第2章 2 液体-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修第三册（教科版2019）

2　液体 [学习目标]　1.了解液体的表面张力现象，能解释液体表面张力产生的原因(重点)。2.了解浸润和不浸润现象，理解毛细现象产生的原因(难点)。 一、表面张力　液体表面张力的微观解释 (1)把一条细棉线的两端分别系在铁丝环的两侧，要使棉线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(图甲)。用烧热的针刺破棉线一侧的薄膜(图乙)，观察薄膜和棉线发生的变化。 (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弛的(图丙)。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(图丁)。 答案　(1)另一半肥皂膜立即收缩，使松弛的棉线绷紧。 (2)棉线圈被圈外的薄膜拉紧，使棉线圈呈圆形。 1．表面张力 (1)定义：液体表面存在的收缩力叫作表面张力。 (2)作用效果：表面张力使液面具有收缩的趋势，使液面的表面积趋向最小。体积一定的物体，当其形状为球形时，表面积最小。 2．液体表面张力的微观解释 (1)成因：液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫作表面层。表面层里的分子比液体内部稀疏些，如图所示，表面层里的分子间距r略大于r0，分子间作用力表现为引力。 (2)方向：表面张力的方向总是跟液面相切，且与分界面垂直。如图所示，在液面上任意画一条分界线，则分界线两侧的分子之间就存在着相互作用的吸引力，宏观表现就是液体的表面张力。 3．影响因素：表面张力的大小除了跟边界线长度有关外，还跟液体的种类、温度有关。 1．小昆虫、缝衣针在水面上不下沉与小木块浮在水面上的道理相同吗？ 答案　不同。小昆虫、缝衣针能在水面上不下沉是液体表面张力在起作用；小木块浮在水面上是重力和水的浮力平衡的结果。 2．把玻璃管的裂口放在火焰上烧熔，它的尖端就会变钝(如图)。这是什么缘故？ 答案　由于玻璃熔化变成液体后，其表面受到表面张力的作用，使表面收缩，玻璃管尖端变钝。 例1　下列关于液体表面张力的说法中，正确的是(　　) A．液体表面张力的存在，使得表面层内分子的分布比内部要密集些 B．液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，分子力表现为引力，产生表面张力 C．液体表面层分子间只有引力而无斥力是产生表面张力的原因 D．液体表面张力的方向指向液体内部，使液体表面有收缩趋势 答案　B 解析　液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，分子力表现为引力，从而产生表面张力，B正确，A错误；液体表面层分子间既有引力又有斥力，但引力大于斥力，从而表现为引力，C错误；液体表面张力的方向总是跟液面相切，D错误。 例2　(多选)(2022·北京市高二期末)下列现象中，能说明液体存在表面张力的有(　　) A．水黾(一种昆虫)可以停在水面上 B．叶面上的露珠呈球形 C．滴入水中的红墨水很快散开 D．悬浮在水中的花粉做无规则运动 答案　AB 解析　由于表面张力的存在，使得液体表面如同一张绷紧的膜，富有弹性且具有使液体收缩到最小的趋势，水黾可以停在水面上，叶面上的露珠呈球形都是由于存在表面张力，故选项A、B正确；滴入水中的红墨水很快散开是扩散现象，悬浮在水中的花粉做无规则运动是由于水分子在做无规则运动，故选项C、D错误。 二、毛细现象 如图甲、乙所示，将水滴在玻璃表面，水逐渐散开并附着在玻璃板上；将水滴在石蜡表面，水滴可以在蜡面上滚来滚去。这说明了什么？ 答案　水可以浸润玻璃，但水不浸润蜡。 1．浸润和不浸润 (1)液体会润湿固体并附着在固体表面的现象叫作浸润。 (2)不浸润：液体不会润湿固体，也不会附着在固体表面的现象叫作不浸润。 (3)液体放在玻璃容器中，液面与器壁接触的位置是弯曲的，浸润液体向上弯，不浸润液体向下弯。 (4)当液体和与之接触的固体的相互作用比液体分子之间的相互作用强时，液体能够浸润固体；反之，则不浸润固体。 2．毛细现象 (1)概念：浸润液体在细管中上升，不浸润液体在细管中下降的现象。 (2)特点：管的内径越小，毛细现象越明显。 (3)毛细现象的形成原因 毛细现象的产生与表面张力及浸润现象都有关系，浸润液体在细管中的液面是凹形的，边缘处的液体分子受到管壁分子的作用力方向如图所示，它们的合力使管中液体向上运动。当管中液体上升到一定高度，液柱所受重力与这个合力相等时，管内的液体停止上升，达到平衡。