5.液体-【金版新学案】2024-2025学年高中物理选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019）

5．液体 【素养目标】　1.了解液体的表面张力，能从分子动理论的角度解释表面张力形成的原因，提升分析解释的能力。 2．能解释浸润和不浸润产生的原因，知道物质的宏观性质是由其微观结构决定的，从微观角度解释宏观现象，提升关联整合的能力。3.知道毛细现象产生的原因，了解毛细现象的应用，提升迁移应用的能力。 知识点一　液体的表面张力 [情境导学]　如图所示，鸭子、水黾、硬币都能在水面上不下沉，它们浮在水面上的原理相同吗？ 提示：不同。鸭子浮在水面上不下沉是水的浮力与重力作用的结果；水黾、硬币能浮在水面上不下沉是液体的表面张力与重力作用的结果。 (阅读教材P36—P37完成下列填空) 1．表面层：液体表面有一层跟气体接触的薄层，叫作表面层。 2．分子力的特点 在液体内部，分子间平均距离r略小于r0，分子间的作用力表现为斥力；在表面层，分子比较稀疏，分子间距离r略大于r0，分子间的作用力表现为引力。 3．液体的表面张力 (1)定义：使液体表面绷紧的力叫作液体的表面张力。 (2)作用效果：使液体表面具有收缩的趋势。 (3)力的方向：总是跟液面相切，且与分界线垂直。 [问题探究] 1．把一根棉线的两端分别系在铁丝环的两侧，使它处于略为松弛的状态。然后将铁丝环浸入肥皂液里，再拿出来时环上就留下了一层肥皂液的薄膜。这时薄膜上的棉线仍是松弛的(如图甲所示)。用烧热的针刺破棉线某一侧的薄膜，观察薄膜和棉线发生的变化(如图乙、丙所示)，由此说明表面张力有什么作用效果？ 提示：使液体表面具有收缩的趋势。 2．把一个棉线圈系在铁丝环上，使环上布满肥皂液的薄膜，这时膜上的棉线圈仍是松驰的(如图丁所示)。用烧热的针刺破棉线圈里的薄膜，观察棉线圈外的薄膜和棉线圈发生的变化(如图戊所示)。 如图己为我国航天员王亚平太空授课时的水球实学生用书第60页验，如图庚为挂在草叶上的水珠成球形。(根据数学知识可知：在周长一定时，圆形的面积最大；在体积相同的条件下，球体的表面积最小。)图戊、图己、图庚进一步说明了表面张力有什么作用效果？ 提示：使液体表面积收缩到最小的趋势。 (多选)如图所示，关于液体表面张力，下列说法正确的有(　　 ) A．图甲中露珠呈球形，这是地球引力作用的结果 B．图乙中液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，产生表面张力 C．图丙中水黾可以停在水面上，是由于水的浮力作用 D．图丁中液体表面张力方向与液面相切 答案：BD 解析：题图甲中露珠呈球形，这是液体表面张力作用的结果，A错误；题图乙中液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，分子间作用力表现为引力，从而产生表面张力，B正确；题图丙中水黾可以停在水面上，是由于水的表面张力作用，C错误；表面张力产生在液体表面层，它的方向与液面相切，且与分界面垂直，D正确。 1．液体表面张力的成因分析 (1)表面层分子间距离的特点：由于蒸发现象，液体表面层分子分布比内部稀疏。 (2)分子力的特点：液体内部分子间距离较小，分子力表现为斥力；而液体表面层分子间距离较大，分子力表现为引力。 2．表面张力的特点 (1)表面张力是液体分子间作用力的宏观表现。 (2)大小：由分界线的长度、液体的种类、纯净度和温度等因素来决定。 (3)方向：表面张力的方向和液面相切，垂直于分界线。 (4)作用效果：表面张力使液体表面具有收缩的趋势，而且使液体表面积趋于最小。　　 针对练．下列说法正确的是(　　) A．把一枚缝衣针轻放在水面上，它会浮在水面上，这是由于针与水分子间存在斥力的缘故 B．在处于失重状态的宇宙飞船中，一大滴水银会成球状，是因为液体内分子间有相互吸引力 C．将玻璃管道裂口放在火上烧，它的尖端就变圆，是因为熔化的玻璃在表面张力的作用下，表面要收缩到最小的缘故 D．