第2章 5.液体-【名师导航】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册同步讲义(人教版)

5．液体 1．知道液体的表面张力，了解表面张力形成的原因。 2．了解浸润和不浸润现象，知道毛细现象及形成的原因。 3．了解液晶的主要性质，知道液晶在显示技术中的应用。 　液体的表面张力 1．表面层：液体表面的一层跟气体接触的薄层。在表面层，分子的距离r略大于r0，分子间的作用力表现为引力。 2．表面张力：由于表面层分子分布比较稀疏，分子间的作用力表现为相互吸引而使液体表面绷紧的力。 3．方向：和液面相切，且与分界面垂直，如图所示。 4．作用效果：使液面具有收缩的趋势。 提醒：表面张力是根据效果命名的力，是液体表面层内大量分子力的宏观表现。 如图甲所示，金属框上阴影部分表示肥皂膜。它被棉线分割成a、b两部分。 【问题】 若将肥皂膜的a部分用烧热的针刺破，棉线的形状是图乙中的哪一个？为什么？ 提示：D。肥皂膜未被刺破时，作用在棉线两侧的表面张力互相平衡，棉线可以有任意形状。当把a侧肥皂膜刺破时，在b部分肥皂膜表面张力的作用下，棉线被绷紧，因液体表面有收缩到面积最小的趋势，所以棉线被拉成凹的圆弧形状。 1．液体分子分布特点：由于蒸发现象，液体表面层分子的分布比液体内部稀疏，即表面层分子间的距离比液体内部分子间的距离大。 2．分子力特点：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，而液体表面层分子之间距离r略大于r0，分子间的作用力表现为引力。 3．表面特性：表面层分子之间的引力使液面产生了表面张力，使液体表面好像一层绷紧的膜。所以说表面张力是液体表面层分子间的作用力作用的结果。 4．表面张力的方向：表面张力的方向和液面相切，如图所示。 5．表面张力的作用：表面张力使液体表面具有收缩趋势，使液体表面积趋于最小，而在体积相同的条件下，球形的表面积最小。 例如，吹出的肥皂泡呈球形，滴在洁净玻璃板上的水银滴呈球形，但由于受重力的影响，往往呈扁球形，在失重条件下才呈完美的球形。 【典例1】　(多选)(2022·广东韶关期中)如图所示，关于液体表面张力，下列说法正确的有(　　) A.甲图中露珠呈球形，这是地球引力作用的结果 B．乙图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．丙图中水黾可以停在水面上，是由于水的浮力作用 D．丁图中液体表面张力方向与液面相切 BD　[甲图中露珠呈球形，这是液体表面张力作用的结果，A错误；乙图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；丙图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。] [跟进训练] 1．(2022·江苏泰州高三期末)2021年12月9日，我国航天员在空间站成功进行了太空授课。实验时航天员从注射器中挤出一滴水，水滴在空中的形状是(　　) A　　　　B　　 　　C　　　　　D A　[空间站中水滴处于完全失重状态，则在水的表面张力作用下，水滴在空中应该呈现球形，故选A。] 　浸润和不浸润 1．浸润和不浸润 (1)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；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上，这种现象叫作不浸润。 (2)浸润和不浸润是分子力作用的表现。 2．毛细现象 (1)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。 (2)毛细管内外液面的高度差与毛细管的内径有关，毛细管的内径越小，高度差越大。 【问题】 (1)把两块玻璃分别浸入水和水银里再取出来，可观察到从水银中取出的玻璃上没有附着水银，从水中取出的玻璃上会沾上一层水。为什么会出现上述不同的现象呢？ (2)如图所示，在灌溉完土地后农民伯伯往往利用翻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：(1)水银不浸润玻璃，而水浸润玻璃。 (2)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，保存地下的水分。 1．浸润和不浸润现象成因分析 (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：当固体分子对液体分子的吸引力大于液体内部分子力时，附着层内液体分子比液体内部分子稠密，附着层中分子之间表现为斥力，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：当固体分子对液体分子的吸引力小于液体内部分子力时，附着层内液体分子比液体内部分子稀疏，附着层中分子之间表现为引力，具有收缩的趋势，这时表现为液体不浸润固体。 