第2节 表面张力和毛细现象 第3节 材料及其应用-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版）

本讲义聚焦表面张力、浸润与不浸润、毛细现象、液晶特性及材料应用等核心知识点，从液体表面微观机制（表面层分子分布）到宏观现象（液滴球形、毛细升降），再到材料分类与新材料特点，构建连贯的知识脉络，为学生提供阶梯式学习支架。 该资料通过肥皂膜拉滑棍、棉线圈张紧等实验设计培养科学探究能力，结合“秋荷一滴露”等生活实例渗透科学态度与责任，利用判断正误、针对练习强化物理观念。课中辅助教师引导学生构建微观模型发展科学思维，课后帮助学生查漏补缺，深化对生活现象的物理解释。

第2节　表面张力和毛细现象 第3节　材料及其应用 【核心素养目标】 物理观念 知道表面张力产生的原因及浸润和不浸润现象。能简单解释与表面张力相关现象。 科学思维 构建液体的微观结构模型。会用对比法解释液体的微观特性。 科学探究 能探究液体表面张力的收缩趋势。 科学态度与责任 了解材料在工农业生产中的应用和用毛细现象解释生活中常见的现象。 一、表面张力 1．实验：观察肥皂膜的变化 (1)现象 ①铁丝框上的肥皂膜会把滑棍拉回。 ②肥皂膜里的棉线圈，当刺破圈内肥皂膜时，棉线圈外的肥皂膜使棉线张紧，形成圆形。 (2)结论：液体的表面类似于张紧的弹性薄膜，具有收缩的趋势。 2．表面层 (1)定义：液体与气体接触的表面存在一个薄层。 (2)特点：表面层分子的分布比液体内部稀疏。 3．表面张力 (1)定义：液体表面各部分间相互吸引的力。 (2)作用效果：由于表面张力的作用，液体表面总有要收缩到表面积最小的趋势。而体积相等的各种形状的物体中，球形物体的表面积最小。因此雨滴、油滴等液滴的外形就近似呈现球形。若重力影响明显，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。 二、浸润与不浸润 1．定义 (1)浸润：液体润湿某种固体并附着在该固体表面上的现象。 (2)不浸润：液体不润湿某种固体也不附着在该固体表面上的现象。 2．产生的原因 (1)三个相关概念 ①附着层：当液体跟固体接触时，在接触处会形成一液体薄层。 ②内聚力：附着层中的液体分子受到的液体内部分子的吸引力。 ③附着力：附着层中的液体分子受到的固体分子的吸引力。 (2)产生原因分析：由于内聚力与附着力的大小不同 ①如果内聚力大于附着力，液体不浸润固体。 ②如果内聚力小于附着力，液体浸润固体。 三、毛细现象 1．定义：浸润液体在细管里上升的现象和不浸润液体在细管里下降的现象。 2．毛细管：能够发生毛细现象的管。 3．特点：浸润液体与毛细管内壁接触时，液体表面弯曲，呈凹形；不浸润液体在毛细管里下降会出现凸形液面。 四、液晶 1．定义：既具有像液体那样的流动性和连续性，又具有像晶体那样的各向异性特点的流体。 学生用书第40页 2．性质：外界条件的微小变化，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、摩擦、电磁作用、容器的表面差异等，都可能改变液晶的光学性质。 3．应用 (1)探测温度。 (2)探查肿瘤。 (3)探测微电路故障。 五、材料及其应用 1．材料的分类 (1)按材料特性分为：结构材料和功能材料。 (2)按应用领域分为：信息材料、能源材料、建筑材料、生物材料、航空航天材料等。 (3)按习惯分为：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料。 2．新材料 (1)半导体是具有优异特性的微电子材料。 (2)纳米是长度单位，1 nm＝10-9 m，粒度在1～100 nm的材料称为纳米材料。 (3)石墨烯是人们发现的第一种由单层原子构成的材料。 1．判断正误 (1)小孩用细管蘸肥皂水，吹出球形的肥皂泡是因表面张力所致。(√) (2)一些昆虫可以停在水面上是浮力的作用。(×) (3)水对一切固体都是浸润液体。(×) (4)液体能否浸润固体，取决于液体和固体两者的性质。(√) (5)液晶的电学、光学性质表现为各向异性。(√) (6)液晶就是液体和晶体的混合物。(×) (7)液晶的光学性质随着温度的变化而变化。(√) 2．链接实景 唐代诗人韦应物写过一首小诗《咏露》：“秋荷一滴露，清夜坠玄天。将来玉盘上，不定始知圆”。这首诗的意思是：秋日荷叶上的一滴露珠，是从天上落下来的，它在荷叶上仿佛滚来滚去而不是停着不动，仔细一看才知道它是圆的。思考一下，为什么露珠是圆的呢？ 提示：因为表面张力的作用，液体表面总有要收缩到表面积最小的趋势，所以露珠的外形就近似呈现球形。 知识点一　液体的表面张力 实验1：把一根棉线的两端系在铁丝环上，不要让棉线过紧，要使它处于略为松弛的状态。