漂浮在热菜汤表面上的油滴，从上面观察是圆形的，是因为油滴液体呈各向同性的缘故 答案：C 解析：把缝衣针小心地放在水面上，针可以把水面压弯而不沉没，是由于表面张力作用，而不是受到液体浮力的缘故，故A错误；在处于失重状态的宇宙飞船中，由于液体表面层分子间有相互吸引力，产生表面张力，使水银表面收缩而成为球状，故B错误；玻璃管道裂口放在火上烧熔，熔化的玻璃在表面张力的作用下收缩到最小，从而变圆，故C正确；飘浮在热菜汤表面上的油滴，从上面观察是圆形的，是由于表面张力的原因，故D错误。故选C。 知识点二　浸润和不浸润 [情境导学]　如图甲所示，将水滴在洁净的玻璃板上，水滴会逐渐散开并附着在玻璃板上；如图乙所示，将水滴在涂了蜡的玻璃板上，水滴可以在蜡面上滚来滚去，而不能附着在蜡面上。这说明了什么？ 提示：水可以润湿玻璃，但水不能润湿蜡。 (阅读教材P37—P39完成下列填空) 1．浸润 一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上，这种现象叫作浸润。 学生用书第61页 2.不浸润 一种液体不会润湿某种固体，也就不会附着在这种固体的表面，这种现象叫作不浸润。 3．毛细现象 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。 [问题探究]1．如图所示，A管中装的是水银，B管中装的是水。A管中的水银面是凸面，B管中的水面是凹面，是什么原因？ 提示：A管中的水银面是凸面是因为水银不浸润玻璃，B管中的水面是凹面是因为水浸润玻璃。 2．如图所示，在灌溉完土地后农民伯伯往往利用锄松地表土壤的方法来保存土壤里的水分，你知道这是为什么吗？ 提示：把地表土壤锄松，破坏了土壤表层的毛细管，地下的水分就不会沿毛细管上升到地面而被蒸发掉。 角度一　对浸润与不浸润现象的理解 对于液体在器壁附近的液面发生弯曲的现象，如图所示，对此有下列几种解释，其中正确的是(　　 ) 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：由于蒸发作用，液体表面分子密度较小，液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，故液体表面层分子力表现为引力，题图Ⅰ、Ⅱ中表面层分子的分布比液体内部疏，故①正确，②错误；题图Ⅰ中附着层内分子比液体内部分子密，表现为浸润，题图Ⅱ中附着层内分子比液体内部分子疏，表现为不浸润，故③④正确，故B正确。 浸润和不浸润现象成因的分析 1．附着层内分子受力情况：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：当固体分子的吸引力大于液体内部分子间作用力时，附着层内液体分子比液体内部分子稠密，附着层中分子间作用力表现为斥力，具有扩张的趋势，这时表现为液体浸润固体。 3．不浸润的成因：当固体分子的吸引力小于液体内部分子间作用力时，附着层内液体分子比液体内部分子稀疏，附着层中分子间作用力表现为引力，具有收缩的趋势，这时表现为液体不浸润固体。　　 针对练．“白露暧秋色，月明清漏中”，描写的是我国古代诗人对露珠的观察和感悟。根据所学物理知识，下列对露珠形成的主要原因说法正确的是(　　) A．液体表面层的分子比液体内部稀疏，表面层的分子之间互相吸引 B．液体表面层的分子比液体内部密集，表面层的分子之间互相排斥 C．液体表面层的分子比液体内部稀疏，表面层的分子之间互相排斥 D．液体表面层的分子比液体内部密集，表面层的分子之间互相吸引 答案：A 解析：对于露珠，液体表面层分子分布比液体内部稀疏，则分子引力大于分子斥力，分子间相互作用力表现为引力，即表面层的分子之间互相吸引，A正确。 