2.2 表面张力和毛细现象&2.3 材料及其应用（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（鲁科版2019）

物理选择性必修 第三册 第 2 章 固体与液体 第2节　表面张力和毛细现象 第3节　材料及其应用 核心素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1.知道液体表面的收缩趋势，理解液体表面存在表面张力现象。2．知道什么是浸润和不浸润现象，能用浸润和不浸润原理解释生活中常见的现象。3．知道毛细现象，会用毛细现象特点解释生活中常见的现象。4．初步了解液晶的微观结构，了解液晶具有的物理特征，知道液晶的一般用途。 1.从微观角度了解液体表面张力的成因。2．知道附着层的特点，理解浸润和不浸润现象产生的原因。 了解材料科学的发展前沿；体会材料科学的发展对人类生活和社会发展的影响，正确认识科技对社会进步的推动作用。 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　表面张力和毛细现象 第3节　材料及其应用 [对应学生用书P42] 知识点一 表面张力 必备知识/自主学习 1. 表面层❶ (1)定义：液体与气体接触的表面存在的一个_____。 (2)特点：表面层分子的分布比液体内部_____，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_____。 2．表面张力 (1)定义：液体表面各部分间的相互_____称为表面张力。 (2)作用效果❷：因为表面张力的作用，液体表面总有要收缩到表面积____的趋势，所以雨滴、奶滴、油滴等液滴的外形就近似呈现球形；若重力的影响明显，其外形就呈现为椭球形；在完全失重的环境下，液滴能收缩成标准的球形。 薄层 稀疏 引力 最小 引力 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　表面张力和毛细现象 第3节　材料及其应用 1. 毛细现象：浸润液体在细管里______的现象和不浸润液体在细管里______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。 知识点二 浸润与不浸润 1.浸润 (1)定义：液体润湿某种固体并______在该固体表面上的现象称为浸润。 (2)产生原因：附着力_____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．不浸润 (1)定义：液体不润湿某种固体也不______在该固体表面上的现象称为不浸润。 (2)产生原因：内聚力_____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。 附着 大于 上升 附着 大于 知识点三 毛细现象 下降 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　表面张力和毛细现象 第3节　材料及其应用 1. 材料对人类社会的影响 ____、_____、____被当今国际社会公认为现代文明的三大支柱。 2．材料的种类(1)按材料的特性分为：______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。 知识点四 液晶 1. 定义：既具有像液体那样的_________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______的变化，从而改变液晶的某些性质。 3．应用 (1)液晶显示器。❸ (2)液晶测温。 流动性 结构 能源 材料 信息 知识点五 材料及其应用 功能 排列 信息 生物 金属 复合 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　表面张力和毛细现象 第3节　材料及其应用 3．材料的应用(1)半导体是具有优异特性的_______材料。(2)纳米是_____单位，1 nm＝_____m，粒度在_________nm的材料称为纳米材料。(3)石墨烯是人们发现的第一种由_________构成的材料。 思考判断 1．注满氢气的彩色气球飘向空中是因表面张力所致。( ) 2．毛细现象只指浸润液体在细管里上升的现象。( ) 3．电子手表中的液晶在外加电压的影响下，能够发光。( ) 4．半导体材料的电阻率介于导体和绝缘体之间。( ) 微电子 × 1～100 √ 单层原子 10-9 长度 × × 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　表面张力和毛细现象 第3节　材料及其应用 批注❶：液体表面微观图 批注❷：生活中几种常见的表面张力现象 批注❸：液晶显示器的各种颜色显示：在液晶中掺入少量多色性染料，当液晶中电场强度不同时，它对不同颜色的光吸收强度不一样，从而显示出各种颜色。 