第2章 5.液体-【金版教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册创新导学案课件PPT（人教版2019）

第二章　气体、固体和液体 5.液体 1．知道生活中液体的表面张力现象，知道液体表面张力形成的原因。2.了解浸润和不浸润现象，了解毛细现象。3.知道什么是液晶，了解液晶的特性及应用。 2 目录 1 2 3 课前自主学习 课后课时作业 课堂探究评价 课前自主学习 一　液体的表面张力 1．表面层 (1)液体表面有一层跟气体接触的薄层，叫作表面层。 (2)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_____；在表面层，分子比较______，分子间距离r略大于r0，分子间的作用力表现为______。 2．表面张力 如果在液体表面任意画一条分界线，线两侧的液体之间的作用力的方向总是跟液面______，且与分界线______。这种力__________________，叫作液体的表面张力。表面张力使液体表面有______的趋势。 斥力 稀疏 引力 相切 垂直 使液体表面绷紧 收缩 课前自主学习 5 二　浸润和不浸润 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。 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．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_____时，液体能够浸润固体。反之，液体则不浸润固体。 4．一种液体是否浸润某种固体，与______________________有关系。 5．毛细现象：浸润液体在细管中_______的现象，以及不浸润液体在细管中_______的现象，称为毛细现象。 强 这两种物质的性质都 上升 下降 课前自主学习 6 三　液晶 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_______，又在一定程度上具有晶体分子的______________的性质。 2．有些物质在特定的_______范围之内具有液晶态；另一些物质，在适当的溶剂中溶解时，在一定的_______范围具有液晶态。 3．分子取向排列的液晶具有______________。 4．液晶的研究在__________中也有应用。 流动性 规则排列 温度 浓度 光学各向异性 生命科学 课前自主学习 7 1．判一判 (1)表面张力是液体内部各分子间的相互作用。(　　) (2)液体内部分子间距小于液体表面层的分子间距。(　　) (3)液体在细管中上升，是不浸润现象的体现。(　　) (4)水对所有固体都浸润。(　　) (5)液晶是液体和晶体共存的混合物。(　　) 提示： (1)× 　(2)√　(3)× 　(4)× 　(5)×　 课前自主学习 8 2．想一想 电影《太空旅客》中有这样一个情节：星际飞船的人工重力突然消失，泳池中的水飘起来，最后形成一个水球。失重的水为什么会形成球状？ 提示：失重时，水不受重力的影响，在表面张力的作用下形成球状。 课前自主学习 9 课堂探究评价 探究1　液体的表面张力 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 课堂探究评价 11 活动1：如图甲所示，水黾可以停在水面，但如果浸入水里，就不会浮起来，这表明什么？ 活动2：如图乙所示①和②、③和④两组实验：将棉线松弛地系在铁丝环上，在肥皂液里浸过后就留下一层肥皂液薄膜(图①③)，用烧热的针刺破一侧的薄膜，剩下的薄膜会发生如图②④所示的变化，这说明液体表面有什么性质？ 提示：液体内部和表面的性质不同。 提示：肥皂液薄膜的面积总是趋向于收缩到最小，这说明液体表面有收缩的趋势。 课堂探究评价 12 活动3：液体表面速率大的分子会挣脱其他分子的吸引而逸出液体，这就是蒸发。高速率分子的不断逸出会造成液体表面的分子比液体内部稀疏，形成表面层，如图丙所示。请根据分子力的特点解释活动1、2中液体表面的性质。 提示：如图丙所示，在液体内部，分子间平均距离r略小于平衡距离r0，分子间的作用力表现为斥力。在表面层中，分子比较稀疏，分子间距离r略大于r0，分子之间的作用力表现为引力，这个力使表面层中的分子趋向于相互靠近，从而使液体表面绷紧，就像拉伸的橡皮膜。 课堂探究评价 13 1．表面张力的形成 (1)分子分布：液体表面层的分子分布比液体内部分子稀疏。 (2)分子力特点：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)表面特性：表面层分子间的引力使液面产生了表面张力，液体表面好像绷紧的膜。 (4)表面张力的方向：与液面相切，垂直于分界线。如图所示。 课堂探究评价 14 2．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，滴在洁净玻璃上的水银滴呈球形。(由于受重力的影响，往往呈扁球形，在失重条件下才呈球形) 课堂探究评价 15 例1　(多选)关于液体，下列说法正确的是(　　) A．液体的表面有收缩到最小表面积的趋势 B．液体表面层里的分子比液体内部的分子排得较紧密，是表面张力作用的结果 C．液体表面层里的分子间距离比平衡距离大些，是表面张力存在的原因 D．表面张力使液面具有收缩的趋势，所以表面张力的方向垂直于液面指向液体的内部 课堂探究评价 16 [实践探究]液体表面层的分子间距与内部的分子间距大小相同吗？ 提示：不同，表面层的分子间距较大。 规范解答　液体内部分子间的平均距离略小于分子间的平衡距离(r0)，内部分子间作用力为斥力；液体表面层里的分子间平均距离比分子间的平衡距离(r0)大，分子间作用力表现为引力，所以，液体的表面均呈现表面张力现象。表面张力是液体表面各部分之间的吸引力，使液面具有收缩的趋势，表面张力的方向与液面相切。A、C正确，B、D错误。 课堂探究评价 17 解答液体表面张力问题的技巧 解答液体的表面张力问题，应熟练掌握液体的表面张力形成的原因、表面张力的方向、表面张力的效果等。 课堂探究评价 18 [变式训练1]　关于液体的表面张力，以下说法中正确的是(　　) A．缝衣针浮在水面上不下沉是重力与水的浮力平衡的结果 B．小木块能够浮在水面上是液体表面张力与其重力平衡的结果 C．露珠表面的水分子之间的距离小于内部的水分子之间的距离 D．小昆虫在水面上自由往来而不陷入水中是液体表面张力在起作用 解析　缝衣针浮在水面上不下沉是水的表面张力作用的结果，A错误；小木块能够浮在水面上是浮力与其重力平衡的结果，B错误；露珠表面层水分子间距离大于内部水分子间距离，分子间的作用力表现为引力，表面存在张力，故C错误；小昆虫在水面上自由往来而不陷入水中是液体表面张力在起作用，D正确。 课堂探究评价 19 探究2　浸润和不浸润及毛细现象 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 课堂探究评价 20 活动1：如图甲，水珠会附着在玻璃板面上，但是在蜡面上却可以滚来滚去，类似的还有：水银珠在玻璃板上可以滚来滚去，但是却能附着在铅板上，对此可以总结出什么？ 提示：水能润湿玻璃，但不能润湿蜡；水银能润湿铅板，但不能润湿玻璃，这说明一种液体能否润湿某种固体，与这两种物质的性质都有关。 课堂探究评价 21 活动2：观察图乙玻璃管中的水和水银，考虑能否用分子动理论解释水润湿玻璃与水银不润湿玻璃这类现象？ 提示：水银不润湿玻璃，可能是玻璃管表面的分子对接触处水银分子的吸引力比水银分子间作用力弱，引起接触处的水银面收缩，与玻璃管分离。对比可知，水润湿玻璃，可能是玻璃管表面的分子对接触处水分子的吸引力比水分子间的作用力强，引起接触处的水面扩展，附着在玻璃管上。 课堂探究评价 22 活动3：如图丙所示，水能润湿玻璃，两端开口的玻璃管中的液面比水面高，水不能润湿塑料，两端开口的塑料笔芯管中的液面比水面低，图丁是水在玻璃管中上升的放大图，能否用液体的表面张力解释这类现象？ 提示：水能润湿玻璃，水的表面张力形成向上的拉力，促使液面上升，当管中液体上升到一定高度，液柱所受的重力与液面边缘使它向上的力平衡时，液面不再上升。水不能润湿塑料，水的表面张力形成向下的拉力，促使液面下降，当管中液体下降到一定高度，水面与管中液面的压力差与管中液面边缘使它向下的力平衡时，液面不再下降。 课堂探究评价 23 1．浸润和不浸润现象的理解 浸润与不浸润现象是分子力作用的表现。当液体与固体接触时，在接触处液体分子既受到固体分子的吸引，又受到其他液体分子的吸引。如果受到的固体分子的吸引比较弱，跟固体接触的液体表面有收缩的趋势，形成不浸润现象。 相反，如果受到的固体分子的吸引相当强，跟固体接触的液体表面有扩展的趋势，产生浸润现象。 液体能否浸润固体，取决于液体和固体两者的性质，而不单纯由液体或固体单方面性质决定。同一种液体，对一些固体是浸润的，对另一些固体是不浸润的，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、锌等。 课堂探究评价 24 2．毛细现象的解释 当毛细管插入浸润液体中时(如图1)，液体表面 张力形成向上的拉力，管内液体向上运动。直到表面 张力向上的拉伸作用与管内升高的液体重力相等时， 达到平衡，液体停止上升，稳定在一定的高度。 当毛细管插入不浸润液体中时(如图2)，液体表面张力形成向下的拉力，管内液体向下运动。当使液面弯曲下压的力与管内外液面的压力差相等时，管内液面不再下降。 