2．毛细现象 (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。如图所示，甲是浸润情况，此时管内液面呈凹形，因为水的表面张力作用，液体会受到一向上的作用力，因而管内液面要比管外高；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力，因而管内液面比管外低。 【典例2】　(2022·江苏东海教育局教研室高二期中)小明发现倒酱油的时候总会有一些酱油沿着瓶口流到瓶子外面，他认为如果选用合适的瓶口材料就能保持瓶子清洁。如图所示是酱油滴在两种材料表面的油滴形状，下列说法正确的是(　　) A．酱油滴与甲材料不浸润 B．酱油滴与乙材料浸润 C．酱油瓶口的材料选用乙材料较合适 D．水银在两种材料表面的形状一定与酱油滴形状相同 C　[只要选择酱油不浸润的材料做酱油瓶就能保持瓶子清洁，从题图示的情况可以看出酱油与甲材料是浸润的，与乙材料是不浸润的，所以应该选择乙材料，选项A、B错误，C正确；液体在某种材料表面的形状不但与浸润和不浸润有关，而且与液体的体积有关，即使是浸润的，液滴的体积不同其形状也不同，所以无法确定水银在两种材料表面的形状是否与酱油滴的形状相同，选项D错误。] [跟进训练] 2．(2022·江苏南通高二期中)如图所示是分别装有水和水银的两个玻璃杯，下列说法正确的是(　　) A．水不浸润玻璃 B．水银浸润玻璃 C．水的表面层中的水分子之间的作用力表现为引力 D．水银的表面层中的水银分子之间的作用力表现为斥力 C　[由题图知水浸润玻璃，水银不浸润玻璃，故A、B错误；表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大，分子间作用力表现为引力，故C正确，D错误。] 　液晶 1．液晶：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。液晶是介于固态和液态之间的一种物质状态。 2．出现液晶态的条件：液晶是一种特殊物质状态，有些物质在特定的温度范围之内具有液晶态；另一些物质，在适当的溶剂中溶解时，在一定浓度范围内具有液晶态。 3．液晶的微观结构：通常棒状分子的物质容易具有液晶态。 如图所示，液晶是现代生活中的一个重要角色，从最初的电子手表到如今的笔记本电脑、液晶电视、可视电话……液晶一步步地深入了我们的生活。 【问题】 (1)为什么“液体”和“晶体”联系在一起了？ (2)液晶到底是什么物质？ 提示：(1)(2)某些化合物像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，人们把处于这种状态的物质叫作液晶。液晶物质都具有较大的分子，通常是棒状分子、碟状分子、平板状分子。不同分子形状的液晶其用途往往也不同，但它在作为显示元件方面的用途已经深入生物医学、电子工业、航空工业以及生活中的各个方面，在今后的显示器中，液晶将扮演主角。 1．液晶的特点 (1)液晶是介于固态和液态之间的一种物质状态，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。 (2)液晶具有光学上的各向异性，液晶分子的排列不稳定，微小的外界变动都会改变分子排列，从而改变液晶的某些性质。 2．液晶的应用 (1)研究离子的渗透性。 (2)液晶显示。 【典例3】　液晶显示器是一种采用液晶为材料的显示器，由于机身薄，省电，辐射低等优点深受用户的青睐，下列关于液晶说法正确的是(　　) A．液晶都是人工合成的，天然的液晶并不存在 B．液晶既有液体的流动性，又有光学的各向同性 C．当某些液晶中渗入少量多色性染料后，在不同的电场强度下，对不同颜色的光的吸收强度不一样，这样就能显示各种颜色 D．液晶的结构与液体的结构相同 C　[液晶有人工合成的，也有天然的，例如液晶结构也存在于人体组织中，故A错误；液晶既有液体的流动性，又有光学的各向异性，故B错误；当某些液晶中渗入少量多色性染料后，在不同的电场强度下，对不同颜色的光的吸收强度不一样，这样就能显示各种颜色，故C正确；液晶是介于液态与固态之间的一种物质状态，结构与液体的结构不同，故D错误。] [跟进训练] 3．关于液晶的说法正确的是(　　) A．有些液晶的光学性质随外加电压的变化而变化 B．液晶是液体和晶体的混合物 C．液晶分子保持固定的位置和取向，同时具有位置有序和取向有序 D．液晶具有流动性，光学性质各向同性 A　[有些液晶的光学性质随外加电压的变化而变化，A正确；液晶是介于液态和固态之间的一种物质状态，B错误；液晶分子具有流动性，光学性质各向异性，C、D错误。] 1．(多选)下列现象中由液体的表面张力造成的是(　　) A．