然后将铁丝环浸入肥皂液里，再拿出来时环上就留下了一层肥皂液的薄膜。这时薄膜上的棉线仍是松弛的(如图甲所示)。 用烧热的针刺破棉线某一侧的薄膜，观察薄膜和棉线发生的变化(如图乙、丙所示)。 实验2：把一个棉线圈系在铁丝环上，使环上布满肥皂液的薄膜，这时膜上的棉线圈仍是松驰的(如图丁所示)。 用烧热的针刺破棉线圈里的薄膜，观察棉线圈外的薄膜和棉线圈发生的变化(如图戊所示)。以上两个实验说明了什么问题？ 提示：液体表面存在表面张力。 学生用书第41页 1．液体表面张力的成因分析 (1)分子间距离的特点：由于蒸发现象，液体表面层分子分布比内部分子稀疏。 (2)分子力的特点：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。 2．表面张力的特点 (1)表面张力是液体分子间的作用力的宏观表现。 (2)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来决定。 (3)表面张力的方向：表面张力的方向和液面相切，垂直于液面上的各条分界线。 (4)表面张力的作用：表面张力使液体表面具有收缩的趋势，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。 (多选)如图所示，关于液体表面张力，下列说法正确的有(　　) A．甲图中露珠呈球形，这是地球引力作用的结果 B．乙图中液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，产生表面张力 C．丙图中水黾可以停在水面上，是由于水的浮力作用 D．丁图中液体表面张力方向与液面相切 答案：BD 解析：甲图中露珠呈球形，这是液体表面张力作用的结果，A错误；乙图中液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，分子间作用力表现为引力，从而产生表面张力，B正确；丙图中水黾可以停在水面上，是由于水的表面张力作用，C错误；表面张力产生在液体表面层，它的方向与液面相切，且与分界面垂直，D正确。 针对练1．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：由于蒸发只在液体表面进行，因此液体表面分子比较稀疏，分子间的距离大于平衡距离r0，液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势，故C正确，A、B错误；液体表面张力与器壁对分子的作用力无关，故D错误。 针对练2．(多选)下列说法正确的是(　　) A．把一枚针轻放在水面上，它会浮在水面，这是由于水表面存在表面张力 B．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 C．在围绕地球飞行的宇宙飞船中，自由飘浮的水滴呈球形，这是表面张力作用的结果 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：AC 解析：把一枚针轻放在水面上，它会浮在水面，这是由于水的表面张力的作用，A正确；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，这是因为油脂对水不浸润、玻璃对水浸润造成的，B错误；在围绕地球飞行的宇宙飞船中，自由飘浮的水滴呈球形，这是由于表面张力使水的表面积收缩到最小，C正确；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，这是水与玻璃分子间引力的结果，D错误。 知识点二　浸润、不浸润和毛细现象 把两端开口的很细的玻璃管竖直插入水中，观察管中水面的高度，回答下列问题。 (1)水在细管中上升还是下降？细管中液面呈什么形状？ (2)影响液体在细管中上升和下降的因素是什么？ (3)表面张力的合力方向向哪？ 提示：(1)上升；凹面。 (2)液体与细管是浸润还是不浸润。 (3)竖直向上。 1．浸润和不浸润现象成因的分析 (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。 学生用书第42页 (2)浸润的成因：当固体分子吸引力大于液体内部分子间作用力时，附着层内液体分子比液体内部分子稠密，附着层中分子间作用力表现为斥力，具有扩张的趋势，这时表现为液体浸润固体。 (3)不浸润的成因：当固体分子吸引力小于液体内部分子间作用力时，附着层内液体分子比液体内部分子稀疏，附着层中分子之间表现为引力，具有收缩的趋势，这时表现为液体不浸润固体。 2．毛细现象 (1)两种表现：浸润液体在细管中上升，不浸润液体在细管中下降。 (2)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。图甲是浸润情况，此时管内液面呈凹形，因为水的表面张力作用，液体会受到一向上的作用力，因而管内液面要比管外高；图乙是不浸润情况，管内液面呈凸形，表面张力的作用使液体受到一向下的力，因而管内液面比管外低。 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 答案：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，①、③、④说法正确，故B正确。 针对练1．当把干净的玻璃毛细管插入某种液体时，液面出现的情况如图所示，下列说法正确的是(　　) A．液体可能是水银 B．附着层内的分子间的作用力表现为引力 C．附着层内的分子间距离大于液体内部分子间的距离 D．玻璃管中液面呈现凹形液面，属于浸润现象 答案：D 解析：玻璃管中液面呈现凹形液面，属于浸润现象，水银不浸润玻璃，则液体不可能是水银，故A错误，D正确；附着层内的分子间距离小于液体内部分子间的距离，附着层内的分子间的作用力表现为斥力，故B、C错误。故选D。 针对练2．(多选)下列现象中，哪些是利用了毛细现象(　　) A．用粉笔吸干纸上的墨汁 B．建房时，在砌砖的地基上铺一层油毡或涂过沥青的厚纸 C．用棉线作酒精灯的灯芯 D．想保存地下的水分，把地面的土壤锄松 答案：AC 解析：粉笔、棉线、砖和土壤内部都有许多细小的孔道，起着毛细管的作用，在砌砖的地基上铺一层油毡或涂过沥青的厚纸、把地面的土壤锄松均是防止毛细现象，故A、C正确。 知识点三　液晶 荷兰飞利浦电子公司在2009年春季推出了一款超宽屏幕液晶电视产品，其屏幕比例达到了21∶9。它宽广的画面可以呈现给人以身临其境的真实感。液晶作为显示元件，利用了液晶的什么性质？ 提示：液晶可用作显示元件，是因为在外加电压影响下，液晶分子排列会发生改变，使液晶由透明变为不透明，去掉电压又恢复透明。控制电压，就可以让液晶像闸门一样阻隔光线，或让光线穿过，其作用相当于光开关，利用液晶的这种性质可制造各种液晶显示屏。 1．液晶：兼具液体流动性和晶体各向异性。 2．液晶的特点 (1)位置无序使它像液体一样具有流动性，而排列有序使它像晶体一样具有各向异性。 (2)液晶的物理性质容易在外界的影响(如电场、压力、光照、温度)下发生改变。 学生用书第43页 3．液晶分子的排列特点：从某个方向上看液晶分子排列比较整齐，但从另一个方向看，液晶分子的排列是杂乱无章的。 4．液晶的应用 (1)液晶显示器。 (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。 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．所有物质都具有液晶态 C．液晶的光学性质与某些晶体相似，具有各向异性 D．电子手表中的液晶在外加电压的影响下，本身能够发光 答案：C 解析：由固体向液体转化的中间态液体具有和晶体相似的性质，这种液态晶体称为液晶，A错误；只有部分物质具有液晶态，B错误；液晶的光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，C正确；电子手表中的液晶在外加电压的影响下，液晶由透明变浑浊，本身不能发光，D错误。 针对练．(多选)关于晶体、液晶、液体，下列说法正确的是(　　) A．晶体和液晶的性质是完全相同的 B．液晶就是液体，具有液体的所有性质 C．液晶是介于晶体与液体之间的一种中间态 D．液晶具有液体的流动性，具有晶体的各向异性 答案：CD 解析：晶体属于典型的固体，其分子排列呈一定的点阵结构，有规律，而液晶分子的结构是介于液态的杂乱与晶体的规律排列之间的，其像液体一样具有流动性，而在光学等物理性质上又与晶体相似，具有各向异性，C、D正确。 知识点四　材料及其应用 1．新材料及其应用 新材料主要包括新型金属材料、高分子合成材料、新型无机非金属材料、复合材料、光电子材料等。 (1)新型金属材料：有铝合金、镁合金、钛合金以及稀有金属。它们在导电、航空航天、原子能方面有广泛用途。 (2)高分子合成材料：有合成橡胶、塑料和化学纤维等。它们在火箭、建筑、医疗、交通、服装、农业、国防上有广泛用途。 (3)新型无机非金属材料：有工业陶瓷、光导纤维、半导体材料。它们在燃气机制造、磁流体发电机、通信、工业、科学研究等方面有广泛用途。 (4)复合材料：可分为结构复合材料和功能复合材料。它们在航空航天、电子工业、生活用品、新能源技术、信息技术、海洋工程等方面有广泛用途。 (5)光电子材料：有光电子半导体材料、光纤、薄膜材料、液晶显示材料。