2018-2019版高中物理 第三章 固體和液體 3 液晶 4 液體的表面張力學(xué)案 教科版選修3-3.doc

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3　液　晶 4　液體的表面張力 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.了解液晶的特點(diǎn)及其應(yīng)用.2.了解液體的基本性質(zhì).3.理解液體的微觀結(jié)構(gòu).4.知道液體的表面張力，了解表面張力形成的原因． 一、液晶 1．液晶 (1)液晶態(tài)：處于固態(tài)與液態(tài)之間的過(guò)渡狀態(tài)． (2)液晶：處于液晶態(tài)的物質(zhì)． 2．分子結(jié)構(gòu) 分子排列在液晶中的有序性介于固體和液體之間． 3．液晶顯示 (1)液晶分子的排列會(huì)因外界條件的變化而變化，由此引起液晶光學(xué)性質(zhì)的改變． (2)液晶顯示器的應(yīng)用非常廣泛． 二、液體的微觀結(jié)構(gòu) 1．分子距離：液體不易被壓縮，表明液體分子之間的距離很?。? 2．液體具有流動(dòng)性：液體不像固體那樣具有一定的形狀，而且液體能夠流動(dòng)． 3．分子力：液體分子間的作用力比固體分子間的作用力要?。? 三、奇異的表面張力現(xiàn)象及其成因 1．概念：液體的表面好像張緊的橡皮膜，它具有收縮的趨勢(shì)．液體表面存在的這種收縮力叫做表面張力． 2．特點(diǎn)：使液體的表面積趨向最?。? 3．成因：在液體的表面層分子間距較大，分子間表現(xiàn)為引力． [即學(xué)即用] 1．判斷下列說(shuō)法的正誤． (1)液晶即為液體．() (2)液體之所以不易被壓縮是因?yàn)橐后w分子間無(wú)空隙．() (3)表面張力的作用是使液面具有收縮的趨勢(shì)．(√) (4)表面張力是分子力的宏觀表現(xiàn)．(√) (5)昆蟲可以在水面上自由走動(dòng)是表面張力在起作用．(√) 2．雨傘布料經(jīng)緯線間空隙很小，小水珠落在傘面上由于________的作用，不能透過(guò)空隙． 答案　表面張力 一、液晶 [導(dǎo)學(xué)探究]　液晶是指液態(tài)晶體，這種說(shuō)法對(duì)嗎？ 答案　這種說(shuō)法不對(duì)，液晶不是晶體，只是與某些晶體相似，具有各向異性． [知識(shí)深化] 1．液晶的主要性質(zhì) (1)液晶具有晶體的各向異性． (2)液晶具有液體的流動(dòng)性． (3)液晶分子的排列特點(diǎn)：液晶分子的排列特點(diǎn)是從某個(gè)方向上看液晶分子的排列比較整齊，但是從另一個(gè)方向看，液晶分子的排列是雜亂無(wú)章的． (4)液晶的物理性質(zhì)：液晶的物理性質(zhì)很容易在外界的影響(如電場(chǎng)、壓力、光照、溫度等)下發(fā)生改變． 2．液晶的主要應(yīng)用 (1)向列型液晶在外加電壓影響下，液晶的分子排列會(huì)發(fā)生改變，使液晶由透明變?yōu)椴煌该?，去掉電壓又恢?fù)透明．利用向列型液晶的這種性質(zhì)可以制成各種液晶顯示器． (2)膽甾型液晶在溫度改變時(shí)會(huì)改變顏色．隨著溫度的升高，色彩按紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫的順序變化，溫度下降時(shí)又按相反順序變色，而且靈敏度很高，在不到1℃的溫差內(nèi)就可以顯出整個(gè)色譜．利用液晶的這種溫度效應(yīng)可以探測(cè)溫度． 特別提醒　(1)液晶既具有液體的特點(diǎn)，也具有晶體的特點(diǎn)，但它既不是液體，也不是晶體，它是獨(dú)立于液體和晶體之外的一種特殊流體． (2)天然液晶不多，大多是人工合成的，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)幾千種有機(jī)化合物具有液晶態(tài)． 例1　(多選)關(guān)于液晶的分子排列，下列說(shuō)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)會(huì)引起液晶分子排列的變化 C．