课堂探究评价 25 (1)毛细现象是表面张力作用的结果；浸润时表面张力产生的附加压强指向液体外，不浸润时产生的附加压强指向液体内。 (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，高度差越大，即毛细现象越明显。 课堂探究评价 26 例2　一种液体不浸润某种固体的原因是(　　) A．液体分子对固体分子的吸引比固体分子之间的吸引弱 B．液体分子对固体分子的吸引比固体分子之间的吸引强 C．固体分子对液体分子的吸引比液体分子之间的吸引弱 D．固体分子对液体分子的吸引比液体分子之间的吸引强 课堂探究评价 27 [实践探究](1)浸润与不浸润比较的是哪两个作用力？ (2)不浸润时哪个作用力较强？ 提示：比较固体分子对与之接触的液体分子的作用力和液体分子之间的相互作用力。 提示：液体分子之间的相互作用力更强。 规范解答　液体不浸润固体，原因是液体和与之接触的固体的引力比液体分子之间的引力弱，故选C。 课堂探究评价 28 [变式训练2]　(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(　　) 解析　因为水能浸润玻璃，所以A正确，B错误。水银不能浸润玻璃，C正确，D错误。 课堂探究评价 29 探究3　液晶 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 课堂探究评价 30 活动1：如图甲，日常生活中手机、笔记本电脑、液晶电视都要用到液晶屏，联系前面学习的晶体和液体，从字面上猜测“液晶”这种物质有什么特点？ 活动2：在显微镜下观察液晶显示屏，如图乙所示，可以发现屏幕由很多方块状的像素组成，对方块中的液晶物质研究，发现其分子呈棒状，不同温度时其分子排列如图丙，如何描述图丙液晶分子排列的变化特点？ 提示：既有晶体的性质，又有液体的性质。 提示：在低温时液晶会凝固成结晶态，不仅分子的取向是有序的，而且分子重心的位置也是有序的。当温度升高时，晶体中分子的热运动增强，使分子重心位置的有序性消失，转为液晶态，分子取向有序程度也下降。当温度进一步升高时，分子取向有序性也消失，完全进入无序的状态，变成液态。 课堂探究评价 31 活动3：分析比较图丙中液晶三种状态的分子排列，猜想液晶态应该具有什么物理性质？ 活动4：如图丁是液晶屏单个像素的显示原理，背光源射出的白光穿过液晶层，再穿过三原色彩色滤光片被人眼看到，用电场可以控制液晶分子的排列，从而影响光穿过液晶后的偏振方向，再结合下、上偏振片控制透光率，从而改变像素显示的颜色、亮度。请问液晶屏利用了液晶的什么特性？ 提示：液晶态分子的排列具有一定的规则性，可能像晶体一样具有物理性质的各向异性；分子排列又有些像液态时的无规则性，因此可能像液体一样具有流动性。 提示：所加电场情况不同，液晶分子的排列不同，导致液晶对光的偏振的影响不同，所以液晶屏利用了液晶光学性质的各向异性。 课堂探究评价 32 1．构成液晶的分子为有机分子，大多为棒状，其棒长多为棒直径的5倍以上，由于这种长棒状的分子结构，使得分子集合体在没有外界干扰的情况下趋向分子相互平行排列。 2．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，在一定的浓度范围具有液晶态。 课堂探究评价 33 3．分子取向排列的液晶具有光学各向异性，具体地说，沿分子长轴方向上的折射率不同于沿短轴的。入射光的偏振方向与液晶分子长轴的方向成不同夹角时，液晶对光的折射率不同。因此，一束非偏振光射入液晶层后再射出时，由于液晶折射率的各向异性会产生两束光程不同的光。这样两束光在出射点处矢量叠加(等效于干涉)，我们在显微镜下就可以观察到某种色光。 4．液晶的研究在生命科学中也有应用。例如，某些物质在水溶液中能够形成薄片状液晶，而这正是生物膜的主要构成部分。目前在实验室中已经可以利用这样的人造生物膜研究离子的渗透性，从而了解机体对药物的吸收等生理过程。另外，在脑、肌肉和视网膜等多种人体组织中都发现了液晶结构，有关液晶的研究已经成为物理科学与生命科学的一个重要结合点。 课堂探究评价 34 例3　(多选)关于液晶的分子排列，下列说法正确的是(　　) A．液晶分子在特定方向排列整齐 B．液晶的物理性质在外界的影响下很容易发生改变 C．液晶分子的排列整齐且稳定 D．液晶的物理性质稳定 课堂探究评价 35 [实践探究](1)液晶分子的空间分布是怎样的？ (2)液晶是一种稳定的状态吗？ 提示：在没有外界干扰的情况下趋向分子相互平行排列。 提示：不是。 规范解答　液晶分子在特定方向上排列比较整齐，故A正确；液晶分子排列不稳定，外界条件的微小变动会引起液晶分子排列的变化，故C错误；液晶的物理性质不稳定，例如有一种液晶，在外加电压的影响下，会由透明状态变成浑浊状态，去掉电压，又恢复透明，故B正确，D错误。 