两滴水银相接触，立即会合并到一起 B．熔化的蜡从燃烧的蜡烛上流下来，冷却后呈球形 C．用熔化的玻璃制成各种玻璃器皿 D．水珠在荷叶上呈球形 ABD　[两滴水银相接触，立即会合并到一起，是表面张力的原因，A正确；熔化的蜡从燃烧的蜡烛上流下来，冷却后呈球形，是因为表面张力使液体表面具有收缩的趋势，B正确；用熔化的玻璃制成各种玻璃器皿，跟各种模型有关，不是表面张力造成的，C错误；水珠在荷叶上呈球形，是因为表面张力使液体表面具有收缩的趋势，D正确。] 2．(2022·江苏宿迁高二期末)许多孩子喜欢玩吹肥皂泡的游戏，在如图所示的玻璃杯内注入肥皂水，把用铁丝做成的圆环放进玻璃杯中，沾满肥皂水后取出，可以吹出肥皂泡，下列说法正确的是(　　) A．肥皂水不浸润玻璃杯壁 B．肥皂泡表面张力方向和表面垂直 C．肥皂泡呈球状与液体的表面张力有关 D．肥皂泡表面液体分子间只存在引力，没有斥力 C　[一种液体是否浸润某种固体与这两种物质的性质都有关系，由题图可以看出，肥皂水浸润玻璃，故A错误；肥皂泡表面张力方向和表面平行，故B错误；表面张力让液体收缩，而球面是同体积物体中表面积最小的，所以肥皂泡呈球状与液体的表面张力有关，故C正确；肥皂泡表面液体分子间既存在引力也存在斥力，合力表现为引力，故D错误。] 3．(多选)把极细的玻璃管分别插入水中与水银中，如图所示，正确表示毛细现象的是(　　) A　　 　　　　B C　　 　　　　D AC　[因为水能浸润玻璃，无论管内外均为浸润，选项A正确，B错误；水银不浸润玻璃，选项C正确；选项D中外面浸润，里面不浸润，是不可能的，选项D错误。] 4．下列最接近液晶分子示意图的是(　　) A　　　　　B　　　　　C　　　　　D B　[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，在某个方向上看其分子排列较整齐，另一个方向杂乱无章，所以与A、C图的规则排列有区别，与D图所示的分子无序排列不同，B图所示最接近液晶分子排列。] 回归本节知识，自我完成以下问题： 1．表面张力的作用效果是什么？表面张力是怎样形成的？ 提示：液体的表面张力使液面具有收缩趋势；表面张力是因为表面层分子间的作用力表现为引力。 2．某种液体浸润和不浸润是固定的吗？取决于什么？ 提示：不是，同种液体，对有些固体是浸润的，对有些固体是不浸润的；浸润与不浸润取决于附着层中液体分子的受力情况。 生物也“懂”物理 如果一只动物不小心从树上掉了下来，它们当然不会知道这是地球重力的作用。不过，这并不意味着动物们不会利用物理规律来适应环境。当我们掌握了相关物理知识，将会理解一些令人觉得不可思议的动物“神技”和生活习性。 红颈瓣蹼鹬是一种小型水禽，喙又细又长，以微型甲壳类生物为食。大部分水禽在收集了少量含有食物的水之后，会通过吸或用舌头将其送入喉咙，并过滤出其中的食物。而红颈瓣蹼鹬则是从水里“啄”出食物，然后用长长的喙一点点地夹食物，把食物送进喉咙。 红颈瓣蹼鹬为什么可以通过细长的嘴把食物送进喉咙里呢？它既不靠吸，也不用舌头，而是靠表面张力。红颈瓣蹼鹬在进食时，喙并不会张得很大。它会先让一滴含有浮游生物的水滴“粘”在它的上、下颌上，然后迅速张开喙。这时水滴散开，喙中的水滴会向后移动，离喉咙较近的那部分水带着食物进入喉咙。当喙再次合上时，就可以进行下次进食了。 红颈瓣蹼鹬虽然不懂物理，却会巧妙地利用水的表面张力来进食。这个例子说明了生物是如何巧妙地利用大自然的物理规律来适应环境的。 　红颈瓣蹼鹬是利用什么物理原理喝水觅食的？ 提示：表面张力。 课时分层作业(八) 题组一　液体的表面张力 1．(2022·江苏扬州中学月考)下列现象中，不是由液体的表面张力造成的是(　　) A．船浮于水面上 B．硬币或钢针浮于水面上 C．绸布伞有缝隙但不漏雨水 D．锋利的玻璃片，用酒精灯烧一段时间后变钝了 A　[船浮在水面上是由于水的浮力作用，与表面张力无关；水的表面张力作用能使硬币或钢针浮在水面上；绸布伞伞面的布料有缝隙但不漏雨水是因为水的表面张力作用；玻璃熔化为液体后，其表面受表面张力作用，使表面收缩为球面，从而使玻璃片变钝。故本题应选A。] 2．关于液体，下列说法正确的是(　　) A．硬币能浮在水面上并非因为所受浮力等于重力 B．水黾能静止在水面上，是因为表面张力与重力平衡 C．液面为凸形时表面张力使表面收缩，液面为凹形时表面张力使表面伸张 D．毛细现象只能发生在浸润的固体和液体之间 A　[硬币能浮在水面上是因为受到表面张力的作用，而不是浮力作用的结果，A项正确；水黾能静止在水面上，是因为液体表面层对其的弹力与重力平衡的结果，B项错误；液面为凸形时表面张力使表面收缩，液面为凹形时表面张力也使表面收缩，C项错误；毛细现象可以发生在浸润的固体和液体之间，也可以发生在不浸润的固体和液体之间，D项错误。] 3．我国航天员王亚平在天宫一号目标飞行器里完成了一个水球实验，用细金属环从水里取出一个水膜，不断向水膜上注水，水膜逐渐变成一个水球。