第2章 第2节 第3节 材料及其应用-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修第三册同步导学案配套PPT课件（鲁科版）

第2节　表面张力和毛细现象  第3节　材料及其应用 第2章　固体与液体 [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.了解液体的微观结构、浸润和不浸润现象、毛细现象,了解这些现象的产生原因(难点)。3.了解液晶的特点及其应用。4.了解材料的种类及应用。 课时作业 巩固提升 要点1　液体的微观结构　液体的表面张力 要点2　浸润与不浸润及毛细现象 要点3　液晶 内容索引 巩固演练 举一反三 要点4　对常见材料的认识 要点1　液体的微观结构　 液体的表面张力 一 4 梳理 必备知识 自主学习 1.在液体内部,分子间的距离等于分子力　　　　的距离,在表面层,分子比较　　　　,分子间距　　　　分子力平衡的距离,因此分子间的作用力表现为　　　　。  2.液体的表面张力 (1)表面张力:由于表面层内分子比较稀疏,分子间的作用力表现为 　　　　力,使液体表面绷紧。  (2)作用效果:使液面具有　　　　　　　　　　　　的趋势。  平衡　 稀疏　 大于　 引力 引 收缩到表面积最小 [思考与讨论] 如图所示是液体表面附近分子分布的大致情况。   请结合图片思考: (1)液体表面层内的分子间距离和分子力各有什么特点? (2)液体像气体一样没有固定的形状,具有流动性,而又像固体一样具有一定的体积,不易被压缩,液体的这些特点是由什么决定的? (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? 提示:(1)表面层内分子间距离大于r0,分子间作用力表现为引力。 (2)液体的微观结构。 (3)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。 1.液体表面张力的成因分析 (1)分子间距离特点:由于蒸发现象,液体表面层分子分布比内部分子稀疏。 (2)分子力特点:液体内部分子间引力、斥力基本上相等,而液体表面层分子之间距离较大,分子力表现为引力。 (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,使液体表面形成一层绷紧的膜。 归纳 关键能力 合作探究 2.表面张力及其作用 (1)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,在完全失重条件下才呈球形)。 (2)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。 (3)表面张力的方向:和液面相切,垂直于液 面上的各条分界线,如图所示。 [例1]　关于液体的表面张力,下列说法正确的是(　　) A.表面张力是液体内部各部分之间的相互作用力 B.液体表面层分子的分布比内部稀疏,分子力表现为引力 C.液体的表面张力随温度的升高而增大 D.表面张力的方向与液面垂直 B [解析]　液体表面层分子比液体内部稀疏,故分子力表现为引力,表面张力的方向沿液面的切线方向,与分界线垂直。表面张力是液体表面层分子间的作用力,随温度的升高,液体表面层分子间的距离增大,引力作用随之减小,所以表面张力减小,故B正确,A、C、D错误。 [针对训练]　1.如图所示,金属框架的A、B间系一个棉线圈,先使框架布满肥皂膜,然后将P和Q两部分的肥皂膜刺破,线的形状将变成下列选项图中的(　　) C 解析:由于液体表面张力的作用,液体表面有收缩到最小的趋势,故C正确。 二 要点2　浸润与不浸润及毛细现象 14 1.浸润和不浸润 (1)浸润:一种液体　　　某种固体并　　　在该固体表面上的现象。  (2)不浸润:一种液体不　　　某种固体也　　　　在该固体表面上的现象。  (3)浸润和不浸润是　　　　作用的表现。  梳理 必备知识 自主学习 润湿 附着 润湿　 不附着 分子力 2.毛细现象 (1)定义:浸润液体在细管里　　　　　　的现象和不浸润液体在细管里　　　　　　的现象。  (2)毛细管内外液面的高度差与毛细管的内径有关,毛细管内径越小,高度差越　　　　。  上升　 下降 大 [思考与讨论] (1)把一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。 1.浸润和不浸润的形成原因 (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 当固体分子吸引力大于液体内部分子力时,这时表现为液体浸润固体。 归纳 关键能力 合作探究 (3)不浸润的成因 当固体分子吸引力小于液体内部分子力时,这时表现为液体不浸润固体。 特别提醒 浸润和不浸润是发生在两种材料(液体与固体)之间的,与这两种物质的性质都有关系,不能单说哪一种材料浸润或不浸润。例如,水能浸润玻璃,但不能浸润石蜡;水银不能浸润玻璃,但能浸润铅。 2.毛细现象的产生原因 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,因为液体的表面张力的作用,液体会受到向上的作用力,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向下的力,因而管内液面比管外低。 [例2]　(多选)下列说法正确的有(　 　) A.