液晶分子的排列整齊且穩(wěn)定 D．液晶的物理性質(zhì)穩(wěn)定 答案　AB 解析　液晶分子在特定方向上排列比較整齊，故選項(xiàng)A正確；液晶分子排列不穩(wěn)定，外界條件的微小變動(dòng)會(huì)引起液晶分子排列的變化，故選項(xiàng)B正確，C錯(cuò)誤；液晶分子排列的不穩(wěn)定導(dǎo)致其物理性質(zhì)不穩(wěn)定，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 二、液體的微觀結(jié)構(gòu) [導(dǎo)學(xué)探究]　為什么液體具有一定的體積、不易壓縮，卻沒(méi)有一定的形狀？ 答案　液體微粒像固體的一樣也是緊密靠近的，所以液體具有一定的體積，不易壓縮．但液體微粒之間的相互作用不像固體中的那么強(qiáng)，微粒會(huì)從一個(gè)平衡位置轉(zhuǎn)移到另一個(gè)平衡位置，所以液體具有流動(dòng)性，沒(méi)有一定的形狀． [知識(shí)深化] 1．液體分子之間的相互作用不像固體中的微粒那樣強(qiáng)，液體分子只在很小的區(qū)域內(nèi)做有規(guī)則的排列，這種區(qū)域是暫時(shí)形成的，邊界和大小隨時(shí)改變，有時(shí)瓦解，有時(shí)又重新形成．液體由大量的這種暫時(shí)形成的小區(qū)域構(gòu)成，這種小區(qū)域雜亂無(wú)章地分布著，因而液體表現(xiàn)出各向同性． 2．液體具有一定的體積：液體分子的排列更接近于固體，液體中的分子密集在一起，相互作用力大，主要表現(xiàn)為在平衡位置附近做微小的振動(dòng)，所以液體具有一定的體積，不容易被壓縮． 3．液體分子間的距離小，相互作用力很大，液體分子的熱運(yùn)動(dòng)與固體類似，主要表現(xiàn)為在平衡位置附近做微小的振動(dòng)．但液體分子沒(méi)有長(zhǎng)期固定的平衡位置，在一個(gè)平衡位置附近振動(dòng)一小段時(shí)間以后，又轉(zhuǎn)移到另一個(gè)平衡位置附近去振動(dòng)，即液體分子可以在液體中移動(dòng)，沒(méi)有一定的形狀，這就是液體具有流動(dòng)性的原因． 特別提醒　液體中的擴(kuò)散現(xiàn)象是由液體分子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的．分子在液體里的移動(dòng)比在固體中容易得多，所以液體的擴(kuò)散要比固體的擴(kuò)散快． 例2　關(guān)于液體，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．液體的性質(zhì)介于氣體和固體之間，更接近氣體 B．液體表現(xiàn)出各向異性 C．液體分子的熱運(yùn)動(dòng)與固體類似，主要表現(xiàn)為在固定的平衡位置附近做微小振動(dòng) D．液體的擴(kuò)散比固體的擴(kuò)散快 答案　D 解析　液體分子間距離與固體分子間距離接近，都不易被壓縮，故A錯(cuò)；液體由大量暫時(shí)形成的小區(qū)域構(gòu)成，這種小區(qū)域雜亂無(wú)章的分布著，因而液體表現(xiàn)出各向同性，故B錯(cuò)；液體分子與固體分子都在平衡位置附近做微小振動(dòng)，所不同的是液體分子沒(méi)有固定的平衡位置，故C錯(cuò)；液體的擴(kuò)散要比固體的擴(kuò)散快，故D對(duì)． 三、奇異的表面張力現(xiàn)象及其成因 [導(dǎo)學(xué)探究]　如圖1所示是液體表面附近分子分布的大致情況．請(qǐng)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(diǎn)？ 圖1 答案　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． [知識(shí)深化] 1．液體表面張力的形成 (1)分子分布特點(diǎn)：由于蒸發(fā)現(xiàn)象，表面層分子的分布比液體內(nèi)部稀疏，即表面層分子間的距離比液體內(nèi)部分子間的距離大． (2)分子力特點(diǎn)：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，使液體表面好像一層繃緊的膜．