吹出的肥皂泡是球形 蜥蜴能在水上行走 荷叶上的水珠 花朵中的露珠 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　表面张力和毛细现象 第3节　材料及其应用 关键能力/互动探究 [对应学生用书P43] 探究点一　液体的表面张力　(相互作用观念之形成) ▶情境探究 为什么叶面上的露珠总是呈球形的？ 答案： 表面张力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。 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　表面张力和毛细现象 第3节　材料及其应用 ▶探究归纳 1．表面张力形成的原因 表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部略大一些，分子力表现为引力。该引力使液面产生了表面张力，使液体表面形成了一层绷紧的膜。 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。 3．表面张力的特点 (1)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。 (2)表面张力的方向：和液面相切，垂直于液面上的任意一条分界线。 4．表面张力是根据效果命名的力，是液体表面层内大量分子力的宏观表现。 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　表面张力和毛细现象 第3节　材料及其应用 ▶对点例练 【例1】(2022·四川遂宁高二期末)天宫二号太空授课引人注目，航天员们通过实验，展示了失重环境下许多神奇的现象，其中的“液桥”现象，让我们认识了表面张力的魅力，下面关于表面张力的说法正确的是(　　) A．表面张力是由液体内部分子间作用力引起的 B．表面张力能让液面具有收缩趋势，在太空失重环境下，液滴呈球形 C．表面张力方向与液体表面垂直且向上 D．表面张力是由于液体表层分子间距离小于液体内部分子间距离， 且小于分子平衡距离，表层液体分子作用力表现为斥力而产生 B 解析： 表面张力是由于液体表层分子间距离大于液体内部分子间距离，且大于分子平衡距离，表层液体分子作用力表现为引力而产生的，A、D错误；表面张力能让液面具有收缩趋势，在太空失重环境下，液滴呈球形，B正确；表面张力方向与液体表面相切，C错误。 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　表面张力和毛细现象 第3节　材料及其应用 方法技巧 表面张力的特点 (1)表面张力是液体分子间作用力的宏观表现； (2)表面张力的方向与液面相切，垂直于分界线； (3)表面张力的大小由分界线的长度、液体的种类、纯净度和温度等因素决定； (4)表面张力的作用使液体表面积有收缩到最小的趋势。 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　表面张力和毛细现象 第3节　材料及其应用 [练1] (多选)下列现象中，关于液体表面张力的说法，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表面张力的作用 B．小木块能够浮于水面上是液体的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 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，因此，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，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，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处于完全失重状态，因而形成球状水珠(体积一定情况下，球形的表面积最小，表面张力的作用是使液体表面有收缩到最小面积的趋势)，D正确。 AD 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　表面张力和毛细现象 第3节　材料及其应用 探究点二　浸润和不浸润、毛细现象　(相互作用观念之形成) ▶情景探究 如图所示，在灌溉完土地后农民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？ 1．浸润和不浸润形成的原因 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。 ▶探究归纳 (1)附着层内分子的受力情况 液体和固体接触时，附着层的液体分子除受液体内部分子的吸引外，还受到固体分子的吸引。 