因为水银滴在玻璃板上呈椭球状,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.在运行的人造卫星中,由于一切物体都处于完全失重状态,所以当一个固定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.当液体A和固体B接触时,是否发生浸润现象,取决于固体B的分子对附着层分子的作用力与液体内部的分子对附着层分子作用力之间的大小关系 BCD [解析]　液体浸润固体,附着层有扩展的趋势;液体不浸润固体,附着层有收缩的趋势,固体分子和液体内部分子都对附着层分子有作用力,是否发生浸润取决于两者之间的关系,水银不浸润玻璃,但有可能浸润其他固体,浸润与不浸润是由液体和固体两者的性质共同决定的,所以选项A错误,B、D正确;在处于完全失重状态的人造卫星上,如果液体浸润容器器壁,液体会沿着器壁流散,故必须盖紧盖子,选项C正确。 [针对训练]　2.(多选)下列情况属于毛细现象的是(　　) A.墨水打翻了,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.钢笔灌墨水时,把皮管按几下,墨水就被吸到皮管里去了 AC 解析:墨水打翻了,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;钢笔灌墨水时,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。 三 要点3　液晶 26 1.液晶的概念:既具有像液体那样的　　　　性和连续性,又具有像晶体那样的　　　　　　特点的流体,称为液晶。  2.液晶分子的特性 液晶分子的排列　　　　(选填“稳定”或“不稳定”),液晶在　　　　改变时会改变颜色。  梳理 必备知识 自主学习 流动　 各向异性 不稳定 温度 [思考与讨论] 液晶是指液态晶体,这种说法对吗? 提示:这种说法不对,液晶不是晶体,只是与某些晶体相似,具有各向异性。 1.液晶的特点 (1)液晶具有流动性,具有液体的特点。 (2)液晶在不同方向上光学性质不同。 (3)在不同方向上液晶分子的排列情况不同。 (4)液晶受到外界影响时,物理性质会发生明显的变化。 归纳 关键能力 合作探究 2.液晶的应用 (1)液晶显示器:用于电子手表、电子计算器、电脑等。 (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、生物医学等领域有广泛应用。 [例3]　(多选)关于液晶,下列说法中正确的有(　　) A.液晶是一种晶体 B.液晶分子的空间排列是稳定的,具有各向异性 C.液晶的光学性质随温度的变化而变化 D.液晶的光学性质随外加电压的变化而变化 CD [解析]　液晶的微观结构介于固体和液体之间,虽然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、B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,选项C、D正确。 [针对训练]　3.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.液晶分子在特定方向排列比较整齐,但不稳定 C.电子手表中的液晶在外加电压的影响下,能够发光 D.所有物质在一定条件下都能成为液晶 B 解析:液晶是一种介于液体和固体之间的特殊物质,液晶分子在特定方向排列比较整齐,但不稳定,液晶的光学性质随外加电压的变化而变化,但液晶本身不发光,并不是所有物质都能成为液晶,故选B。 四 要点4　对常见材料的认识 35 1.材料的种类 (1)按材料特性分为:　　　　材料和　　　　材料。  (2)按应用领域分为:　　　　材料、能源材料、建筑材料、　　　　材料、航空航天材料等。  (3)按习惯分为:　　　　材料、无机非金属材料、有机高分子材料和 　　　　材料。  梳理 必备知识 自主学习 结构　 功能 信息　 生物 金属　 复合 2.材料的应用 (1)微电子材料:　　　　。  (2)力、热、声、光、磁等方面的某些性能会发生突变的　　　　材料。  (3)　　　　具有优异的光学、电学、力学特性,是已知强度最高的材料之一。  半导体 纳米 石墨烯 1.半导体 (1)定义:导电性能介于金属导体和绝缘体之间,具有优异特性的微电子材料。 (2)应用:通信卫星、电视卫星接收机、移动通信、高清晰度电视以及军用电子装置等领域。 2.纳米材料 (1)定义:粒度在1~100 nm的材料称为纳米材料。 (2)应用:医药、电子、生物、航空等方面都有广阔的应用空间。 归纳 关键能力 合作探究 [例4]　(多选)材料如果按特性分类,可分为(　　) A.结构材料　　　　　　 B.信息材料 C.复合材料 D.功能材料 [解析]　按照材料的特性,可以把材料分为结构材料和功能材料两类;结构材料主要利用材料的力学特性,功能材料主要利用材料的声、光、热、电、磁等特性,故选A、D。 AD [针对训练]　4.纳米材料的奇特效应使纳米材料表现出不同于传统材料的良好性能,以下关于纳米材料的性能的说法中,正确的是(　　) A.在力学性能方面,纳米材料具有高强、高硬和良好的塑性 B.在热学性能方面,纳米超细微粒的熔点比常规粉体高得多 C.在电学性能方面,纳米金属在低温时会呈现超导电性 D.在化学性能方面,纳米材料化学活性低 A 解析:解答本题时应注意纳米材料的良好性能主要表现在: (1)力学性能:高强、高硬和良好塑性。 (2)热学性能:熔点较低。 (3)电学性能:低温时会呈现电绝缘性。 (4)化学性能:具有相当高的化学活性。 五 巩固演练 举一反三 42 1.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 解析:A项中船浮于水面上是浮力造成的,故选A。 A 2.不浸润时,附着层里的液体分子比液体内部稀疏的原因是(　　) A.附着层里液体分子间的斥力强 B.附着层里液体分子间的引力强 C.固体分子对附着层里的液体分子的吸引,比液体内部分子的吸引弱 D.固体分子对附着层里的液体分子的吸引,比液体内部分子的吸引强 C 解析: 3.水对玻璃是浸润液体,而水银对玻璃是不浸润液体,它们在毛细管中将发生上升或下降现象,现把粗细不同的三根毛细管插入水或水银中,液柱如图所示,其中正确的现象应是(　　) D 解析:水银对玻璃是不浸润液体,不浸润液体在毛细管内附着层液体的分子密度较小,液体分子间距较大(大于r0),此时附着层内的分子相互作用表现为引力,液面呈现收缩的趋势,即液面下降,故不浸润液体在毛细管内下降,而且毛细管越细,不浸润液体在毛细管内下降的高度越大,故A、C错误;水对玻璃是浸润液体,浸润液体在毛细管内上升,而且毛细管越细,浸润液体在毛细管内上升的高度越大,故B错误,D正确。 4.(多选)下列叙述中正确的是(　 　) A.棒状分子、碟状分子和平板状分子的物质一定呈液晶态 B.利用液晶在温度变化时由透明变浑浊的特性可制作电子表、电子计算器的显示元件 C.有一种液晶,随温度的逐渐升高,其颜色按顺序改变,利用这种性质,可用来探测温度 D.利用液晶可检查肿瘤,还可以检查电路中的短路点 BCD 解析:液晶态与分子的形状有关,棒状分子、碟状分子和平板状分子的物质容易具有液晶态,但并不都是呈液晶态,故A错误;液晶内部分子排列不稳定,当外界条件发生微小变化时,液晶分子的排列将会发生显著的变化,利用液晶在温度变化时由透明变浑浊的特性可制作电子表、电子计算器的显示元件,故B正确;利用液晶随温度变化而改变颜色的性质可探测温度,医学上可用来检查肿瘤,生产中可以检查电路中的短路点,故C、D正确。 六 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [A组　基础巩固练] 1.关于液体表面的特征,下列说法正确的是(　　) A.液体表面层的分子分布比内部密 B.液体有使其体积收缩到最小的趋势 C.液体表面层分子之间只有引力而无斥力 D.液体有使其表面积收缩到最小的趋势 13 D 解析:液体表面层的分子分布比内部稀疏,故A错;液体由于表面张力作用,有使其表面积收缩到最小的趋势,故B错,D对;液体表面层分子之间既有引力也有斥力,只是由于分子间距离较大,表现为引力,故C错。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 2.(多选)下列现象中,哪些是液体的表面张力所造成的(　　) 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 解析:用熔化的玻璃制成各种器皿,跟各种模具有关,并非表面张力造成的,故本题选A、B、D。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 ABD 3.(多选)以下说法中正确的是(　 　) A.材料科学是研究材料的制造、结构与性能三者之间相互关系的科学 B.材料对人类文明进程有着重要的影响 C.纳米是长度单位,1 nm=10-10 m D.半导体是具有优异特性的微电子材料 解析:1 nm=10-9 m,C错误;由材料的有关知识可知A、B、D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 ABD 4.液体表面张力产生的原因是(　　) A.液体表面层内分子比液体内部紧密,分子间斥力大于引力 B.液体表面层内分子比液体内部紧密,分子间引力大于斥力 C.液体表面层内分子比液体内部稀疏,分子间引力大于斥力 D.液体表面层内分子比液体内部稀疏,分子间斥力大于引力 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 C 解析:液体表面层内分子比液体内部稀疏,液体表面层内分子间的相互作用表现为引力,即分子间的引力比斥力大,故正确答案为C。 5.(多选)下列说法正确的是(　　) A.小昆虫能在水面上自由来往而不陷入水中靠的是液体的表面张力作用 B.小木块能够浮于水面上是液体表面张力与其重力平衡的结果 C.缝衣针浮在水面上不下沉是重力和水的浮力平衡的结果 D.喷泉喷射到空中形成一个个球形的小水珠是表面张力作用的结果 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 AD 解析:仔细观察可以发现,小昆虫在水面上“站定”或行进过程中,其脚部位置比周围水面稍下陷,但仍在水面上而未陷入水中,就像踩在柔韧性非常好的膜上一样,这是液体的表面张力在起作用,浮在水面上的缝衣针与小昆虫情况一样,故A正确,C错误;小木块浮于水面上时,木块的下部实际上已经陷入水中(排开一部分水),受到水的浮力作用,是浮力与重力平衡的结果,而非表面张力在起作用,故B错误;喷泉喷到空中的水分散时,每一小部分的表面都有表面张力在起作用且水近似处于完全失重状态,因而形成球状水珠(体积一定情况下以球形表面积为最小,表面张力的作用使液体表面有收缩到最小面积的趋势),故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 6.