液晶在生物醫(yī)學(xué)、電子工業(yè)、航空工業(yè)等方面都有重要應(yīng)用。 為什么液晶能作顯示元件　有一種液晶，受外加電壓的影響，會由透明狀態(tài)變成混濁狀態(tài)而不再透明，去掉電壓，又恢復(fù)透明，當(dāng)輸入電信號，加上適當(dāng)電壓，透明的液晶變得混濁，從而顯示出設(shè)定的文字或數(shù)碼。 【例5】 下列有關(guān)液晶的一些性質(zhì)的說法中，正確的是(　　) A．液晶分子的排列是穩(wěn)定的 B．液晶的光學(xué)性質(zhì)隨溫度而改變 C．液晶的光學(xué)性質(zhì)隨所加電場的變化而變化 D．液晶的光學(xué)性質(zhì)隨所加壓力的變化而變化 解析：液晶分子既有排列的有序性，又可以自由移動，故

11、A錯，B、C、D均正確。 答案：BCD 6．認識表面張力的微觀本質(zhì) 液體表面好像張緊的橡皮膜一樣，具有收縮的趨勢。 液體與氣體接觸的表面形成一薄層，叫表面層。由于表面層上方是氣體，所以表面層內(nèi)的液體分子受到周圍分子作用力小于液體內(nèi)部分子，表面層里的分子要比液體內(nèi)部分子稀疏一些，這樣表面層分子間引力比液體內(nèi)部更大一些。在液體內(nèi)部分子間引力和斥力處于平衡狀態(tài)，而表面層內(nèi)由于分子引力較大，因此表面層有收縮的趨勢。 液體與固體接觸處形成一個液體薄層，叫做附著層。附著層里的分子既受固體分子的吸引，又受到液體內(nèi)部分子的吸引。如果受到固體分子的吸引力較弱，附著層的分子就比液體內(nèi)部稀疏，在附著層

12、里分子間吸引力較大，造成跟固體接觸的液體表面有縮小的趨勢，形成不浸潤。反之，如果附著層分子受固體分子吸引力相當(dāng)強，附著層分子比液體內(nèi)部更密集，附著層就出現(xiàn)液體相互推斥的力，造成跟固體接觸的液體表面有擴展的趨勢，形成浸潤。 7．對比法學(xué)習(xí)浸潤和不浸潤現(xiàn)象 液體對固體浸潤的情況下，毛細現(xiàn)象表現(xiàn)為管內(nèi)液面比管外液面高；液體對固體不浸潤的情況下，毛細現(xiàn)象表現(xiàn)為管內(nèi)液面比管外液面低；而且管的內(nèi)徑越小，毛細現(xiàn)象越明顯。 解題方法： ①浸潤與不浸潤現(xiàn)象的實質(zhì)都是分子力作用的表現(xiàn)，同一種物體，對有些液體浸潤，對另一些液體不浸潤； ②同一種液體，對一些固體浸潤，對另一些固體不浸潤； ③對于毛細現(xiàn)象，

13、抓住是浸潤和不浸潤及表面張力共同作用的結(jié)果，浸潤液體在毛細管內(nèi)會上升，不浸潤液體在毛細管內(nèi)會下降。 【例6－1】 液體表面張力產(chǎn)生的原因是(　　) A．在液體的表面層，分子間距大，分子之間斥力消失，只有引力 B．氣體分子對表面層液體分子的吸引 C．在液體的表面層里，由于分子間距比液體內(nèi)部大，分子間引力大于斥力 D．受到指向液體內(nèi)部的吸引力作用 解析：在液體內(nèi)部，分子間距約為r0，分子間引力與斥力大致相等，在表面層，分子間距大于r0，分子間引力大于斥力，合力為引力，即表面張力。 答案：C 歸納小結(jié)：①明確液體表面張力仍然是液體分子間力的作用的表現(xiàn)；②物體分子之間的作用力一定與分子