此实验中(　　) A．水球受到的重力为零 B．水球表面分子间的作用力为零 C．水球的形成与液体的表面张力有关 D．航天员经水球表面反射成倒立的像 C　[水球处于完全失重状态，但是受到的重力不为零，A错误；水球表面分子间的作用力表现为引力，B错误；液体的表面张力作用使液体的表面积最小化，而在体积相同的情况下，球形的面积最小，C正确；由于水球类似于凸透镜，所以航天员经水球折射成倒立的像，D错误。] 4．清晨，草叶上的露珠是由空气中的水汽凝结成的水珠。这一物理过程中，关于水分子间的作用力，下列说法正确的是(　　) A．引力消失，斥力增大　　B．斥力消失，引力增大 C．引力、斥力都减小 D．引力、斥力都增大 D　[当水汽凝结成水珠时，水分子之间的距离减小，分子间的引力和斥力同时增大，只是斥力比引力增加得更快一些，D正确。] 题组二　浸润和不浸润 5．下列对浸润与不浸润现象的认识正确的是(　　) A．水是浸润液体，水银是不浸润液体 B．浸润现象中，附着层里分子比液体内部稀疏 C．不浸润现象中，附着层里的分子受到固体分子的吸引较液体内部分子的吸引强 D．浸润现象中，附着层里的分子受到固体分子的吸引较液体内部分子的吸引强 D　[一种液体是否浸润某种固体，与这两种物质的性质均有关，不能肯定哪种液体是浸润液体或不浸润液体，选项A错误；在浸润现象中，附着层内分子受到固体分子的吸引较液体内部分子的吸引强，分子分布比液体内部更密，不浸润现象则相反，选项B、C错误，选项D正确。] 6．戴一次性医用防护口罩是预防流感的有效措施之一。合格的一次性医用防护口罩内侧所用材料对水都是不浸润的，如图所示为一水滴在某一次性防护口罩内侧的照片，对此以下说法正确的是(　　) A．照片中的口罩一定为不合格产品 B．照片中附着层内分子比内部的稀疏 C．照片中水滴表面分子比内部的密集 D．水对所有材料都是不浸润的 B　[根据题意可知，合格的一次性医用防护口罩内侧所用材料对水都是不浸润的，题图中水不浸润口罩内侧，所以照片中的口罩在此方面合格，A错误；照片中附着层(表面)内分子比水的内部稀疏，B正确，C错误；浸润与不浸润现象是相对的，所以水不是对所有材料都是不浸润的，D错误。] 7．通电雾化玻璃是将液晶膜固化在两片玻璃之间，经过特殊工艺胶合一体成型的新型光电玻璃产品，被广泛应用于高档办公室、计算机机房、医疗机构、商业展示等领域，能够实现玻璃的通透性和保护隐私的双重要求。我们将其工作原理简化为如图所示的模型，在自然条件下，液晶层中的液晶分子无规则排列，玻璃呈乳白色，即不透明，像一块毛玻璃；通电以后，弥散分布的液晶分子迅速从无规则排列变为有规则排列，整个液晶层相当于一块普通的透明玻璃。结合以上内容和你所学知识，关于通电雾化玻璃，你认为下列叙述比较合理的是(　　) A．不通电时，入射光在液晶层发生了全反射，导致光线无法通过 B．不通电时，入射光在液晶层发生了干涉，导致光线无法通过 C．通电时，入射光在通过液晶层后方向发生了改变 D．通电时，入射光在通过液晶层后按原有方向传播 D　[由题意，在自然条件下，液晶层中的液晶分子无规则排列，玻璃呈乳白色，即不透明，像一块毛玻璃，可知入射光在液晶层发生漫反射，光线可以通过，但通过量较少，而且没有规律，A、B项错误；由题意，通电以后，弥散分布的液晶分子迅速从无规则排列变为有规则排列，整个液晶层相当于一块普通的透明玻璃，可知通电时，入射光在通过液晶层后按原有方向传播，C项错误，D项正确。] 8．(2022·山东临沂一中月考)在密闭的容器内，放置一定量的液体，如图甲所示，若将此容器置于在轨道上正常运行的人造地球卫星上，则容器内液体的分布情况应是(　　) A．仍然如图甲所示 B．只能如图乙中(a)所示 C．可能如图乙中(c)或(d)所示 D．可能如图乙中(a)或(b)所示 D　[容器与液体所受重力均提供容器与液体做匀速圆周运动的向心力，液体仅受表面张力的作用，其表面收缩到面积最小的状态，所以如果液体对于容器是浸润的，那么将出现题图乙中(b)的情况；如果液体对于容器是不浸润的，那么就表现为题图乙中(a)的情况，故选项D正确。] 题组三　液晶 9．(多选)(2022·辽宁本溪满族自治县高级中学高二期末)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．液晶态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 BC　[液晶是介于液态与结晶态之间的一种物质状态，不是固态和液态的混合物，故A错误；液晶具有与晶体相似的性质，如具有光学各向异性，液晶显示器利用了液晶对光具有各向异性的性质，故B正确；液晶像液体一样可以流动，又具有某些晶体结构特征，所以液晶的光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，故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。