角度二　对毛细现象的理解 (多选)水对玻璃是浸润液体而水银对玻璃是不浸润液体，它们在毛细管中将产生上升或下降的现象，现把三根不同粗细的毛细管插入水和水银中，如图所示，正确的现象应是(　　) 答案：AD 解析：浸润液体在毛细管中上升或不浸润液体在毛细管中下降的现象均为毛细现象，毛细管越细，毛细现象越明显，A、D正确，B、C错误。 学生用书第62页 毛细现象的理解 1．两种表现：浸润液体在细管中上升，不浸润液体在细管中下降。 2．产生原因：毛细现象的产生与表面张力及浸润现象都有关系。如图甲是浸润情况，此时管内液面呈凹形，因为液体的表面张力作用，液体会受到一向上的作用力，因而管内液面比管外高；如图乙是不浸润情况，管内液面呈凸形，表面张力的作用使液体受到一向下的作用力，因而管内液面比管外低。 　　 针对练．(多选)同一种液体，滴在A固体的表面时，出现如图甲所示的情况；当把B毛细管插入这种液体时，液面出现如图乙所示的情况。若A固体和B毛细管都很干净，则(　　 ) A．A固体和B毛细管可能是同种材料 B．A固体和B毛细管一定不是同种材料 C．A固体的分子对液体附着层内分子的引力比B毛细管的分子对液体附着层内分子的引力小些 D．液体对B毛细管浸润 答案：BCD 解析：由题图所示现象可知，该液体对A固体不浸润，对B毛细管浸润，所以A、B一定不是同种材料，A错误，B、D正确；根据浸润与不浸润的特点可知，浸润时，附着层内的分子引力小于固体对分子的引力；而不浸润时，附着层内的分子引力大于固体对分子的引力，所以A固体的分子对液体附着层内分子的引力比B毛细管的分子对液体附着层内分子的引力小些，C正确。 知识点三　液晶 [情境导学]　我们经常接触到的有液晶手表、液晶电视，可以说我们的生活已经离不开液晶产品，那么，液晶是液体或者晶体吗？ 提示：液晶既不是液体也不是晶体。 (阅读教材P39—P40完成下列填空) 1．液晶：介于固态和液态之间的一种物质状态。 2．特点 (1)液晶态既具有液体的流动性，又在一定程度上具有晶体分子的规则排列的性质。 (2)分子取向排列的液晶具有光学各向异性。 [问题探究]　液晶电视是我们日常家电之一。它宽广的画面可以呈现给人以身临其境的真实感。液晶作为显示元件，请简析其原理。 提示：液晶可用作显示元件，是因为在外加电压的影响下，液晶分子排列会发生改变，使液晶由透明变为不透明，去掉电压又恢复透明。控制电压，就可以让液晶像闸门一样阻隔光线，或让光线穿过，其作用相当于光开关，利用液晶的这种性质可制造各种液晶显示屏。 (多选)液晶电视的关键部件是液晶层，下列关于液晶电视的液晶层工作原理的说法正确的是(　　) A．液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性 B．液晶的光学性质随温度的变化而变化 C．液晶的光学性质随外加电压的变化而变化 D．利用了液晶对光具有各向异性的特点 答案：CD 解析：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，故A错误；外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化，从而改变液晶的某些性质。温度、压力、外加电压等因素变化时，都会改变液晶的光学性质。液晶电视依据的是液晶的光学性质随外加电压的变化而变化，故C正确，B错误；液晶电视就是利用了液晶对光具有各向异性的特点，故D正确。 1．液晶的特点 (1)位置无序使它像液体一样具有流动性，而排列有序使它像晶体一样具有各向异性。 (2)液晶的物理性质容易在外界的影响(如电场、摩擦、容器的表面差异、压力、温度)下发生改变。 2．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，但从另一个方向上看，液晶分子的排列是杂乱无章的。 学生用书第63页 3.液晶的应用 (1)液晶显示器。 (2)利用温度改变时液晶颜色会发生改变的性质来探测温度。 (3)液晶在电子工业、航空工业、生命科学等领域有广泛应用。　　 针对练．关于液晶，下列说法正确的是(　　 ) A．液晶是液体和晶体的混合物 B．