2019-2020年高中物理 第九章 固體、液體和物態(tài) 第2講 液體學(xué)案 新人教版選修3-3.doc

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2019-2020年高中物理 第九章 固體、液體和物態(tài) 第2講 液體學(xué)案 新人教版選修3-3 [目標(biāo)定位]　1.了解液體表面張力現(xiàn)象.2.能解釋液體表面張力產(chǎn)生的原因.3.了解液體的微觀結(jié)構(gòu)，了解浸潤和不浸潤現(xiàn)象.4.知道液晶的特點(diǎn)及其應(yīng)用. 一、液體的微觀結(jié)構(gòu)和表面張力 1．液體分子之間的距離很小，不易被壓縮． 2．液體分子的熱運(yùn)動(dòng)雖然與固體分子類似，但無長期固定的平衡位置，可在液體中移動(dòng)，因而顯示出流動(dòng)性，且擴(kuò)散比固體快． 3．在液體內(nèi)部，分子間距離在r0左右，在表面層，分子比較稀疏，分子間距大于r0，因此分子間的作用表現(xiàn)為相互吸引．液面各部分間的相互吸引力叫做表面張力． 二、浸潤和不浸潤及毛細(xì)現(xiàn)象 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)象叫做浸潤． 2．不浸潤：一種液體不會(huì)潤濕某種固體也就不會(huì)附著在固體上．這種現(xiàn)象叫做不浸潤． 3．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，稱為毛細(xì)現(xiàn)象． 4．實(shí)驗(yàn)和理論分析都表明，對于一定的液體和一定材質(zhì)的管壁，管的內(nèi)徑越細(xì)，液體所能達(dá)到的高度越高． 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．液晶分子的微觀結(jié)構(gòu) 某個(gè)方向分子排列整齊有規(guī)則，另一方向分子排列雜亂無章． 3．液晶的用途 液晶可以用作顯示元件，在生物醫(yī)學(xué)、電子工業(yè)、航空工業(yè)中都有重要應(yīng)用． 一、液體的微觀結(jié)構(gòu)及表面張力 1．液體的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀特性： 液體中的分子密集排列在一起，所以液體具有一定的體積．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(dòng)性．分子的移動(dòng)比固體分子容易，所以擴(kuò)散比固體要快． 2．液體表面張力的成因分析： (1)由于蒸發(fā)現(xiàn)象，液體表面分子分布比內(nèi)部分子稀疏，因而分子力表現(xiàn)為引力． (2)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． (3)表面張力的方向和液面相切，垂直于液面上的各條分界線，如圖1所示． 圖1 3．表面張力及其作用： (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小．而在體積相同的條件下，球形的表面積最?。?，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　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　液體的表面層由于和氣體接觸，與內(nèi)部情況不同，表面層分子的分布要比內(nèi)部稀疏，分子間就表現(xiàn)為引力，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． 借題發(fā)揮　表面層液體分子間距離大于r0，升溫時(shí)，表面層分子距離增大，要克服分子引力做功，故液體分子勢能增大，而由分子間作用的特點(diǎn)可知表面張力將隨分子間距的增大而減?。? 針對訓(xùn)練　下列關(guān)于液體表面張力的說法中正確的是(　　) A．表面張力的作用是使液體表面伸張 B．表面張力的作用是使液體表面繃緊 C．有些小昆蟲能在水面上自由行走，這是由于水的表面張力的緣故 D．用滴管滴液滴，滴的液滴總近似成球形，這是由于表面張力的緣故 答案　BCD 解析　表面張力的作用效果是使液體表面繃緊，由于表面張力，使小昆蟲站在液面上；由于表面張力使液滴收縮成球形．故正確答案為B、C、D. 二、浸潤和不浸潤及毛細(xì)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)，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)，這時(shí)表現(xiàn)為液體不浸潤固體． 4．