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word（人教版2019）

享学科网书城国 品牌书店·知名数辅·正版资源 b2XXk.com● 您身边的互联网+教辅专家 5.液体 核心素养定位 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知道什么是液品，了解液晶的特性及应用。 课前自主学习 液体的表面张力 1.表面层 ()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%，分子间的作用力表现为sp10)斥力；在表面 层，分子比较spl02稀疏，分子间距离r略大于ro,分子间的作用力表现为spl03)引力 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spO4 相切，且与分界线spl05)垂直。这种力spl1O6使液体表面绷紧，叫作液体的表面张力。 表面张力使液体表面有upl07)收缩的趋势。 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spO1)强时，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sp102)这两种物质的性质都有关系。 5.毛细现象：浸润液体在细管中sp1O3)上升的现象，以及不浸润液体在细管中sp1O业 下隆的现象，称为毛细现象。 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spl0)流动性，又 在一定程度上具有晶体分子的sp102规则排列的性质。 2.有些物质在特定的sp03)温度范围之内具有液晶态：另一些物质，在适当的溶剂中溶 1 亨学科网书城 品牌书店·知名数辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 解时，在一定的p1O4浓度范围具有液晶态。 3.分子取向排列的液晶具有s迎l05)光学各向异性。 4.液晶的研究在spl06)生命科学中也有应用。 ●课前检测 1.判一判 ()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)N(3)×(④)×(5)× 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”。 甲水龟可以停在水面 体 表面 液体 D 2 丙 师生互动 2 享学科网书城国 品牌书店·知名数辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 活动1：如图甲所示，水龟可以停在水面，但如果浸入水里，就不会浮起来，这表明什么？ 提示：液体内部和表面的性质不同。 活动2：如图乙所示①和②、③和④两组实验：将棉线松池地系在铁丝环上，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：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。 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 子的不斯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：如图内所示，在液体内部，分子间平均距离r略小于平衡距离，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。，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。 得 出 结 论 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”略小于，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。，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。 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 实 践 提 升 令学科网书城 品牌书店·知名数辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 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 [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()，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()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。 [答案]AC 心规律点拨 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、表而张力的方向、表面 张力的效果等。 [变式训练】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 答案D 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。 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”。 4 享学科网书城国 品牌书店·知名数辅·正版资源 b2xXk.com● 您身边的互联网+教辅专家 玻璃面 蜡面 分 乙玻璃管中的水和水银 玻璃管 翱料笔，芯 丁表面张力对管中液体形 成向上的拉力的示意图 师生互动 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。 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：水银不淘湿玻璃，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。 活动3：如图丙所示，水能淘湿玻璃，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。 得出结论 令学科网书城国 品牌书店·知名数辅·正版资源 b2XXk.com○ 您身边的互联网+教辅专家 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。 2.毛细现象的解释 图1 图2 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。 >特别提醒（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。 实践提 升 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 6 享学科网书城国 品牌书店·知名数辅·正版资源 b2XXk.com● 您身边的互联网+教辅专家 「实践探究](1)浸润与不浸润比较的是哪两个作用力？ 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。 (2)不浸润时哪个作用力较强？ 提示：液体分子之间的相互作用力更强。 [规范解答訇液体不浸润固体，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。 [答案]C [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() D 答案AC 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。 探究3液晶 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 结品态 享学科网书城国 品牌书店·知名数辅·正版资源 b2xXk.com● 您身边的互联网+教辅专家 上偏光片 彩色滤光片 薇品层 T压T基板 下偏光片 背光源 师生互动 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？ 提示：既有晶体的性质，又有液体的性质。 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：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。 活动3：分析比较图丙中液品三种状态的分子排列，猜想液晶态应该具有什么物理性质？ 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。 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：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。 得出结论 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。 8 令学科网书城 品牌书店·知名数辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 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。 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，液品对光的折射率不同。 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。目前在实验室中己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。 实践提升 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 [实践探究]门)液晶分子的空间分布是怎样的？ 提示：在没有外界干扰的情况下趋向分子相互平行排列。 (2)液晶是一种稳定的状态吗？ 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：液品分子排列不稳定，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 种液品，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。 [答案]AB ☒规律点拨 判断液晶的技巧 享学科网书城国 品牌书店·知名数辅·正版资源 b2XXk.com● 您身边的互联网+教辅专家 ()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。 [变式训练3】（多选）关于液晶，下列说法中正确的有() A.液品是一种晶体 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 答案CD 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。 课后课时作亚 A组9合格性水平训练 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 答案BCD 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。 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() 0 0 气体 0 0°。。%8”。表面层 甲 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 10