故选BC。] 10．液晶电视不断降价，逐步走进了千家万户。液晶电视的关键部件是液晶层，下列关于液晶层的工作原理说法正确的是(　　) 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．液晶的光学性质不会随外加电压的变化而变化 D．液晶的光学性质随外加电压的变化而变化 D　[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，选项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，选项D正确，B、C错误。] 11．(多选)如图所示，液体表面跟气体接触的薄层，被称为表面层，固体与液体的表面接触的薄层，被称为附着层，对于液体在器壁附近发生弯曲的现象，下列说法正确的是(　　) A．表面层Ⅰ内分子的分布比液体内部疏 B．表面层Ⅱ内分子的分布比液体内部密 C．附着层Ⅰ内分子的分布比液体内部密 D．附着层Ⅱ内分子的分布比液体内部疏 ACD　[表面层内分子比液体内部疏，表现为引力，A正确，B错误；附着层Ⅰ液体分子比液体内部分子密集，附着层内液体分子间距离小于r0，附着层内分子间作用表现为斥力，附着层有扩散趋势，C正确；附着层Ⅱ内液体分子比液体内部分子稀疏，附着层内液体分子间距离大于r0，附着层内分子间作用表现为引力，附着层有收缩的趋势，D正确。] 12．在水中浸入两个同样细的毛细管，一个是直的，一个是弯的，如图所示，水在直管中上升的高度比在弯管中的最高点还要高，那么弯管中的水将(　　) A．会不断地流出 B．不会流出 C．不一定会流出 D．无法判断会不会流出 B　[因为毛细管吸水是靠毛细管内部表面张力作用，水滴在弯管口处受重力的作用而向下凸出，这时表面张力的合力竖直向上，使水不能流出，B正确。] 13．(2022·内蒙古高二测试)用金属丝制成一个U形架，一段细长棉线两端系在U形架两臂上A、B两点，细线中点O处有一扣。将U形架浸入肥皂液中再取出，U形架上形成的肥皂液膜如图所示，细线被绷紧是因为液体表面层存在表面张力，表面张力的作用是使得液面有__________(选填“扩张到最大”或“收缩到最小”)的趋势；用力拉动细线中点的扣至图中虚线位置(肥皂液膜未发生破损，忽略肥皂液膜的蒸发影响且温度不变)，肥皂液膜的内能将__________(选填“增大”“减小”或“不变”)。 [解析]　细线被绷紧是因为液体表面层存在表面张力，表面张力的作用是使得液面有收缩到最小的趋势；用力拉动细线中点的扣至图中虚线位置的过程中，拉力F对肥皂液膜做正功，分子间的相互作用表现的引力做负功，分子势能增大，所以肥皂液膜的内能将增大。 [答案]　收缩到最小　增大 章末综合测评(二) 一、选择题(共10小题，1～7题为单选题，8～10 题为多选题) 1．(2022·山东日照高二期末)下列说法正确的是(　　) A．表面张力的方向总是垂直于液面，指向液体内部 B．产生毛细现象时，液体在毛细管中一定上升 C．液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似 D．熔化的金属在太空中呈现球形，是由于液体内部分子间存在引力 C　[表面张力使液体表面有收缩的趋势，它的方向跟液面相切，选项A错误；浸润液体在毛细管内上升，不浸润液体在毛细管内下降，选项B错误；液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似，选项C正确；熔化的金属在太空中呈球状是由于液体表面分子间存在表面张力的结果，选项D错误。] 2．(2022·江苏扬州高三开学考试)新买的冰箱在第一次通电后一段时间，首次打开冰箱门会发现门比较紧，产生这种现象的原因是(　　) A．冰箱工作后，随着温度下降，腔体内气体压强小于外界压强 B．冰箱工作后，随着温度下降，腔体内气体压强大于外界压强 C．腔体内气体分子平均动能变大 D．腔体内气体分子平均动能不变 A　[根据一定质量的理想气体状态方程＝C，可知随着温度下降，腔体内气体压强小于外界压强，故A正确，B错误；由于温度下降，故腔体内气体分子平均动能变小，故C、D错误。] 3．(2022·云南昆明第一中学西山学校高三阶段练习)某次实验时，如图所示，试管中用水银柱封闭了一定质量的理想气体，一段时间后，发现水银柱往下移动了一定距离。则关于这个实验，下列说法正确的是(　　) A．封闭气体的分子平均动能减小，气体吸热 B．在相等时间内封闭气体的分子对单位面积器壁的冲量不变 C．封闭气体在单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数不变 D．