课堂探究评价 36 判断液晶的技巧 (1)液晶是既有流动性和连续性，又具有各向异性的流体。 (2)有些液晶在外加电压下会由透明变为不透明，但液晶本身不会发光。 课堂探究评价 37 [变式训练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．有些液晶的光学性质随温度的变化而变化 D．有些液晶的光学性质随外加电压的变化而变化 解析　液晶的微观结构介于晶体和液体之间，A错误；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，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，例如温度、压力、外加电压等因素变化时，都会改变液晶的光学性质，C、D正确。 课堂探究评价 38 课后课时作业 1．(液体的表面张力)(多选)下面有关表面张力的说法中，正确的是(　　) A．表面张力的作用是使液体表面伸张 B．表面张力的作用是使液体表面收缩 C．有些小昆虫能在水面上自由行走，这是由于有表面张力的缘故 D．用滴管滴液滴，滴的液滴总是球形，这是由于表面张力的缘故 解析　表面张力的作用效果是使液体表面收缩，B正确，A错误；由于表面张力，液面被压弯并收缩，使小昆虫浮在液面上，C正确；由于表面张力，液滴表面收缩成球形，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 2．(液体的表面张力)(多选)关于液体表面张力，下列说法正确的有(　　) A．图甲中的液体表面层分子间作用力表现为引力，所以分子间的距离小于平衡距离 B．图甲中的液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的平均距离，产生表面张力 C．图乙中液体表面张力方向与液面相切 D．图乙中液体表面张力方向与液面垂直 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 解析　图甲中液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的平均距离，而在液体内部，分子间平均距离略小于平衡距离，分子间的作用力表现为斥力，在表面层，分子间距离略大于平衡距离，分子间的作用力表现为引力，所以产生表面张力，故A错误，B正确；图乙中液体表面张力方向与分界线垂直，与液面相切，故C正确，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 3．(浸润和不浸润)规范佩戴医用防护口罩是预防呼吸道传染病的有效措施之一，如图为一水滴落在某防护口罩内侧的示意图，以下说法正确的是(　　) A．该材料对水是浸润的 B．该材料对水是不浸润的 C．该材料对所有的液体都是浸润的 D．该材料对所有的液体都是不浸润的 解析　由图可知该医用防护口罩内侧所用材料对水是不浸润的，A错误，B正确；某一材料会对某些液体表现为浸润，对其他液体表现为不浸润，C、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 4．(浸润和毛细现象)将玻璃管和塑料管分别插入水中，管中液面如图所示，下列说法正确的是(　　) A．左边管子为塑料管 B．右边液面是不浸润现象 C．左边液面是因为水分子之间的斥力形成的 D．右边液面是因为材料分子间的斥力形成的 解析　根据液面的形状可以判断左边管子对水是浸润的，右边管子对水是不浸润的，所以左边管子为玻璃管，故A错误，B正确；浸润是由于玻璃分子对外层水分子的吸引力大于内层水分子对外层水分子的吸引力，液面为凹形，故C错误；不浸润是由于塑料分子对外层水分子的吸引力小于内层水分子对外层水分子的吸引力，液面为凸形，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 5．(液晶)下列关于液晶的说法中正确的是(　　) A．液晶是具有液体性质的晶体 B．液晶分子在特定方向排列比较整齐 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 解析　液晶是液体和晶体的中间态，A错误；液晶分子在某些方向上排列规则，某些方向上杂乱，B正确；有外加电压时，电子手表中的液晶由透明态变为不透明态，而本身不能发光，C错误；不是所有物质都具有液晶态，通常棒状分子、碟状分子和平板状分子的物质容易具有液晶态，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 6．(综合)下面说法正确的是(　　) A．鸭子从池塘中出来，羽毛并不湿——毛细现象 B．细玻璃棒尖端放在火焰上烧熔后尖端变成球形——表面张力 C．