2024年新教材高中物理2.5液體講義新人教版選擇性必修第三冊

PAGE5．液體核心素養(yǎng)學習目標物理觀念知道表面張力、浸潤、不浸潤、毛細現(xiàn)象及液晶的概念和試驗證據(jù)，并能說明相關的自然現(xiàn)象?？茖W思維理解液體的微觀結(jié)構(gòu)，能說明表面張力、浸潤與不浸潤產(chǎn)生的緣由。駕馭液晶對光學具有各向異性，并能解決相關問題?？茖W探究駕馭探究表面張力和毛細現(xiàn)象的試驗，學會與他人溝通合作，提高動手實力和視察探究實力。科學看法與責任通過對自然現(xiàn)象的分析，體驗科學規(guī)律的應用價值，培育探究科學的愛好。學問點1液體的表面張力1．表面層：液體表面有一層跟氣體接觸的__薄層__，叫作表面層。2．分子力的特點在液體內(nèi)部，分子間的平均距離略小于__r0__，分子間的作用力表現(xiàn)為__斥力__；在表面層，分子比較__稀疏__，分子間距離略大于__r0__，分子間的作用力表現(xiàn)為__引力__。3．表面張力(1)定義：液體表面的這種力使液體表面__繃緊__，叫作液體的表面張力。(2)作用效果：使液體表面具有__收縮趨勢__。說明：表面張力使液體表面收縮到最小。學問點2浸潤和不浸潤1．浸潤和不浸潤(1)一種液體會__潤濕__某種固體并__附著__在固體的表面上，這種現(xiàn)象叫作__浸潤__；一種液體不會潤濕某種固體，也就不會附著在這種固體的表面上，這種現(xiàn)象叫作__不浸潤__。(2)浸潤和不浸潤是__分子力__作用的表現(xiàn)。2．毛細現(xiàn)象(1)毛細現(xiàn)象：浸潤液體在細管中__上升__的現(xiàn)象，以及不浸潤液體在細管中__下降__的現(xiàn)象，稱為毛細現(xiàn)象。(2)毛細管內(nèi)外液面的高度差與毛細管的內(nèi)徑有關，毛細管的內(nèi)徑越小，高度差__越大__。學問點3液晶1．液晶：像液體一樣具有流淌性，而其光學性質(zhì)與某些晶體相像，具有__各向異性__的物質(zhì)叫液晶。這是介于液態(tài)和固態(tài)間的一種中間態(tài)。2．出現(xiàn)液晶態(tài)的條件：液晶是一種特殊物質(zhì)，有些物質(zhì)在特定的__溫度__范圍之內(nèi)具有液晶態(tài)，另一些物質(zhì)，在適當?shù)娜軇┲腥芙鈺r，在肯定__濃度__范圍內(nèi)具有液晶態(tài)。3．液晶的微觀結(jié)構(gòu)：通常__棒狀__分子的物質(zhì)簡單具有液晶態(tài)。探究液體的表面張力┃┃情境導入__■如圖所示是液體表面旁邊分子分布的大致狀況。請結(jié)合圖片思索：液體表面層內(nèi)的分子距離和分子力各有什么特點？提示：液體表面層內(nèi)分子間距大于液體內(nèi)部分子間距；分子力表現(xiàn)為引力。┃┃要點提煉__■對液體表面張力的理解1．液體表面張力的形成(1)分子間距離特點：由于蒸發(fā)覺象，液體表面分子分布比內(nèi)部分子稀疏。(2)分子力特點：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，使液體表面形成一層繃緊的膜。2．表面張力及其作用(1)表面張力的方向和液面相切，垂直于液面上的各條分界線。如圖所示。(2)表面張力的大小與邊界線長度有關，還跟液體的種類、溫度有關。(3)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。在體積相同的狀況下，球形的表面積最小。特殊提示表面張力使液面有收縮的趨勢，故往往會誤認為收縮后r<r0。實質(zhì)上液體表面張力是液體表面層分子間距離大于分子間平衡距離r0時，表現(xiàn)出的分子間的吸引力。┃┃典例剖析__■典例1(多選)以下說法正確的是(AD)A．小昆蟲能在水面上自由來往而不陷入水中是液體表面張力在起作用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．噴泉噴射到空中的水形成一個個球形的小水珠是表面張力作用的結(jié)果解題指導：表面張力使液體表面層像張緊的彈性膜，所以對小昆蟲有彈力，使液滴呈球形。