由于水银对玻璃不浸润，附着层内分子比水银的分子内部密集 B　[气体压强不变，发生等压变化，则＝，又V0>V1，所以T0>T1，温度减小，所以分子平均动能减小，气体放热，由于气体压强不变，故在相等时间内封闭气体的分子对单位面积器壁的冲量不变，故A错误，B正确；由于体积减小，而分子数未变，所以单位时间内撞击的分子数应增大，故C错误；不浸润时，附着层内分子比水银的分子内部稀疏，故D错误。] 4．如图所示，上端封闭的玻璃管插在水银槽中，管内封闭着一段气柱。现使玻璃管缓慢地绕其最下端的水平轴偏离竖直方向一定角度，能描述管内气体状态变化的图像是(箭头表示状态的变化方向)(　　) A　　　　　B　　　　　C　　　　 D A　[设大气压为p0，封闭气体压强p＝p0－ρgh，玻璃管绕其最下端的水平轴偏离竖直方向一定角度，水银柱的有效高度h变小，封闭气体压强变大，气体温度不变，由玻意耳定律pV＝C可知，气体体积将变小，由数学知识知p-V图线为双曲线，故A正确，B、C、D错误。] 5．(2022·重庆西南大学附中高二阶段练习)如图甲、乙、丙所示，三根完全相同的玻璃管，上端开口，管内用相同长度的水银柱封闭着质量相等的同种气体。已知图甲玻璃管沿倾角为30°的光滑斜面以某一初速度上滑，图乙玻璃管由静止自由下落，图丙玻璃管放在水平转台上开口向内做匀速圆周运动，设三根玻璃管内的气体长度分别为L1、L2、L3，则三个管内的气体长度关系是(　　) A．L1<L2<L3　 B．L1＝L2>L3 C．L2<L3<L1 D．L1＝L2<L3 B　[设大气压强为p0，对图甲中的玻璃管，它沿斜面向上做匀减速直线运动，设加速度大小为a1，以水银柱为研究对象，根据牛顿第二定律得p0S＋mg sin 30°－p1S＝ma1，以水银柱和玻璃管为整体，据牛顿第二定律有m总g sin 30°＝m总a1，联立解得p1＝p0，对图乙中玻璃管，它向下做匀加速直线运动，设其加速度大小为a2，以水银柱为研究对象，根据牛顿第二定律得p0S＋mg－p2S＝ma2，以水银柱和玻璃管为整体，据牛顿第二定律有m总g＝m总a2，联立解得p2＝p0，对图丙中的玻璃管，它在水平转台上做匀速圆周运动，以水银柱为研究对象得p3S－p0S＝man，则p3>p0，综上可得p1＝p2＝p0<p3，根据玻意耳定律pV＝C得L1＝L2>L3，故B项正确，A、C、D项错误。] 6．如图所示，导热性能良好的汽缸内封有一定质量的理想气体，缸体质量M＝200 kg，活塞质量m＝10 kg。活塞与汽缸壁无摩擦且不漏气。此时，缸内气体的温度为27 ℃，活塞位于汽缸正中间，整个装置都静止。已知外界大气压恒定，T＝t＋273 K，重力加速度取g＝10 m/s2。则当活塞恰好能静止在汽缸缸口AB处时(　　) A．弹簧长度变短 B．缸内气体温度为620 K C．缸内气体温度为600 K D．缸内气体温度为74 ℃ C　[对活塞与汽缸整体分析有kΔx＝(M＋m)g，末状态整体的受力平衡关系不变，所以弹簧的弹力保持不变，则弹簧长度不变，所以A错误；对汽缸受力分析有p0S＋Mg＝pS，则有p＝p0＋，所以缸内气体压强保持不变，为等压变化，根据盖-吕萨克定律可得＝，代入数据可得＝，解得T2＝600 K＝327 ℃，所以C正确，B、D错误。] 7．启动汽车时发现汽车电子系统报警，左前轮胎压过低，显示为1.5p0，车轮内胎体积约为V0。为使汽车正常行驶，用电动充气泵给左前轮充气，每秒钟充入ΔV＝V0、压强为p0的气体，充气结束后发现内胎体积约膨胀了20%，充气几分钟可以使轮胎内气体压强达到2.5p0？(汽车轮胎内气体可以视为理想气体，充气过程轮胎内气体温度无明显变化)(　　) A．3 B．4 C．5 D．6 C　[设使轮胎内气体压强达到2.5p0的充气时间为t min，此时内胎体积为V2，压强为p2，胎内气体在压强为p1时体积为V1，由玻意耳定律得p1V1＝p2V2，其中p1＝1.5p0，p2＝2.5p0，V2＝V0＋0.2V0＝1.2V0，联立解得V1＝2V0，则充入胎内气体在压强为1.5p0时的体积为V′＝2V0－V0＝V0，对充入胎内气体，由玻意耳定律得60p0ΔVt＝1.5p0V′，其中ΔV＝V0，联立方程解得t＝5 min，故C正确。] 8．给某包装袋充入氮气后密封，在室温下，袋中气体压强为1个标准大气压、体积为1 L。将其缓慢压缩到压强为2个标准大气压时，气体的体积变为0.45 L。下列判断正确的是(　　) A．该包装袋漏气 B．该包装袋漏出气体的质量占气体总质量的 C．该包装袋漏出气体的质量占气体总质量的 D．该包装袋漏出气体的质量占气体总质量的 AD　[假设不漏气，则气体发生等温变化，由玻意耳定律得p1V1＝p2V2，得V2＝0.5 L，大于气体的实际体积，故包装袋漏气，选项A正确；漏出气体的体积占总体积的＝，则漏出气体的质量占气体总质量的，选项D正确。] 9．