同样的分析也可以解释不浸润液体在细管内下降的现象。 1.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？ 答案　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。 2．要想把凝固在衣料上的蜡迹去掉，可以把两层棉纸分别放在蜡迹处衣服的上面和下面，然后用热熨斗在棉纸上来回烫熨。为什么这样做可以去掉衣料上的蜡迹？ 答案　因为放在衣料上的吸附性极好的纸内有许多细小的孔道起着毛细管的作用，当蜡受热熔化成液体后，由于毛细现象，它们就被纸吸掉了。 例3　(多选)水对玻璃是浸润液体，而水银对玻璃是不浸润液体，水和水银在毛细管中将产生上升或下降的现象，现把不同粗细的三根毛细管分别插入水和水银中，如图所示，正确的现象应是(　　) 答案　AD 解析　浸润液体在细管中上升以及不浸润液体在细管中下降的现象为毛细现象，管径越细，现象越明显，故A、D正确，B、C错误。 例4　(2022·临沂市高二期中)2022年3月23日，“天宫课堂”第二课开讲，“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站再次为广大青少年带来一堂精彩的太空科普课，其中有一个实验是王亚平在太空拧毛巾，拧出的水形成一层水膜，附着在手上，像手套一样，晃动也不会掉。关于形成这种现象的原因，下列说法正确的是(　　) A．在空间站水滴不受重力 B．水和手发生浸润现象，且重力影响很小 C．水和手发生不浸润现象，且重力影响很小 D．在空间站中水的表面张力变大，使得水“粘”在手上 答案　B 解析　在空间站水滴仍受重力作用，只是重力用来提供向心力，处于失重状态，故A错误；由题意，拧出的水形成一层水膜，附着在手上，像手套一样，说明水在手表面有扩展趋势，说明水和手发生浸润现象，且重力影响很小，故B正确，C错误；液体水在手表面有扩展趋势，而不是收缩趋势，故不是因为水的表面张力变大的缘故，故D错误。 课时对点练 考点一　表面张力　液体表面张力的微观解释 1．(2022·遂宁市高二期末)下列关于表面张力的说法正确的是(　　) A．表面张力是液体内部分子间作用力引起的 B．表面张力能让液面具有收缩趋势，在太空失重环境下，液滴呈球形 C．表面张力方向与液体表面垂直且向上 D．表面张力是由于液体表面层分子间距离小于液体内部分子间距离，且小于分子平衡距离，表面层液体分子间作用力表现为斥力而产生 答案　B 解析　表面张力是由于液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，表面层液体分子间作用力表现为引力而产生的，A、D错误；表面张力能让液面具有收缩趋势，在太空失重环境下，液滴呈球形，B正确；表面张力方向沿液体表面切线方向，C错误。 2．(多选)下列现象中，由于液体的表面张力而引起的是(　　) A．液体与固体、气体不同，它在不同容器内，尽管形状不同，但体积相同 B．两滴水银相互接触，立即合并成一滴 C．新的棉织品水洗后都要缩水 D．小昆虫能在水面上自由走动 答案　BCD 解析　同一体积的液体在不同容器内有不同的形状，这是由液体分子的排列规律决定的，与表面张力无关，而两滴水银接触后合并、新的棉织品水洗后缩水、小昆虫在水面上走动，都是由液体的表面张力引起的，故选B、C、D。 3.如图所示，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。若将肥皂膜的a部分用热针刺破，棉线的形状是下列选项图中的(　　) 答案　D 解析　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部分肥皂膜刺破后，在b部分肥皂膜表面张力的作用下，棉线将绷紧。因液体表面有面积收缩到最小的趋势，选项D正确。 考点二　浸润、不浸润及毛细现象 4．(多选)(2022·运城市高二月考)下列说法中正确的有(　　) A．因为水银滴在玻璃板上成椭球状，所以说水银是一种不浸润液体 B．液体对固体是否发生浸润现象，是由液体和固体两者的性质共同决定的 C．在人造卫星中，由于一切物体都处于完全失重状态，所以一个固定着的容器中装有浸润其器壁的液体时，必须用盖子盖紧，否则容器中的液体一定会沿器壁流散 D．当A液体和B固体接触时，是发生浸润现象还是发生不浸润现象，关键取决于B固体分子对附着层A液体分子的吸引力是比液体内的分子对附着层A液体分子吸引力大些还是小些 答案　BCD 解析　浸润与不浸润是由液体和固体共同决定的。液体浸润固体，附着层面积要扩张，不浸润固体附着层面积要收缩；水银不浸润玻璃，但可能浸润其他固体，故A错误，B正确。