毛細(xì)現(xiàn)象 (1)兩種表現(xiàn)：浸潤液體在細(xì)管中上升及不浸潤液體在細(xì)管中下降． (2)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2所示，甲是浸潤情況，此時(shí)管內(nèi)液面呈凹形，因?yàn)樗谋砻鎻埩ψ饔?，液體會(huì)受到一向上的作用力，因而管內(nèi)液面(b)要比管外(a)高；乙是不浸潤情況，管內(nèi)液面呈凸形，表面張力的作用使液體受到一向下的力，因而管內(nèi)液面(d)比管外(c)低． 圖2 溫馨提示　同一種固體，對于有些液體浸潤，有些液體不浸潤；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．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． 例2　將不同材料制成的甲、乙細(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(cuò)，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(cuò)；在液體和毛細(xì)管材料一定的情況下，管越細(xì)毛細(xì)現(xiàn)象越明顯，所以D對． 借題發(fā)揮　浸潤是固體分子對液體分子的引力大于液體分子之間的引力，使附著層內(nèi)分子的分布比液體內(nèi)部更密，使液體跟固體的接觸面有擴(kuò)大的趨勢．不浸潤是固體分子對液體分子的引力小于液體分子之間的引力，使附著層內(nèi)分子的分布比液體內(nèi)部更稀疏，由于表面張力使液體跟固體的接觸面有收縮的趨勢．毛細(xì)現(xiàn)象是指浸潤液體在細(xì)管中上升的現(xiàn)象，以及不浸潤的液體在細(xì)管中下降的現(xiàn)象． 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(qiáng) B．附著層里液體分子間的引力強(qiáng) 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(qiáng) 答案　C 解析　 三、液晶 1．液晶 某些化合物像液體一樣具有流動(dòng)性，而其光學(xué)性質(zhì)與某些晶體相似，具有各向異性，于是取名液晶． 2．液晶的特點(diǎn) 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． 3．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． 4．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． 例4　下列關(guān)于液晶的說法中正確的是(　　) A．液晶是液體和晶體的混合物 B．液晶分子在特定方向排列比較整齊 C．電子手表中的液晶在外加電壓的影響下，能夠發(fā)光 D．所有物質(zhì)在一定條件下都能成為液晶 答案　B 解析　液晶是某些特殊的有機(jī)化合物，在某些方向上分子排列規(guī)則，某些方向上雜亂，液晶本身不能發(fā)光，所以選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)，選項(xiàng)B正確． 借題發(fā)揮　(1)液晶是既有流動(dòng)性和連續(xù)性，又具有各向異性的流體． (2)向外型液晶在外加電壓下會(huì)由透明變?yōu)椴煌该鳎壕П旧聿粫?huì)發(fā)光． 液體的表面張力 1．下列關(guān)于液體表面張力的說法中，正確的是(　　) A．液體表面張力的存在，使得表面層內(nèi)分子的分布比內(nèi)部要密些 B．液體表面層分子間的距離大于液體內(nèi)部分子間的距離，從而表現(xiàn)為引力，因而產(chǎn)生表面張力 C．液體表面層分子間只有引力而無斥力是產(chǎn)生表面張力的原因 D．表面張力使液體表面有收縮到最小面積的趨勢 答案　BD 浸潤和不浸潤及毛細(xì)現(xiàn)象 2．關(guān)于浸潤和不浸潤及毛細(xì)現(xiàn)象，下列說法中正確的是(　　) A．水銀是浸潤液體，水是不浸潤液體 B．在內(nèi)徑小的容器里，如果液體能浸潤容器壁，則液面成凹形，且液體在容器內(nèi)上升 C．如果固體分子對液體分子的引力較弱，就會(huì)形成浸潤現(xiàn)象 D．在人造衛(wèi)星中，由于一切物體都處于完全失重狀態(tài)，所以一個(gè)固定著的容器中裝有浸潤其器壁的液體時(shí)，必須用蓋子蓋緊，否則容器中液體一定會(huì)沿器壁流散 答案　BD 解析　液體對固體是否發(fā)生浸潤現(xiàn)象，是由液體和固體共同決定的，A錯(cuò)；如果液體浸潤容器壁就會(huì)形成凹面，且液體在容器中上升，B對；如果固體分子對液體表面層分子的引力大于液體內(nèi)部分子的引力，附著層內(nèi)的分子較密，分子力表現(xiàn)為斥力，會(huì)看到液體的浸潤現(xiàn)象，C錯(cuò)；在處于完全失重狀態(tài)的人造衛(wèi)星上，如果液體浸潤器壁，液體和器壁的附著層就會(huì)擴(kuò)張，沿著器壁流散，故必須蓋緊，D正確． 