它们在光电子器件、光通信、光计算、激光技术等方面有广泛用途。 2．纳米材料及其应用 (1)纳米是长度单位：1 nm＝10-9 m。 (2)纳米技术：在纳米尺度(1～100 nm)上制造材料和器件的技术，即重新排列原子而制造具有新分子结构的技术。 (3)纳米材料有纳米金属、纳米磁场材料、纳米陶瓷材料、有机—无机纳米复合物、纳米传感材料、纳米医用材料等。 (4)纳米材料应用领域：能源、环保、通信、航空航天、医疗、日常生活等。 (多选)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低得多 C．在电学性能方面，纳米材料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，因此化学稳定性强 答案：AB 解析：纳米材料具有良好的性能，在力学性能方面，纳米材料具有高强、高硬和良好的塑性，A正确；在热学性能方面，纳米超细微粒的熔点比常规粉体低得多，B正确；在电学性能方面，纳米材料在低温时会呈现电绝缘性；而在化学性能方面，纳米材料具有相当高的化学活性，C、D错误。 针对练．下列关于金属材料的说法正确的是(　　) A．金属材料一般只指纯金属 B．通常使用的金属材料大多是合金 C．钢是指纯度非常高的铁，而不锈钢是铁和碳的合金再加上铬合成的 D．不锈钢只是在干燥的环境里才不生锈，若在潮湿的环境里，也很容易生锈 答案：B 解析：金属材料一般包括金属与合金，而不是指纯金属，但通常使用的金属材料大多是合金，故A错误，B正确；钢是铁和碳的合金．而不是指高纯度的铁，不锈钢则是铁和碳再加上铬的合金，故C错误；不锈钢具有很强的耐腐蚀性，在潮湿的环境里也不容易生锈，故D错误。 学生用书第44页 1．以下说法不正确的是(　　) A．小昆虫能在水面上自由来往而不陷入水中是液体表面张力在起作用 B．在处于失重状态的宇宙飞船中，一大滴水银呈球形，是由于表面张力的作用 C．细玻璃棒尖端放在火焰上烧熔后，其表面受到表面张力作用使得尖端变钝 D．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 答案：D 解析：小昆虫能在水面上自由来往而不陷入水中是液体表面张力在起作用，故A正确；在处于失重状态的宇宙飞船中，一大滴水银呈球形，是由于表面张力的作用，故B正确；细玻璃棒尖端放在火焰上烧熔后，其表面受到表面张力作用使得尖端变钝，故C正确；小木块能够浮于水面上是小木块受到的浮力与其重力平衡的结果，故D错误。故选D。 2．(多选)一种液体，滴在固体A的表面时，出现如图甲所示的情况；当把毛细管B插入这种液体中时，液面又出现如图乙所示的情况。若固体A和毛细管B都很干净，则(　　) A．固体A和毛细管B可能是由同种材料制成的 B．固体A和毛细管B一定不是由同种材料制成的 C．固体A的分子对液体附着层内的分子的引力比毛细管B的分子对液体附着层内的分子的引力小些 D．图乙是液体对毛细管B的浸润现象 答案：BCD 解析：由题图所给现象可知该液体对固体A不浸润，对毛细管B浸润，故A、B不由同种材料制成；甲图现象说明附着层内的液体分子受到的内聚力大于附着力，乙图现象说明附着层内的液体分子受到的内聚力小于附着力，所以甲图中附着层内的液体分子受到的固体分子的引力更小，选项B、C、D是正确的。 3．在水中浸入两个粗细、总长度均相同的毛细管，一个是直的，一个是弯的，如图所示，水在直管中上升的高度比在弯管中的最高点还要高，那么弯管中的水将(　　) A．会不断地流出 B．不会流出 C．不一定流出 D．无法判断会不会流出 答案：B 解析：毛细管吸水的多少是由毛细管内部水的表面张力的大小决定的，两个毛细管的粗细、总长度一样，它是否弯曲不影响张力的大小，弯管处水受管的引力作用及水自身表面张力作用，所以水不会从弯管中流出，故B正确。 4．(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，但位置却无序，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 答案：BD 解析：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；液晶分子像晶体分子一 样排列有序，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；有些物质只有在特定的条件下才具有液晶态，并不是所有物质都有液晶态；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。故B、D正确，A、C错误。 学科网（北京）股份有限公司 $