在处于完全失重状态的人造卫星上，如果液体浸润其器壁，液体和器壁的附着层就会扩张，沿着器壁流散，故必须用盖子盖紧，故C正确。D选项说明了发生浸润和不浸润现象的微观原理，故D正确。 5．(多选)(2022·临沂市高二月考)把极细的玻璃管分别插入水中与水银中，如图所示，能正确表示毛细现象的是(　　) 答案　AC 6．(多选)下列情况属于毛细现象的是(　　) A．墨水瓶被打翻了，用粉笔可以把墨水吸干 B．洗头的时候，头发聚在一起 C．植物根部的养分，能升到植物的上部 D．自来水笔灌墨水时，把皮管按几下，墨水就被吸到皮管里去了 答案　AC 解析　墨水瓶被打翻了，用粉笔可以把墨水吸干，属于毛细现象，选项A正确；洗头的时候，头发聚在一起，是表面张力的作用，选项B错误；植物根部的养分，能升到植物的上部，是毛细现象，选项C正确；自来水笔灌墨水时，把皮管按几下，墨水就被吸到皮管里去了，这是大气压的作用，选项D错误。 7．(多选)(2022·张家口市高二期末)随着科技的发展，人类对物质的认识不断深入，使很多现象有了较为正确的解释。下列说法正确的是(　　) A．脱脂棉脱脂的目的在于使它从不被水浸润变为可以被水浸润，以便吸取药液 B．给农田松土的目的是破坏土壤里的毛细管，使地下的水分不会被快速引上来而蒸发掉 C．布制的雨伞伞面能明显看到线的缝隙，但雨伞不漏雨水主要是因为液体存在表面张力的作用 D．在毛细现象中，毛细管中液面有的升高，有的降低，这只与液体的种类有关，与毛细管的材料无关 答案　ABC 解析　毛细管中液面有的升高，有的降低，既与液体的种类有关，又与毛细管的材料有关，故D错误。故选A、B、C。 8．(2022·广州市培正中学高二月考)关于四幅图中现象的分析，下列说法正确的是(　　) A．甲图中水黾停在水面而不沉，是浮力作用的结果 B．乙图中将棉线圈中肥皂膜Q刺破后，扩成一个圆孔，是表面张力作用的结果 C．丙图中毛细管中液面高于管外液面的是毛细现象，低于管外液面的不是毛细现象 D．丁图中玻璃管的裂口在火焰上烧熔后，它的尖端会变钝，是一种浸润现象 答案　B 解析　因为液体表面张力的存在，水黾才能停在水面上，故A错误；将棉线圈中肥皂膜Q刺破后，扩成一个圆孔，是表面张力作用的结果，故B正确；毛细管中，浸润液体呈凹液面且高于管外液面，不浸润液体呈凸液面且低于管外液面，都属于毛细现象，故C错误；玻璃管的裂口在火焰上烧熔后，它的尖端会变钝，是表面张力的原因，不是浸润现象，故D错误。 9．(多选)(2022·中山市华侨中学期末)2022年3月23日，天宫号空间站上的三名宇航员王亚平、翟志刚、叶光富，又给全国的观众带来了一堂精彩的天宫授课，其中宇航员们做了一个“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”，液桥形成，一座中间细、两头粗的“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．液桥形成的根本原因是空间站中的失重环境 B．液桥形成的根本原因是水的表面张力的作用 C．水和透明板是不浸润的 D．液体的表面张力在表面层的切面内各个方向都存在 答案　BD 解析　液桥形成的根本原因是水的表面张力的作用，故A错误，B正确；因为液桥表现为中间细、两头粗的特点，即附着层液体分子间表现为斥力，所以水和透明板是浸润的，故C错误；液体的表面张力在表面层的切面内各个方向都存在，故D正确。 10.(2022·中山市高二期末)合格的一次性医用外科口罩内侧所用材料对水都是不浸润的，图为水滴在一次性医用外科口罩内侧的照片，对此，以下说法正确的是(　　) A．照片中的口罩和水滴发生了浸润现象 B．照片中水滴表面层分子比水滴的内部分子密集 C．照片中水滴呈扁球状是液体表面张力和重力共同作用的结果 D．水对所有材料都是不浸润的 答案　C 解析　合格的一次性医用外科口罩内侧所用材料对水都是不浸润的，照片中的口罩和水滴发生了不浸润现象，A错误；照片中水滴为扁球状，水滴表面层分子比水的内部分子间距大，分子之间的作用力表现为引力，使水滴表面有收缩的趋势，则照片中水滴表面层分子应比水的内部稀疏，B错误；照片中水滴呈扁球状是液体表面张力和重力共同作用的结果，C正确；水不是对所有材料都是不浸润的，比如水可以浸润玻璃，D错误。 11.某种液体分别滴在甲、乙两种材料表面时状况如图，若在轨运行的空间站中有用乙材料制成的密闭容器，内置一定量的此种液体，则容器内液体(图中阴影区域)的分布情况可能是(　　) 答案　B 解析　容器与液体所受万有引力均提供容器与液体做圆周运动的向心力。液体受到表面张力的作用，使其自由表面收缩到最小状态，液体的自由表面呈球形；由题图可知液体对于乙材料是不浸润的，容器内液体的分布情况可能是B图中的情况。故选B。 学科网（北京）股份有限公司 $$