2.2 表面张力和毛细现象-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修第三册（鲁科版2019）

第2节　表面张力和毛细现象 [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及毛细现象产生的原因(难点)。3.了解液晶的特点及其应用。 一、表面张力 如图，早晨草叶上的露珠呈球形，水黾在水上能够静止不动，这两个看上去毫无关联的事情有什么本质上的联系？ 答案　早晨草叶上的露珠呈球形和水黾在水面上能够静止不动，都是由于液体的表面张力的作用。 1．表面层 (1)定义：液体与气体接触的表面存在的一个薄层。 (2)特点：表面层分子的分布比液体内部稀疏，分子间的距离略大于分子力平衡的距离，分子间的作用力表现为引力。 2．表面张力 (1)定义：液体表面各部分间的相互引力称为表面张力。 (2)表面张力的方向与液面相切，垂直于分界线。 (3)作用效果：因为表面张力的作用，液体表面总有要收缩到表面积最小的趋势。 1．2013年我国航天员相互配合进行太空授课时，其中的水球是球形，试解释其原因。 答案　因为表面张力的作用，液体表面总有要收缩到表面积最小的趋势，在完全失重的环境下，液滴能收缩成标准的球形。 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。 3．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。 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)如图所示是关于液体表面张力的几幅图，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，液体表面张力的方向与液面相切 答案　BD 解析　露珠呈球形，这是液体表面张力作用的结果，A错误；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；水黾可以停在水面上，是由于水的表面张力的作用，C错误；表面张力产生在液体表面层，它的方向与液面相切，D正确。 二、浸润与不浸润　毛细现象 做下面小实验，看有什么发现。 (1)取一小块洁净的玻璃，用滴管将一滴清水滴到玻璃上，观察水滴的变化。 (2)取一小张蜡纸，用滴管将一滴清水滴到蜡纸上，观察水滴的变化。 答案　(1)在洁净玻璃上的水滴扩展形成薄层，附着在玻璃上并把玻璃浸湿。 (2)在蜡纸上的水滴可来回滚动而不会扩展成薄层附着在蜡纸上。 1．浸润和不浸润 (1)定义 ①浸润：液体润湿某种固体并附着在该固体表面上的现象称为浸润。 ②不浸润：液体不润湿某种固体，也不附着在该固体表面上的现象称为不浸润。 (2)产生原因 ①内聚力大于附着力，这时跟固体接触的液体表面有缩小的趋势，形成不浸润现象。 ②附着力大于内聚力，这时跟固体接触的液体表面有扩展的趋势，形成浸润现象。 2．毛细现象 (1)毛细现象：浸润液体在细管里上升的现象和不浸润液体在细管里下降的现象，称为毛细现象。 (2)毛细管：能发生毛细现象的管称为毛细管。 (3)产生原因 ①浸润液体与毛细管内壁接触时，液体表面弯曲，呈凹形。表面张力形成向上的作用力，使管内液体上升。 ②不浸润液体与毛细管内壁接触时，液体表面弯曲，呈凸形。表面张力形成向下的作用力，使管内液体下降。 1．从上述实验可以看出水浸润玻璃，是否可以说水一定是浸润液体？ 答案　不可以。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，例如：水银不浸润玻璃，但浸润铅；水浸润玻璃，但不浸润石蜡。 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？ 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。 3．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。这样做为什么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，当蜡或油脂受热熔化成液体后，由于毛细现象，它们就被纸吸掉了。 例3　(2022·山东临沂市高二期中)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。 例4　(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，管子越细，现象越明显，故A、D正确，B、C错误。 三、液晶 1．定义 既具有像液体那样的流动性和连续性，又具有像晶体那样的各向异性特点的流体。 2．性质 外界条件的微小变化，会引起液晶分子排列的变化，从而改变液晶的某些性质，例如温度、压力、摩擦、电磁作用、容器的表面差异等，都可能改变液晶的光学性质。 3．应用 (1)液晶显示屏。 (2)液晶测温。 (1)液晶的各种物理性质均表现为各向异性。(　×　) (2)液晶具有液体的流动性，液晶的分子排列与液态相同。(　×　) (3)液晶是液体和晶体的混合物。(　×　) 例5　(多选)液晶电视逐步走进了千家万户，液晶电视的关键部件是液晶层。下列关于液晶电视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；液晶显示器就是利用液晶对光具有各向异性的特点，故D正确。 课时对点练 考点一　表面张力 1．(多选)关于液体的表面张力，下列说法中正确的是(　　) A．表面张力是液面各部分间相互吸引的力，方向与液面相切 B．表面张力是液面分子间的作用力的宏观体现 C．表面层里的分子距离比液体内部的小，分子间的作用力表现为引力 D．不论是水还是水银，表面张力都要使液面收缩 答案　ABD 解析　表面张力是液面各部分间相互吸引的力，方向与液面相切，在液体与气体相接触的表面层中，液体分子的分布比液体内部的稀疏，分子间的相互作用力表现为引力，其宏观表现是使液面收缩，好像绷紧的橡皮膜一样。C选项错误。 2．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 答案　A 解析　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，故选A。 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　浸润与不浸润 毛细现象 4．(2022·江苏扬州市检测)液体的附着层具有收缩趋势的情况(　　) A．发生在液体不浸润固体的附着层 B．发生在液体浸润固体的附着层 C．发生在所有液体的附着层 D．不可能发生 答案　A 5．(多选)(2022·山东临沂市高二月考)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。 考点三　液晶 7．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 B．液晶具有光学各向同性的性质 C．液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性 D．液晶的光学性质随光照强度的变化而变化 答案　D 解析　液晶态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，A错误；液晶既具有液体的流动性，又具有与某些晶体相似的性质，如具有光学各向异性等，B错误；液晶分子的空间排列是不稳定的，外界条件的微小变化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、光照、外加电压等因素的变化，都会改变液晶的光学性质，故C错误，D正确。 8．下列属于液晶态的分子示意图的是(　　) 答案　B 9．以下与液体有关的自然现象中，对其分析正确的是(　　) A．鸭子从池塘中出来，羽毛并不湿，这属于毛细现象 B．唐诗《观荷叶露珠》中有“霏微晓露成珠颗”一句，诗中荷叶和露水表现为浸润 C．小昆虫能在水面上自由走动与表面张力无关 D．保存地下的水分要把地面的土壤锄松，这是为了破坏土壤中的毛细管 答案　D 解析　鸭子从池塘中出来，羽毛不湿，是不浸润现象，A错误；“霏微晓露成珠颗”中荷叶和露水表现为不浸润，B错误；小昆虫能在水面上自由走动正是由于水的表面张力作用，C错误；农田里如果要保存地下的水分，就要把地面上的土壤锄松，破坏土壤中的毛细管，D正确。 10．(多选)(2022·河北张家口市高二期末)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．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，具有各向同性 答案　ABC 解析　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，故A正确；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，故B正确；布制的雨伞伞面能明显看到线的缝隙，但雨伞不漏雨水是因为液体存在表面张力的作用，故C正确；液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质又与某些晶体相似，具有各向异性，故D错误。 11．(多选)(2022·广东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。 12.(2022·广东中山市高二期末)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，如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。 13.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匀速圆周运动的向心力。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 $$