压紧土壤可以把地下水分引上来——不浸润现象 D．保存地下的水分就要把地面的土壤锄松——表面张力 解析　鸭子从池塘中出来，羽毛并不湿，是不浸润现象，故A错误；细玻璃棒尖端放在火焰上烧熔后尖端变成球形，是因为表面张力具有使液体表面绷紧即减小表面积的作用，而体积相同情况下球的表面积最小，故呈球形，B正确；压紧土壤可以把地下水分引上来，是浸润液体在毛细管中上升的现象，故C错误；保存地下的水分就要把地面的土壤锄松，防止毛细现象的发生，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 7．(综合)下列说法中正确的是(　　) A．某种液晶的分子排列会因所加电压的变化而变化，由此引起光学性质的改变 B．在处于失重状态的宇宙飞船中，一大滴水银会呈球状，这是因为液体内分子间有相互吸引力 C．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，这是因为油脂使水的表面张力增大 D．当两薄玻璃板间夹有一层水膜时，在垂直于玻璃板的方向很难将玻璃板拉开，这是由于水膜具有表面张力 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 解析　某种液晶的分子排列会因所加电压的变化而变化，由此引起光学性质的改变，故A正确；在处于失重状态的宇宙飞船中，一大滴水银会成球状，是液体表面张力的原因，故B错误；水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠，这是不浸润的结果，而在干净的玻璃板上不能形成水珠，这是浸润的结果，故C错误；夹有一层水膜的两薄玻璃板很难被拉开是由于大气压强的作用，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 8．(综合)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 C．水和手发生不浸润现象 D．在空间站中水的表面张力变大，使得水“粘”在手上 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 解析　在空间站水滴仍受重力作用，只是重力用来提供其随空间站一起绕地球转动的向心力，水滴处于失重状态，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，晃动也不会掉落，说明水和手发生浸润现象，故B正确，C错误；水“粘”在手上，是因为手表面的分子对水分子的吸引力大于水分子之间的吸引力，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 9．(综合)2022年3月23日，中国空间站第二次太空授课，演示了在失重环境下水的表面张力将两个塑料板连接起来的“液桥”实验。已知表面张力大小F＝σL，其中L为长度，σ为表面张力系数，表示不同液体表面张力大小的性质，则σ的单位用国际单位制中的基本单位可表示为(　　) A．kg/m B．kg/m2 C．kg/s D．kg/s2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 10．(综合)立方体玻璃容器内盛一定体积的水，盖上玻璃盖后置于完全失重环境下，则容器内水(图中阴影区域)的形状可能是(　　) 解析　水处于完全失重状态，由于水对玻璃的浸润性，在表面张力的作用下，水应该吸附在容器的内表面呈现A的形状。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 11．(综合)(多选)如图，雨后的树叶上聚集了大量的水珠，下列说法正确的是(　　) A．水珠表面层，水分子比较密集 B．水珠表面层，水分子间距离大于平衡距离 C．水珠表面层，水分子间的作用力表现为斥力 D．水珠表面层，水分子势能大于在平衡位置时的势能 解析　水珠表面层，分子比较稀疏，故A错误；水珠表面层水分子间的距离r大于平衡距离r0，因此分子间的作用力表现为引力，故B正确，C错误；水分子在平衡位置时分子势能最小，因此水珠表面层水分子势能大于水分子在平衡位置时的势能，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 课后课时作业 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R 解析　设L＝x m时，对应表面张力大小F＝y N，根据F＝σL，可得σ＝eq \f(F,L)＝eq \f(y N,x m)＝eq \f(y kg·m/s2,x m)＝eq \f(y,x) kg/s2，可知σ的单位用国际单位制中的基本单位可表示为kg/s2，D正确，A、B、C错误。 $$