所有物质都具有液晶态 C．液晶的光学性质与某些晶体相似，具有各向异性 D．电子手表中的液晶在外加电压的影响下，本身能够发光 答案：C 解析：液晶是介于固态和液态之间的一种物质状态，不是液体和晶体的混合物，A错误；只有部分物质具有液晶态，B错误；液晶的光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，C正确；电子手表中的液晶在外加电压的影响下，由透明变浑浊，但本身不能发光，D错误。 1．2022 年3月23日，天宫空间站上的宇航员做了一个“液桥”实验。将水分别挤在两块透明板上，水球状似倒扣着的碗，如图甲所示。将两板慢慢靠近，两个水球“碗底”挨“碗底”，形成一座中间细、两头粗的“液桥”将两块板相连，如图乙所示；再将两板拉远，液桥变得更细、更长，仍然没有断开。下列说法正确的是(　　) A．日常生活中地球上不可能有“液桥”现象 B．由图甲可以推断水和透明板是不浸润的 C．液体表面张力有使液体表面积扩大的趋势 D．液桥形成的根本原因是水的表面张力的作用 答案：D 解析：“液桥”形成的根本原因是水的表面张力的作用，在地球上也可以有“液桥”现象，A错误，D正确；水能附着在透明玻璃板上，由此可推断水和透明玻璃板是浸润的，B错误；液体表面层分子间距离大于内部分子间距离，表现为引力，有使液体表面积缩小的趋势，C错误。故选D。 2．(多选)(鲁科版选择性必修第三册·P47·T4)下列说法正确的是(　　) A．把一枚针轻放在水面上，它会漂在水面，因为水表面存在表面张力 B．水在涂有油脂的玻璃上能形成水珠，在洁净的玻璃上却不能，因为油脂使水的表面张力增大 C．在围绕地球飞行的宇宙飞船中，自由飘着的水滴呈球形，这是表面张力作用的结果 D．毛细管中的液面有的升高，有的降低，这与液体种类和毛细管材质有关 答案：ACD 解析：把一枚针轻放在水面上，它会浮在水面，这是由于水表面存在表面张力的缘故，故A正确；由于油脂将水及玻璃隔开，而水与油脂是不浸润的，水和玻璃是浸润的，故水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠，而在干净的玻璃板上却不能，故B错误；在围绕地球飞行的宇宙飞船中，自由漂浮的水滴处于完全失重状态，水滴由于表面张力的原因而呈球形，故C正确；若液体与毛细管浸润，毛细管内的液面升高，若不浸润，则液面降低，故毛细管中的液面有的升高，有的降低，与液体的种类和毛细管的材质有关，故D正确。故选ACD。 3.两端开口的洁净玻璃管竖直插入液体中，管中液面被阴影部分挡住了。下列说法正确的是(　　) A．该液体对玻璃是浸润的 B．管中阴影部分液面一定是向上凸起的 C．减小管的直径，管中液面会上升 D．液体和玻璃间的相互作用比液体分子间的相互作用强 答案：B 解析：根据题图可知，液体与玻璃的附着层沿固体表面收缩，则该液体对玻璃是不浸润的，故A错误；不浸润时管内液面是向上凸起的，故B正确；不浸润时，减小管的直径，管中液面会下降，故C错误；在不浸润现象中，液体和固体间的相互作用比液体分子间的相互作用弱，故D错误。故选B。 4．(多选)液晶在现代生活中扮演着重要的角色，下列对于液晶的认识，正确的是(　　) A．液晶就是固态和液态的混合物 B．液晶具有各向异性的性质 C．液晶既有液体的流动性，又有晶体的各向异性 D．天然存在的液晶很多，如果这种物质是液晶，那么它在任何条件下都是液晶 答案：BC 解析：液晶是介于液态与固态之间的一种物质状态，不是固态与液态的混合物，故A错误；液晶是像液体一样可以流动，又具有某些晶体结构特征的一类物质，所以液晶的光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，故B、C正确；天然存在的液晶并不多，多数液晶是人工合成的，如果这种物质是液晶，那么它在加热的条件下可能变成液体，故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$