另外要明確表面張力與浮力的區(qū)分。解析：細致視察可以發(fā)覺，小昆蟲在水面上站定或行進過程中，其腿部位置比四周水面稍下陷，但仍在水面上而未陷入水中，就像踩在柔韌性特別好的膜上一樣，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狀況一樣，故A正確，C錯；小木塊浮于水面上時，木塊下部事實上已經(jīng)陷入水中受到水的浮力作用，是浮力與重力平衡的結(jié)果，而非表面張力在起作用，B錯；噴泉噴到空中的水分散時每一小部分的表面都有表面張力在起作用且又處于失重狀態(tài)，因而形成球狀水珠，故D正確。┃┃對點訓練__■1．(多選)關于液體表面張力，下列說法中正確的有(BD)A．甲圖中露珠呈球形，這是地球引力作用的結(jié)果B．乙圖中液體表面層分子間的距離大于液體內(nèi)部分子間的距離，產(chǎn)生表面張力C．丙圖中水黽可以停在水面上，是由于水的浮力作用D．丁圖中液體表面張力方向與液面平行解析：甲圖中露珠呈球形，這是液體表面張力的結(jié)果，故A錯誤；乙圖中液體表面層分子間的距離大于液體內(nèi)部分子間的距離，分子力表現(xiàn)為引力，從而產(chǎn)生表面張力，故B正確；丙圖中水黽可以停在水面上，是由于水的表面張力作用，故C錯誤；表面張力產(chǎn)生在液體表面層，它的方向平行于液體表面，故D正確。探究對浸潤和不浸潤、毛細現(xiàn)象、液晶的分析┃┃情境導入__■日常生活中，假如你細致視察的話，會發(fā)覺水中游禽會時常地用嘴抹擦身上羽毛(如圖所示)你知道為什么嗎？提示：游禽在用嘴把油脂涂到羽毛上，使水不能浸潤羽毛。┃┃要點提煉__■1．附著層內(nèi)分子受力狀況液體和固體接觸時，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．浸潤的成因當固體分子吸引力大于液體內(nèi)部分子吸引力時，附著層內(nèi)液體分子比液體內(nèi)部分子稠密，附著層中分子之間表現(xiàn)為斥力。具有擴展的趨勢，這時表現(xiàn)為液體浸潤固體。3．不浸潤的成因當固體分子吸引力小于液體內(nèi)部分子吸引力時，附著層內(nèi)液體分子比液體內(nèi)部分子稀疏，附著層中分子之間表現(xiàn)為引力。具有收縮的趨勢，這時表現(xiàn)為液體不浸潤固體。4．毛細現(xiàn)象(1)兩種表現(xiàn)：浸潤液體在細管中上升及不浸潤液體在細管中下降。(2)產(chǎn)生緣由毛細現(xiàn)象的產(chǎn)生與表面張力及浸潤現(xiàn)象都有關系。如圖所示，甲是浸潤狀況，此時管內(nèi)液面呈凹形，因為水的表面張力作用，液體會受到一向上的作用力，因而管內(nèi)液面要比管外高；乙是不浸潤狀況，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)液面比管外低。5．液晶液晶是介于液體與固體之間的一種中間態(tài)的物質(zhì)，在特定方向上分子排列整齊，其物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性，另一方向上分子排列是雜亂的，具有液體的特征，所以液晶還具有流淌性，但液晶并不是液體和晶體的混合物。┃┃典例剖析__■典例2(多選)以下各種說法中正確的有(CD)A．因為水銀滴在玻璃上將成橢球狀，所以說水銀是一種不浸潤液體B．由于大氣壓作用，液體在細管中上升或下降的現(xiàn)象稱為毛細現(xiàn)象C．在人造衛(wèi)星中，由于一切物體都處于完全失重狀態(tài)，所以一個固定著的容器中裝有浸潤其器壁的液體時，必需用蓋子蓋緊，否則容器中的液體肯定會沿器壁流散D．當A液體和B固體接觸時，發(fā)生浸潤現(xiàn)象還是發(fā)生不浸潤現(xiàn)象，關鍵取決于B固體分子對附著層A液體分子的吸引力比液體內(nèi)的分子對附著層分子吸引力大些還是小些解題指導：液體和固體接觸時，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。