所以說(shuō)表面張力是表面層內(nèi)分子力作用的結(jié)果． (4)表面張力的方向：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2所示． 圖2 2．表面張力的作用：表面張力使液體表面具有收縮趨勢(shì)，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?。绱党龅姆试砼莩是蛐?，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，在失重條件下才呈球形． 3．表面張力的大?。撼烁纸缇€長(zhǎng)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．另外，雜質(zhì)也會(huì)明顯地改變液體的表面張力大?。热鐫崈舻乃泻艽蟮谋砻鎻埩Γ从蟹试硪旱乃谋砻鎻埩捅容^?。簿褪钦f(shuō)，潔凈水的表面具有更大的收縮趨勢(shì)． 特別提醒　(1)表面張力不是指?jìng)€(gè)別分子間的相互引力，而是表面層中大量分子間的引力的宏觀表現(xiàn)．凡液體與氣體接觸的表面都存在表面張力． (2)液體不同層面的分子疏密程度不同． (3)在液體內(nèi)部，引力和斥力大小相近．在液體表面層，整體上表現(xiàn)為引力是液體表面張力產(chǎn)生的原因． 例3　關(guān)于液體的表面張力，下列說(shuō)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B正確，A、C、D錯(cuò)誤． 例4　如圖3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兩部分的肥皂膜刺破，線的形狀將變成下列選項(xiàng)圖中的(　　) 圖3 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(shì)，故C正確. 1.(液晶)(多選)關(guān)于液晶，下列說(shuō)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，但分子的空間排列是不穩(wěn)定的，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；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)． 2．(液體的微觀結(jié)構(gòu))(多選)關(guān)于液體和固體，以下說(shuō)法正確的是(　　) A．液體分子間的相互作用比固體分子間的相互作用強(qiáng) B．液體分子同固體分子一樣，也是密集在一起 C．液體分子的熱運(yùn)動(dòng)沒(méi)有長(zhǎng)期固定的平衡位置 D．液體的擴(kuò)散比固體的擴(kuò)散快 答案　BCD 解析　液體具有一定的體積，是液體分子密集在一起的緣故，但液體分子間的相互作用不像固體分子的那樣強(qiáng)，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；液體具有流動(dòng)性是因?yàn)橐后w分子熱運(yùn)動(dòng)的平衡位置不固定，正是因?yàn)槲⒘Ｔ谝后w里的移動(dòng)比在固體中容易，所以其擴(kuò)散速度比固體的擴(kuò)散速度快，選項(xiàng)C、D均正確． 3．(液體的表面張力)如圖4所示，金屬框上陰影部分表示肥皂膜，它被棉線分割成a、b兩部分．若將肥皂膜的a部分用熱針刺破，棉線的形狀是下圖中的哪一個(gè)(　　) 圖4 答案　D 解析　肥皂膜未被刺破時(shí)，作用在棉線兩側(cè)的表面張力互相平衡，棉線可以有任意形狀．當(dāng)把a(bǔ)部分肥皂膜刺破后，在b部分肥皂膜表面張力的作用下，棉線將被繃緊．又液體表面有收縮到面積最小的趨勢(shì)，正確選項(xiàng)為D. 一、選擇題 考點(diǎn)一　液晶 1．(多選)下列說(shuō)法正確的是(　　) A．液晶與晶體的結(jié)構(gòu)相同 B．液晶與液體的結(jié)構(gòu)相同 C．液晶與晶體、液體的結(jié)構(gòu)均不同 D．