14、間的距離有關(guān)；③準(zhǔn)確理解基本概念是解物理題的重要前提。 【例6－2】 下列現(xiàn)象中，哪些現(xiàn)象是由于液體的表面張力而引起的(　　) 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 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)，而兩滴水銀的接觸，新棉織品水洗后縮水，小昆蟲能爬在水面上，都將受到液體表面張力的作用。 答案：BCD 【例7－1】 將不同材料制成的甲、乙細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

15、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)生的不是毛細現(xiàn)象，而乙管中發(fā)生的是毛細現(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；毛細現(xiàn)象是指浸潤液體在細管中上升的現(xiàn)象，以及不浸潤的液體在細管中下降的現(xiàn)象，所以C錯；在液體和毛細管材料一定的情況下，管越細毛細現(xiàn)象越明顯，所以D對。 答案：BD 【例7－2】 若液體對某種固體是浸潤的，當(dāng)液體裝在由這種固體物質(zhì)做成的細管中時，則(　　) A．附著層分子密度

16、大于液體內(nèi)分子的密度 B．附著層分子的作用力表現(xiàn)為引力 C．管中的液體一定是凹彎月面的 D．液體跟固體接觸的面積有擴大的趨勢 解析：這首先是浸潤現(xiàn)象，這時固體分子與液體分子間的引力相當(dāng)強，造成附著層內(nèi)分子的分布就比液體內(nèi)部更密，這樣就會使液體分子間出現(xiàn)相互斥力，使液體跟固體接觸的面積有擴大的趨勢。 答案：ACD 8．現(xiàn)實生活中液體的表面張力現(xiàn)象 (1)利用液體表面張力的特點判斷并對一些與生活、生產(chǎn)相結(jié)合的現(xiàn)象進行解釋。 (2)根據(jù)浸潤時表面張力產(chǎn)生的附加壓強指向液體外，不浸潤時產(chǎn)生的附加壓強指向液體內(nèi)的特點判斷毛細現(xiàn)象及液體與固體接觸處的特點。 現(xiàn)實生活中液體的表面張力現(xiàn)

17、象還有很多，例如用棉線制的毛巾容易把手擦干，而用絲綢卻不容易把手擦干，這就是因為棉線浸潤水而絲綢不浸潤，當(dāng)用棉線毛巾擦手時，手上的水分容易沿著棉線形成的毛細管跑到毛巾中；農(nóng)田里如果要保存地下的水分，就要把地面的土壤鋤松，從而減少毛細現(xiàn)象的發(fā)生；縫衣針可以漂浮在水面上；草葉上的露珠呈現(xiàn)圓球形等，都是表面張力作用的結(jié)果。 毛細現(xiàn)象是浸潤液體在毛細管中上升和不浸潤液體在毛細管里下降的現(xiàn)象，是分子力和重力共同作用的結(jié)果。 【例8－1】 下列現(xiàn)象中，主要是表面張力起了作用的是(　　) A．小縫衣針漂浮在水面上 B．木船漂浮在水面上 C．荷葉上的小水珠呈球形 D．慢慢向小酒杯中注水，即使水面稍

18、高出杯口，水仍不會流出來 解析：表面張力和液體浮力不同，表面張力形成的原因是液體表面層的分子力，而浮力產(chǎn)生的原因是浸入液體內(nèi)部的物體上、下表面的壓強差。小縫衣針漂浮在水面上，針并沒有浸入液體中，只受到水表面的作用力，故是表面張力現(xiàn)象，A正確。小船漂浮在水面上，受到的是水的浮力，B錯。表面張力的作用效果可以使液面收縮，C、D正確。 答案：ACD 【例8－2】 由于海水水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)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，在太空軌道上運行的宇宙飛船內(nèi)，水銀在杯子中將呈現(xiàn)下圖所示的怎樣的形狀(　　) 解析：在宇宙飛船內(nèi)完全失重的情況下，由于重力的存在而產(chǎn)生的一切現(xiàn)象隨之消失；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，球形的表面積最小。所以最終水銀會呈現(xiàn)球形，D正確。 答案：D 6