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,棉线的形状是下图中(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 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,棉线将被绷紧,液体表面有收缩到面积最小的趋势,正确选项为D。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 7.(多选)关于图甲、乙,下列说法正确的是(　　)   A.图甲为浸润现象,图乙为不浸润现象 B.图甲为不浸润现象,图乙为浸润现象 C.图甲中附着层的液体分子比液体内部的分子间距小 D.图乙中附着层的液体分子比液体内部的分子间距小 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 AC 解析:由题图可知,图甲为浸润现象,图乙为不浸润现象,选项A正确,B错误;根据浸润与不浸润的特点可知,浸润时,附着层的液体分子比液体内部的分子间距小,不浸润时,附着层的液体分子比液体内部的分子间距大,故C正确,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 8.(多选)将不同材料制成的甲、乙两细管插入相同的液体中,甲管内液面比管外液面低,乙管内液面比管外液面高,则(　　) A.液体对甲材料是浸润的 B.液体对乙材料是浸润的 C.甲管中发生的不是毛细现象,而乙管中发生的是毛细现象 D.若甲、乙两管的内径变小,则甲管内液面更低,乙管内液面更高 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 BD 解析:液体对固体浸润的情况下,在细管中液面将上升,所以A错,B对;毛细现象是指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,C错;在液体和毛细管材料一定的情况下,管越细毛细现象越明显,D对。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 [B组　综合强化练] 9.(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(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 AC 10.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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 B 解析:浸润的情况下,液体会沿着管壁上升,这是由于附着层内分子相互排斥,同时表面层内分子相互吸引的结果,不浸润的情况下,液体会沿着管壁下降,这是由于附着层内分子和表面层内分子均相互吸引的结果。由于液体内部分子力约为零,因此当附着层分子比内部疏时,分子力表现为引力,当附着层分子比内部密时,分子力表现为斥力。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 11.如图所示,玻璃烧杯中盛有少许水银,在太空轨道上运行的宇宙飞船内,水银在烧杯中呈怎样的形状(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 D 解析:因为水银不浸润玻璃,所以在完全失重的情况下,水银的形状只由表面张力决定。在表面张力作用下水银的表面积要收缩至最小,所以最终水银呈球形。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 12.如图所示,在培养皿内注入清水,让两根细木杆相互平行地浮在水面上,再在细木杆之间轻轻地滴入几滴酒精,两根细木杆会“自动”分离。请你解释这一现象。 答案:见解析 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 解析:漂浮在水面上的两细木杆,原来两边受到的液体表面张力大小相等、方向相反,处于平衡状态,滴入酒精后,两细木杆之间液体的表面张力减小,使得两细木杆间的液体表面张力比外侧液体的表面张力小,两细木杆就会分离。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 [C组　培优选做练] 13.两个完全相同的空心玻璃球壳,其中一个盛有一半体积的水,另一个盛有一半体积的水银,将它们封闭起来用航天飞机送到绕地球做匀速圆周运动的空间实验站中,在如图所示的四个图中(图中箭头指向地球中心,阴影部分为水或水银)。   (1)水在玻璃球壳中分布的情况,可能是　　　　图。  (2)水银在玻璃球壳中分布的情况,可能是　　　　图,理由是　  　。  2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 C B 答案:理由见解析 解析:①绕地球做匀速圆周运动的空间实验站中,球壳和其中的水、水银均处于完全失重状态。②水浸润玻璃,附着层有扩大的趋势;水银不浸润玻璃,附着层有收缩的趋势。③水和水银跟气体(空气或其他气体)接触的表面层都有收缩(使表面积最小)的趋势。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 $$