如图所示，汽缸内用厚度不计、质量为m的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞横截面积为S，到汽缸底部距离为L，活塞与汽缸壁间的摩擦不计，汽缸导热性能良好。现缓慢地在活塞上加一定质量的细砂，活塞下移达到稳定，环境温度保持不变，大气压强为p0，重力加速度大小为g，则(　　) A．细砂质量为 B．汽缸内分子平均动能增大 C．汽缸内气体分子密度不变 D．单位时间内撞击汽缸壁单位面积上的分子数增多 AD　[由题意可知，气体发生等温变化，初状态时，对活塞受力分析，由平衡条件得p1S＝mg＋p0S，末状态时，对细砂和活塞受力分析，由平衡条件得p2S＝mg＋m0g＋p0S，对封闭气体，由等温变化规律得p1SL＝p2S×L，联立解得m0＝，故A正确；气体温度不变，则分子平均动能不变，故B错误；汽缸内封闭气体被压缩，体积减小，而质量不变，则汽缸内气体分子密度增大，故C错误；温度不变，气体分子的平均动能不变，平均速率不变，等温压缩时，根据玻意耳定律得知，压强增大，则单位时间内撞击汽缸壁单位面积上的分子数增多，故D正确。] 10．一定质量的理想气体经历一系列状态变化，其p-图线如图所示，变化顺序为a→b→c→d→a，图中ab段延长线过坐标原点，cd段与p轴垂直，da段与轴垂直，则(　　) A．a→b，压强减小、温度不变、体积增大 B．b→c，压强增大、温度降低、体积增大 C．c→d，压强不变、温度降低、体积减小 D．d→a，压强减小、温度升高、体积不变 AC　[由题图像可知，a→b过程，气体压强减小而体积增大，气体的压强与体积倒数成正比，则压强与体积成反比，气体发生的是等温变化，故A正确；由理想气体状态方程＝C可知p＝CT·，由题图可知，连接Ob的直线的斜率小于连接Oc的，所以b对应的温度低，b→c过程温度升高，由题图像可知，同时压强增大，且体积也增大，故B错误；由题图像可知，c→d过程，气体压强p不变而体积V变小，由盖-吕萨克定律可知气体温度降低，故C正确；由题图像可知，d→a过程，气体体积V不变，压强p变小，由查理定律可知，气体温度降低，故D错误。] 二、非选择题(本题共5小题) 11．大气压强对许多物理实验和化学实验有着重要的影响。现用如图所示的仪器来测量大气压强p0。注射器针筒已被固定在竖直方向上，针筒上所标刻度是注射器的容积，最大刻度Vm＝10 mL。注射器活塞已装上钩码框架。此外，还有一架托盘天平、若干钩码、一把米尺、一个针孔橡皮帽和少许润滑油。 (1)下面是实验步骤，试填写所缺的步骤②和⑤。 ①用米尺测出注射器针筒上全部刻度的长度L。 ②__________________________________________________________________。 ③把适量的润滑油抹在注射器的活塞上，将活塞插入针筒中，上下拉动活塞，使活塞与针筒的间隙内均匀地涂上润滑油。 ④将活塞插到适当的位置。 ⑤__________________________________________________________________。 ⑥在钩码框架两侧挂上钩码，记下挂上的钩码质量m1。在达到平衡后，记下注射器中空气柱的体积V1。在这个过程中，不要用手接触注射器以保证空气柱温度不变。 ⑦增加钩码的个数，使钩码的质量增大为m2，达到平衡后，记下空气柱的体积V2。 (2)求出计算大气压强p0的表达式__________________________(用已给的和测得的物理量表示)。 [解析]　(1)本实验的原理是注射器内的气体的压强与大气压相关，通过气体的等温变化规律建立气体压强、大气压与相关体积的关系，进一步求得大气压。②称出活塞和钩码框架的总质量M，⑤将注射器针筒上的小孔用针孔橡皮帽堵住。 (2)设活塞和钩码框架的总质量为M，活塞的横截面积为S＝Vm/L，根据步骤⑥⑦可知，气体的初状态p1＝p0＋，体积为V1，末状态p2＝p0＋，体积为V2，变化过程中温度保持不变，根据玻意耳定律，有p1V1＝p2V2，得p0＝。 [答案]　(1)②称出活塞和钩码框架的总质量M　⑤将注射器针筒上的小孔用针孔橡皮帽堵住 (2)p0＝ 12.(2022·山东烟台高二期末)某班级各实验小组利用如图甲所示装置进行探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系的实验，实验步骤如下： ①把注射器活塞移至注射器中间某位置，将注射器与导气管、压强传感器逐一连接； ②移动活塞，记录注射器的刻度值同时记录对应的由压强传感器显示的气体压强值p； ③用V-图像处理实验数据。 (1)为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是___________ ___________________________________________________________________； 为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是_______________ ___________和__________________________。 (2)如果实验操作规范，某小组描绘V-图像如图乙所示，则图中的V0代表__________________________________。 [解析]　(1)为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是在注射器活塞上涂一些润滑油，这样可以保持气密性；为了保持封闭气体的温度不变，实验中要注意手不能握住注射器的封闭气体部分，并且缓慢推动活塞，这样能保证装置与外界温度一样。 (2)根据pV＝C可知如果实验操作规范正确，根据实验数据画出的V-图线是过坐标原点的直线。但如题图所示的V-图线不过原点，该图线的方程为V＝C－V0，说明注射器中气体的体积小于实际的封闭气体的体积，结合实验的器材可知，截距V0代表注射器与压强传感器连接处的气体体积。 [答案]　(1)在注射器活塞上涂一些润滑油　注意手不能握住注射器的封闭气体部分　缓慢推动活塞　(2)注射器与压强传感器连接处的气体体积 13．(2022·广东深圳一模)某科研小组把某种生活在海面下500 m深处的鱼类从海里移到如图所示的两层水箱中。为使鱼存活，须给它们创造一个类似深海的压强条件。如图所示，在一层水箱中有一条鱼，距离二层水箱水面的高度h＝50 m，二层水箱水面上部空气的体积V＝10 L，与外界大气相通。外界大气压p0＝1.0×105 Pa，水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，g取10 m/s2。(水箱内气体温度恒定) (1)鱼在深海处的压强为多少？ (2)为使鱼正常存活，须给二层水箱再打进压强为p0、体积为多少的空气？ [解析]　(1)鱼在深海处的压强p＝p0＋ρgH＝5.1×106 Pa。 (2)为使一层水箱压强达到p，二层水箱中的气体压强应为p1＝p－ρgh＝4.6×106 Pa 设须将外界压强为p0，体积为ΔV的空气注入一层水箱，根据玻意耳定律，有p0(V＋ΔV)＝p1V 解得ΔV＝450 L。 [答案]　(1)5.1×106 Pa　 (2)450 L 14．(2022·重庆南开中学高二期末)游乐园的充气碰碰球是由完全封闭的PVC薄膜充气而成。某充气碰碰球充气后球内气体体积V1＝1.1 m3，压强为p1＝1.5×105 Pa。碰撞游戏时挤压碰碰球，球内气体体积最大还可压缩0.1 m3。 (1)求碰撞游戏时，该碰碰球内气体压强的最大值。 (2)为保障安全，球内气体压强不能超过p2＝2.0×1.05 Pa。为了保证在中午37 ℃的温度下游戏安全，则早晨17 ℃温度下，工作人员给该碰碰球充气的压强不能超过多少？(忽略温度变化对碰碰球内气体体积的影响) [解析]　(1)挤压时，由等温变化可得p1V1＝p1′(V1－0.1) 代入数据解得 p1′＝1.65×105 Pa。 (2)在T1＝310 K的环境下游戏，由等温变化可得 pV1＝p2(V1－0.1) T2＝290 K到T1＝310 K 等容变化，由查理定律有＝ 解得p′≈1.70×105 Pa。 [答案]　(1)1.65×105 Pa　(2)1.70×105 Pa 15．一U形玻璃管竖直放置，左端开口，右端封闭，玻璃管导热良好。用水银封闭一段空气在右管中，初始时，管内水银柱及空气柱长度如图甲所示，环境温度为27 ℃。已知玻璃管的横截面积处处相同，大气压强p0＝76.0 cmHg。 (管的直径忽略不计)。 (1)若环境温度不变，将玻璃管在竖直平面内旋转90°，如图乙所示，求此时封闭的空气柱的长度。 (2)在(1)中图乙的状态下，环境温度如果升到400 K, 求此时封闭的空气柱的长度。 [解析]　(1)设玻璃管的横截面积为S，封闭气体初状态的参量 p1＝p0－ph＝76.0 cmHg－(8－4) cmHg＝72 cmHg，V1＝5S 封闭气体末状态参量p2＝p0＋ph′＝76.0 cmHg＋4 cmHg＝80 cmHg，V2＝L2S 气体温度不变，发生等温变化，由玻意耳定律得p1V1＝p2V2 解得L2＝4.5 cm。 (2)封闭气体初状态的参量V2＝4.5S，T2＝(273＋27) K＝300 K 设空气柱长度等于下边管的长度L＝5 cm＋8 cm＝13 cm 气体温度为T，此时气体体积V＝LS＝13S 该过程气体压强不变发生等压变化，由盖-吕萨克定律得＝ 解得T≈866.67 K>400 K 因此环境温度升高到T3＝400 K时竖直管内充满水银，该过程气体压强不变，气体发生等压变化，由盖-吕萨克定律得＝＝ 解得L′＝6 cm。 [答案]　(1)4.5 cm　(2)6 cm 22/26 学科网（北京）股份有限公司 $$