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　表面张力和毛细现象 第3节　材料及其应用 (2)浸润的成因：当固体分子对附着层液体分子的吸引力(附着力)大于液体内部的分子力(内聚力)时，就表现为液体浸润固体。(3)不浸润的成因：当固体分子对附着层液体分子的吸引力(附着力)小于液体内部的分子力(内聚力)时，就表现为液体不浸润固体。 2．同一种物质，对一些液体浸润，对另一些液体不浸润；同一种液体，对一些固体浸润，对另一些固体不浸润。比如水能浸润玻璃，但不能浸润石蜡；水银不能浸润玻璃，但能浸润锌。 3．毛细现象的特点：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。 4．毛细现象产生的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。 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　表面张力和毛细现象 第3节　材料及其应用 ▶对点例练 【例2】某物理兴趣小组将两种不同的液体注入两个细玻璃管中，稳定后，利用放大镜观察玻璃管中的液面，图甲和图乙是两玻璃管利用放大镜放大后的部分截面图，图中虚线标识部分是相应部位所对应的两个附着层。关于甲、乙两截面图的分析正确的是(　　) A. 甲是不浸润现象，乙是浸润现象 B．附着层1中的分子力表现为引力 C．附着层2中的分子力表现为斥力 D．附着层1中的液体表现出扩展的趋势，附着层2中的液体表现出收缩的趋势 D 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　表面张力和毛细现象 第3节　材料及其应用 根据浸润和不浸润的基本概念，题图甲是浸润现象，题图乙是不浸润现象，A错误；题图甲是浸润现象，附着层的液体分子比液体内部的分子密集而表现为斥力，B错误；题图乙是不浸润现象，附着层的液体分子比液体内部的分子稀疏而表现为引力，C错误；题图甲附着层的液体分子比液体内部的分子密集而表现为斥力，附着层1中的液体表现出扩展的趋势；题图乙附着层的液体分子比液体内部的分子稀疏而表现为引力，附着层2中的液体表现出收缩的趋势，D正确。 解析： 方法技巧 浸润现象的分析要点 (1)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)浸润和不浸润可以用附着层液体分子的分布来解释，浸润的本质是扩展，不浸润的本质是收缩。 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　表面张力和毛细现象 第3节　材料及其应用 [练2](2022·江苏常州高二期中)戴一次性医用防护口罩是预防新冠肺炎的有效措施之一，合格的一次性医用防护口罩内侧所用材料对水都是不浸润的，图为一滴水滴在某一次性防护口罩内侧的照片，对此以下说法正确的是(　　) A．照片中的口罩一定为不合格产品 B．照片中水滴表面分子比水滴的内部密集 C．照片中附着层内分子比水滴的内部稀疏 D．水对所有材料都是不浸润的 C 合格的一次性医用防护口罩内侧所用材料对水都是不浸润的，照片中的口罩正好发生了不浸润现象，A错误；照片中水滴为球形，水滴表面分子比水的内部分子间距大，分子之间的作用力为引力，则照片中水滴表面分子应比水的内部稀疏，B错误；根据照片所示，水发生了不浸润现象，则附着层内分子比水的内部稀疏，C正确；水不是对所有材料都不浸润，比如水可以浸润玻璃，D错误。 解析： 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　表面张力和毛细现象 第3节　材料及其应用 探究点三　液晶　(物质观念之形成) ▶要点归纳 1．液晶的构成 液晶物质都具有较大的分子(有机分子)，分子形状通常是棒状分子、碟状分子、平板状分子。 2．液晶分子的微观结构 某个方向分子排列整齐有序，另一方向分子排列杂乱无章。 3．液晶的特点 物理性质表现为各向异性，液晶分子的排列不稳定，微小的外界变动都会改变分子排列，从而改变液晶的某些性质。 4．液晶的用途 液晶可以用作显示元件，液晶在生物医学、电子工业、航空工业等方面都有重要应用。 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　表面张力和毛细现象 第3节　材料及其应用 【例3】液晶电视不断降价，逐步走进了千家万户。液晶电视的关键部件是液晶层，下列关于液晶层的工作原理说法中正确的是(　　) 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不变 C．液晶的光学性质随外加电压的变化而不变 D．