液晶在某些性質(zhì)上與晶體相同，在某些性質(zhì)上與液體相同 答案　CD 解析　液晶的結(jié)構(gòu)既不同于晶體結(jié)構(gòu)，也不同于液體結(jié)構(gòu)，故A、B錯(cuò)誤，C正確；液晶在力學(xué)性質(zhì)上與液體相同，具有流動(dòng)性、連續(xù)性，在光學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)上又具有各向異性，因而又具有晶體的某些性質(zhì)，所以D正確． 2．關(guān)于液晶的下列說(shuō)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，在某些方向上分子排列雜亂，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． 3．(多選)關(guān)于晶體、液晶、液體，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．晶體和液晶的性質(zhì)是完全相同的 B．液晶就是液體，具有液體的所有性質(zhì) C．液晶是介于晶體與液體之間的一種中間態(tài) D．液晶具有液體的流動(dòng)性，在光學(xué)性質(zhì)上具有晶體的各向異性 答案　CD 考點(diǎn)二　液體的表面張力 4．關(guān)于液體表面的特征，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．液體表面層的分子分布比內(nèi)部密 B．液體有使其體積收縮到最小的趨勢(shì) C．液體表面層分子之間只有引力而無(wú)斥力 D．液體有使其表面積收縮到最小的趨勢(shì) 答案　D 解析　液體表面層的分子分布比內(nèi)部稀疏，故A錯(cuò)；液體由于表面張力作用，有使其表面積收縮到最小的趨勢(shì)，故B錯(cuò)，D對(duì)；液體表面層分子之間既有引力也有斥力，只是由于分子間距離較大，表現(xiàn)為引力，故C錯(cuò)． 5．液體表面張力產(chǎn)生的原因是(　　) A．液體表面層內(nèi)分子比液體內(nèi)部緊密，分子間斥力大于引力 B．液體表面層內(nèi)分子比液體內(nèi)部緊密，分子間引力大于斥力 C．液體表面層內(nèi)分子比液體內(nèi)部稀疏，分子間引力大于斥力 D．液體表面層內(nèi)分子比液體內(nèi)部稀疏，分子間斥力大于引力 答案　C 解析　液體表面層內(nèi)分子比液體內(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. 6．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．表面張力就是分子力 B．小昆蟲在水面上能自由行走是因?yàn)槠渲亓Υ笮】珊雎圆挥?jì) C．表面張力的方向與液面上的分界線平行 D．液體表面好像張緊的橡皮膜具有收縮趨勢(shì) 答案　D 7．(多選)下列說(shuō)法正確的是(　　) A．小昆蟲能在水面上自由來(lái)往而不陷入水中，是液體的表面張力在起作用 B．小木塊能夠浮于水面上，是液體的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．噴泉噴射到空中的水形成一個(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(guò)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)，木塊的下部分實(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，并不是表面張力在起作用，因此B選項(xiàng)錯(cuò)誤；噴泉噴到空中的水散落時(shí)，每一小部分的表面都有表面張力在起作用，且又近似處于完全失重狀態(tài)，因而形成球狀水珠(體積一定的情況下，球形表面積最小，表面張力的作用使液體表面有收縮到最小面積的趨勢(shì))，故D選項(xiàng)正確． 二、非選擇題 8．(液體的表面張力)試解釋為什么手套被雨水浸濕后很難從手上脫下． 答案　見解析 解析　因?yàn)闈袷痔椎睦w維間的空隙中有水，水跟空氣接觸的表面層具有收縮趨勢(shì)，這種收縮趨勢(shì)使手套纖維間距離縮小，于是手套的表面積減小，使手套緊箍在手上很難脫下．