3．用內(nèi)徑很小的玻璃管做成的水銀氣壓計(jì)，其讀數(shù)比實(shí)際氣壓(　　) A．偏大 B．偏小 C．相同 D．無法解釋 答案　B 解析　因?yàn)樗y不浸潤玻璃，所以玻璃管中的水銀呈凸形；因?yàn)椴ＡЧ芎芗?xì)，會(huì)發(fā)生毛細(xì)現(xiàn)象，使水銀柱下降，所以氣壓計(jì)的讀數(shù)應(yīng)比實(shí)際氣壓偏小，選項(xiàng)B正確． 液晶及微觀解釋 4．關(guān)于液晶分子的排列，下列說法正確的是(　　) A．液晶分子在特定方向排列整齊 B．液晶分子的排列不穩(wěn)定，外界條件的微小變動(dòng)都會(huì)引起液晶分子排列的變化 C．液晶分子的排列整齊而穩(wěn)定 D．液晶的物理性質(zhì)穩(wěn)定 答案　AB 解析　液晶分子的排列是不穩(wěn)定的，外界條件的微小變動(dòng)都會(huì)引起液晶分子排列的變化，從而改變其某些性質(zhì)，例如：溫度、壓力、摩擦、電磁作用、容器表面的差異性等，都可以改變液晶的光學(xué)性質(zhì)，即物理性質(zhì)，故A、B正確． (時(shí)間：60分鐘) 題組一　液體及液體表面張力 1．下列關(guān)于液體的說法中正確的是(　　) A．非晶體的結(jié)構(gòu)跟液體非常類似，可以看做是粘滯性極大的液體 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 答案　AB 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(cuò)；金屬汞在常溫下就是液體，故D錯(cuò)． 2．液體表面張力產(chǎn)生的原因是(　　) A．液體表面層分子較緊密，分子間引力大于引力 B．液體表面層分子較緊密，分子間引力大于斥力 C．液體表面層分子較稀疏，分子間引力大于斥力 D．液體表面層分子較稀疏，分子間斥力大于引力 答案　C 解析　液體表面層內(nèi)分子比內(nèi)部稀疏．液體表面層內(nèi)分子間的相互作用表現(xiàn)為引力，即分子間的引力比斥力大，故正確答案為C. 3．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)部分子間的相互作用力 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．不論是水還是水銀，表面張力都會(huì)使表面收縮 D．表面張力的方向與液面垂直 答案　BC 解析　液體表面層內(nèi)分子較液體內(nèi)部稀疏，故分子力表現(xiàn)為引力，表面張力的作用使液面具有收縮的趨勢，其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分子間的作用力．故B、C正確，A、D錯(cuò)誤． 4．下列現(xiàn)象中，由于液體的表面張力而引起的是(　　) A．小昆蟲能在水面上自由來往而不陷入水中靠的是液體的表面張力作用 B．小木塊能夠浮于水面上是液體表面張力與其重力平衡的結(jié)果 C．縫衣針浮在水面上不下沉是重力和水的浮力平衡的結(jié)果 D．噴泉噴射到空中形成一個(gè)個(gè)球形的小水珠是表面張力作用的結(jié)果 答案　AD 解析　仔細(xì)觀察可以發(fā)現(xiàn)，小昆蟲在水面上站定或行進(jìn)過程中，其腳部位置比周圍水面稍下陷，但仍在水面上而未陷入水中，就像踩在柔韌性非常好的膜上一樣，因此，這是液體的表面張力在起作用，浮在水面上的縫衣針與小昆蟲情況一樣，故A選項(xiàng)正確，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；小木塊浮于水面上時(shí)，木塊的下部實(shí)際上已經(jīng)陷入水中(排開一部分水)受到水的浮力作用，是浮力與重力平衡的結(jié)果，而非表面張力在起作用，故B選項(xiàng)錯(cuò)誤；噴泉噴到空中的水分散時(shí)，每一小部分的表面都有表面張力在起作用且水處于完全失重狀態(tài)，因而形成球狀水珠(體積一定情況下以球形表面積為最小，表面張力的作用使液體表面有收縮到最小面積的趨勢)，故D選項(xiàng)正確． 5．下列現(xiàn)象中，哪些是液體的表面張力所造成的(　　) A．兩滴水銀相接觸，立即會(huì)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 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，跟各種模型有關(guān)，并非表面張力造成的，故本題選A、B、D. 6．