液晶的光学性质随外加电压的变化而变化 D 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，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，B、C错误；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工作的，D正确。 解析： 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　表面张力和毛细现象 第3节　材料及其应用 [练3] (多选)关于液晶，下列说法正确的是(　　) A．因为液晶是介于晶体与液体之间的中间态，所以液晶实际上是一种非晶体 B．液晶具有液体的流动性，是因为液晶分子尽管有序排列，但却位置无序，可自由移动 C．任何物质在任何条件下都可以存在液晶态 D．天然存在的液晶很少，多数液晶是人工合成的 BD 液晶是一种介于晶体与液体之间的液态晶体，它不是晶体更不是非晶体，A错误；液晶分子的排列像晶体分子一样有序，但是它们又像液体分子一样可以自由移动，没有固定的位置，即位置无序，所以液晶具有流动性，B正确；有些物质只有在特定的条件下才具有液晶态，并不是所有物质都是液晶态，C错误；天然存在的液晶很少，多数液晶是人工合成的，目前已达到5 000多种，D正确。 解析： 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　表面张力和毛细现象 第3节　材料及其应用 探究点四　解决实际问题　(科学态度与责任之落实) [练4] (科技情境)科学家在“哥伦比亚”号航天飞机上进行了一次在微重力条件(即失重状态)下制造泡沫金属的实验。把锂、镁、铝、钛等轻金属放在一个石英瓶内，用太阳能将这些金属熔化成液体，然后在熔化的金属中充进氢气，使金属内产生大量气泡，金属冷凝后就形成了到处是微孔的泡沫金属。下列说法正确的是(　　) A．失重条件下液态金属呈现球状是由于液体表面分子间只存在引力 B．在失重条件下充入金属液体内的气体气泡不能无限膨胀是因为液体的表面张力 C．在金属冷凝过程中，气泡收缩变小，气体对外界做功 D．泡沫金属的物理性质具有各向异性，说明它是非晶体 B 失重条件下液态金属呈现球状是由于液体的表面张力，A错误；由于液体表面张力的约束，使充入金属液体内的气体气泡不能无限地膨胀，B正确；在金属冷凝过程中，气泡收缩变小，外界对气体做功，C错误；泡沫金属的物理性质具有各向异性，说明它是单晶体，D错误。 解析： 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　表面张力和毛细现象 第3节　材料及其应用 [练5] (科学情境)在密闭的容器内，放置一定量的液体，如图a所示，若将此容器置于在轨道上正常运行的人造地球卫星上，则容器内液体的分布情况应是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A．仍然如图a所示 B．只能如图b所示 C．可能如图d或e所示 D．可能如图b或c所示 D 容器与液体所受重力均提供容器与液体做匀速圆周运动的向心力，液体仅受表面张力的作用，使其自由表面收缩到最小状态，所以两者的自由表面都呈球形；如果液体对于容器是浸润的，那么将出现题图c的情况，如果液体对于容器是不浸润的，那么就表现为题图b的情况，D正确。 解析： 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　表面张力和毛细现象 第3节　材料及其应用 [练6] (科技情境)(多选)通电雾化玻璃是将液晶膜固化在两片玻璃之间，经过特殊工艺胶合一体成型的新型光电玻璃产品，被广泛应用于高档办公室、计算机机房、医疗机构、商业展示等领域，能够实现玻璃的通透性和保护隐私的双重要求。我们将其工作原理简化为如图所示的模型，在自然条件下，液晶层中的液晶分子无规则排列，玻璃呈乳白色，即不透明，像一块毛玻璃；通电以后，弥散分布的液晶分子迅速从无规则排列变为有规则排列，整个液晶层相当于一块普通的透明玻璃。结合以上内容和你所学知识，关于通电雾化玻璃，你认为下列叙述中不合理的是( 　　) A．不通电时，入射光在液晶层发生了全反射，导致 光线无法通过 B．不通电时，入射光在液晶层发生了干涉，导致光 线无法通过 C．通电时，入射光在通过液晶层后方向发生了改变 D．通电时，入射光在通过液晶层后按原有方向传播 ABC 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　表面张力和毛细现象 第3节　材料及其应用 由题意可知，在自然条件下，液晶层中的液晶分子无规则排列，像一块毛玻璃，可知入射光在液晶层发生漫反射，光线可以通过，但通过量较少，而且没有规律，A、B错误；由题意可知，通电以后，弥散分布的液晶分子迅速从无规则排列变为有规则排列，整个液晶层相当于一块普通的透明玻璃，可知通电时，入射光在通过液晶层后按原有方向传播，C错误，D正确。 解析： 返回导航 物理选择性必修 第三册 第2节　表面张力和毛细现象 第3节　材料及其应用 谢谢观看！ $$