第2章 2. 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（教科版2019）

2．液体 [核心素养定位]　1.知道液体的表面张力现象。2.知道液体表面张力形成的原因，了解浸润和不浸润现象，了解毛细现象。 一　表面张力 1．定义：液体表面好像张紧的橡皮膜，具有收缩的趋势。液体表面存在的这种收缩力叫作表面张力。 2．作用效果：使液体的表面积趋向最小。体积一定的物体，当其形状为球形时，表面积最小。 二　液体表面张力的微观解释 1．表面层：液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫作表面层。 2．液体表面张力的微观解释：在液体内部，分子间距离接近平衡时的距离r0。但在液体的表面层(表面层里的分子比液体内部稀疏些)，由于分子之间的间距较大，分子之间的相互作用表现为引力。如果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，这些相互吸引力的宏观表现就是液体的表面张力。 三　毛细现象 1．浸润：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：液体不会湿润固体，也不会附着在固体表面的现象叫作不浸润。 3．毛细现象：浸润液体在细管中上升，不浸润液体在细管中下降的现象，称为毛细现象。能够明显观察到毛细现象的管叫毛细管。 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。(　　) 提示：(1)×　(2)√　(3)×　(4)× 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。 探究　表面张力及液体表面张力的微观解释 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：图甲的照片是沾有小水滴的蜘蛛网，水滴的形状为什么都是球形或椭球形呢？在装满水的杯子里小心地把一枚面值1分的硬币放在水面上，如图乙所示，硬币的密度比水大，它为什么能“浮”在水面上？ 提示：水的表面好像张紧的橡皮膜，具有收缩的趋势。使水表面“张紧”的力使硬币“浮”在水面上。 活动2：如图丙所示：将一根细线宽松地系在铁丝环相对的两点上，在洗涤剂溶液里浸过后铁丝环上就留下一层液膜(图①③)，用烧热的针刺破线的某一侧的液膜，剩下的液膜会发生如图②④所示的变化，由此能得出什么结论？ 提示：液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：液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫作表面层，如图丁。在液体内部，分子间距离接近平衡时的距离r0，请结合图丁分析活动1、2中现象的原因。 提示：表面层里的分子比液体内部稀疏些，在液体内部，分子间距离接近平衡时的距离r0，则在液体的表面层，由于分子之间的间距较大，分子之间的相互作用表现为引力。如果在液面上任意画一条分界线MN，则分界线两侧的分子之间就存在着相互作用的吸引力，如图所示，就像要把弹簧拉开些，弹簧表现出收缩的趋势一样，这些相互吸引力的宏观表现就是液体的表面张力。正是因为这种张力的存在，水滴才成球形或椭圆形，硬币也才能“浮”在水面上。 1．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，往往呈椭球形，在失重条件下才呈球形) 2．表面张力的形成原因 (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接近平衡时的距离r0；在表面层，分子比较稀疏，分子间距离r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。 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 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接近分子间的平衡距离(r0)；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。 [答案]　AC 　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。 [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 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　毛细现象 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：如图甲(a)，在洁净的玻璃板上滴一滴水，水会附着在玻璃板上形成薄层；把一块洁净的玻璃片浸入水中再取出来，玻璃的表面会沾上一层水。如图甲(b)水不能附着在石蜡上；如图乙，水珠会在荷叶上自由滚动。对此可总结出什么？ 提示：水能润湿玻璃，但不能润湿石蜡和荷叶。 活动2：如图丙，液体放在玻璃容器中，液面与器壁接触的位置是弯曲的，有的向上弯，有的向下弯。请分析图丙中(a)、(b)分别与活动1中的哪个现象相同？ 提示：图丙(a)与图甲(a)相同，图丙(b)与图甲(b)、图乙相同。 活动3：图丙(a)中，边缘处的液体分子受到器壁分子的作用力方向如图丁所示，试分析图戊现象产生的原因。 提示：图丁中力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。对于一定的液体和一定材质的管壁，管的内径越细，相同重力的液柱高度越大，液体所能达到的高度越高。 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 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。 　(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。 　(多选)下列关于浸润(不浸润)现象与毛细现象的说法正确的是(　　) A．水可以浸润玻璃但不能浸润蜂蜡 B．浸润液体和不浸润液体都有可能发生毛细现象 C．浸润液体都能发生毛细现象，不浸润液体都不能发生毛细现象 D．浸润液体和不浸润液体在细管中都上升 毛细现象是指什么？ 提示：浸润液体在细管中上升，不浸润液体在细管中下降的现象。 [规范解答]　水可以附着在玻璃表面上，说明水可以浸润玻璃，水不会附着在蜂蜡上，说明水不能浸润蜂蜡，A正确；浸润液体和不浸润液体都能发生毛细现象，浸润液体在细管中沿管壁上升，不浸润液体在细管中沿管壁下降，故B正确，C、D错误。 [答案]　AB [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(　　) 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。 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(　　) 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 答案　BC 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，分子间平均距离接近平衡距离，在表面层，分子间距离大于平衡距离，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。 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 答案　B 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。 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 答案　B 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。 5．(综合)液体表面具有收缩趋势的原因是(　　) A．液体可以流动 B．液体表面层分子间距离小于液体内部分子间距离 C．液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离 D．与液面接触的容器壁的分子对液体表面层分子有吸引力 答案　C 解析　由于液体表面层的分子比液体内部稀疏，分子间的距离大于平衡距离r0，液体表面层的分子间相互作用力表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势，故C正确，A、B错误；液体表面具有收缩趋势与液体表面张力有关，与器壁的分子对液体表面层分子的作用力无关，故D错误。 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 答案　B 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。 7．(综合)下列说法中正确的是(　　) A．用扁平的碎瓦打水漂，可以多次在水面上向前弹跳，这是因为水的表面张力作用 B．在处于失重状态的宇宙飞船中，一大滴水银会呈球状，这是因为水银的表面张力作用 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 答案　B 解析　用扁平的碎瓦打水漂，可以多次在水面上向前弹跳，利用了流体力学原理，与水的表面张力无关，故A错误；在处于失重状态的宇宙飞船中，一大滴水银会呈球状，是液体表面张力的原因，故B正确；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。 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 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。 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 答案　D 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＝＝＝＝ 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。 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(　　) 答案　A 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。 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 答案　BD 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。 12 学科网（北京）股份有限公司 $$