如圖1所示，金屬框架的A、B間系一個(gè)棉線圈，先使框架布滿肥皂膜，然后將P和Q兩部分肥皂膜刺破，線的形狀將變成下圖中的(　　) 圖1 答案　C 7．如圖所示，玻璃燒杯中盛有少許水銀，在太空軌道上運(yùn)行的宇宙飛船內(nèi)，水銀在燒杯中呈怎樣的形狀(　　) 答案　D 解析　因?yàn)樗y不浸潤玻璃，所以在完全失重的情況下，水銀的形狀只由表面張力決定．因?yàn)楸砻鎻埩ψ饔孟滤y的表面要收縮至最小，所以最終水銀成球形． 題組二　浸潤、不浸潤及毛細(xì)現(xiàn)象 8．對于液體在器壁附近的液面發(fā)生彎曲的現(xiàn)象，如圖2所示，對此有下列幾種解釋，其中正確的是(　　) 圖2 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?、堍驁D中附著層分子的分布比液體內(nèi)部疏 A．只有①對 B．只有①③④對 C．只有③④對 D．全對 答案　B 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． 9．把極細(xì)的玻璃管插入水中與水銀中，如圖所示，正確表示毛細(xì)現(xiàn)象的是(　　) 答案　AC 解析　因?yàn)樗芙櫜ＡВ訟正確，B錯(cuò)誤；水銀不浸潤玻璃，C正確；D中外面浸潤，里面不浸潤，所以是不可能的，D錯(cuò)誤．故正確選項(xiàng)為A、C. 10．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 答案　AB 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，所以同一液體對不同的固體，有的可能發(fā)生浸潤現(xiàn)象，有的可能發(fā)生不浸潤現(xiàn)象，這與液體和固體的分子作用力有關(guān)．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． 11．在水中浸入兩個(gè)同樣細(xì)的毛細(xì)管，一個(gè)是直的，另一個(gè)是彎的，如圖3所示，水在直管中上升的高度比彎管的最高點(diǎn)還要高，那么彎管中的水將(　　) 圖3 A．會(huì)不斷地流出 B．不會(huì)流出 C．不一定會(huì)流出 D．無法判斷會(huì)不會(huì)流出 答案　B 解析　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，從直管中水柱上升的高度可以看出，水的表面張力完全可以使彎管中的水不流出． 12．兩個(gè)完全相同的空心玻璃球殼，其中一個(gè)盛有一半體積的水，另一個(gè)盛有一半體積的水銀，將它們封閉起來用航天飛機(jī)送到繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的空間實(shí)驗(yàn)站中，在如圖4所示的四個(gè)圖中(圖中箭頭指向地球中心，陰影部分為水或水銀)． 圖4 (1)水在玻璃球殼中分布的情況，可能是________圖． (2)水銀在玻璃球殼中分布的情況，可能是________圖．說明理由． 答案　(1)C　(2)B　理由見解析 解析?、倮@地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的空間實(shí)驗(yàn)站中，球殼和其中的水、水銀均處于完全失重狀態(tài)．②水浸潤玻璃，附著層有擴(kuò)大的趨勢；水銀不浸潤玻璃，附著層有收縮的趨勢．③水和水銀跟氣體(空氣或其他氣體)接觸的表面層都有收縮(使表面積最小)的趨勢． 題組三　液晶 13．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)介于晶體和液體之間，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；外界條件的微小變化都會(huì)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(shí)，都會(huì)改變液晶的光學(xué)性質(zhì)． 14．下列說法中正確的是(　　) A．液晶的分子排列與固態(tài)相同 B．液晶的分子排列與液態(tài)相同 C．液晶的物理性質(zhì)很容易在外界的影響下發(fā)生改變 D．所有物質(zhì)都具有液晶體 答案　C 解析　液晶是介于固態(tài)和液態(tài)之間的中間態(tài)，其分子排列介于二者之間，并且排列是不穩(wěn)定的，容易在外界影響下發(fā)生改變，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)不是所有物質(zhì)都具有液晶態(tài)，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確．