浸潤與不浸潤是兩者合力的表現(xiàn)。解析：水銀不浸潤玻璃，但可能浸潤其他固體，所以A錯；在處于完全失重狀態(tài)的人造衛(wèi)星上，假如液體浸潤其器壁，液體和器壁的附著層就會擴張，沿著器壁流散，故必需蓋緊，C正確；D選項正確說明白發(fā)生浸潤和不浸潤現(xiàn)象的微觀原理，D對；毛細現(xiàn)象是由于液體浸潤固體(細管)引起液體上升及不浸潤固體引起的液體下降的現(xiàn)象，不是大氣壓作用，B錯。┃┃對點訓練__■2．(多選)水對玻璃是浸潤液體而水銀對玻璃是不浸潤液體，它們在毛細管中將產(chǎn)生上升或下降的現(xiàn)象，現(xiàn)把不同粗細的三根毛細管插入水和水銀中，如圖所示，正確的現(xiàn)象應是(AD)解析：浸潤液體在細管中上升或不浸潤體在細管中下降的現(xiàn)象為毛細現(xiàn)象，管子越細，現(xiàn)象越明顯，AD對，BC錯。3．關于液晶的下列說法中正確的是(B)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．全部物質(zhì)在肯定條件下都能成為液晶解析：液晶是某些特殊的有機化合物，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A、C、D錯誤，選項B正確。核心素養(yǎng)提升正確區(qū)分表面張力、液面彈力及浮力浮力的實質(zhì)是物體的下表面與上表面所受的壓力之差。表面張力的實質(zhì)是液體表面層內(nèi)各部分之間的相互吸引力，是分子力的宏觀體現(xiàn)。須要留意的是，表面張力作用于液體的表面層里，并不是作用于液面上的物體上。昆蟲與極細的針漂移于水面上是表面張力在起作用，表面張力使水面上形成一個膜(表面層)，正是這個膜托住了昆蟲與細針，即膜對它們的支持力與其重力平衡。案例我們有時會發(fā)覺，有些硬幣可以浮在水面上，這是因為(D)A．硬幣所受的重力與表面張力和浮力的合力平衡B．硬幣所受的重力與浮力平衡C．硬幣所受的重力與表面張力平衡D．表面張力使水面收縮成“彈性薄膜”，對硬幣產(chǎn)生一個向上的支持力，硬幣所受的重力與支持力平衡解析：這一現(xiàn)象是表面張力作用的結(jié)果。由于硬幣密度大于水的密度，硬幣放入水中易下沉，而硬幣表面由于常常和手接觸，有一層油膜，這一層油膜使硬幣與水不浸潤。將硬幣輕輕放在安靜的水面時，表面張力使水面收縮形成一個膜，正是這個膜托住了硬幣，即膜對硬幣的支持力與硬幣所受的重力平衡。故D正確。1．下列敘述中正確的是(A)A．因液體表面層分子分布比液體內(nèi)部稀疏，分子間相互作用表現(xiàn)為引力B．用粉筆吸干紙上的墨汁，不能用來說明毛細現(xiàn)象C．因為水銀滴在玻璃板上將成橢球狀，所以說水銀是一種不浸潤液體D．液體表面張力總是垂直于液體表面，使液體表面積趨于最小解析：與氣體接觸的液體表面層的分子間距離大于液體內(nèi)部分子間距離，分子力表現(xiàn)為引力，即存在表面張力，故A正確；因為粉筆疏松多孔，所以粉筆吸干紙上的墨汁是利用了毛細現(xiàn)象，故B錯誤；浸潤與不浸潤是由液體和固體共同確定的。液體浸潤固體，附著層面積要擴張，不浸潤固體附著層面積要收縮；水銀不浸潤玻璃，但可能浸潤其他固體，故C錯誤；表面張力跟液面相切，跟這部分液面的分界線垂直，故D錯誤。2．如圖甲所示，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，棉線的形態(tài)是圖乙中的(D)解析：肥皂膜未被刺破時，作用在棉線兩側(cè)的表面張力相互平衡，棉線可以有隨意形態(tài)。當把a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。因液體表面有收縮到面積最小的趨勢，所以棉線被拉成凹的圓弧形態(tài)。正確選項為D。3．(多選)以下關于液晶的說法正確的是(ACD)A．液晶的光學性質(zhì)可以隨溫度、所加電壓的改變而改變B．因為液晶在肯定條件下發(fā)光，所以可以用來做顯示屏C．人體的某些組織中存在液晶結(jié)構(gòu)D．筆記本電腦的彩色顯示器，是因為在液