5.液体（导学案）物理人教版选择性必修第三册

第5节 液体 物理观念：建立表面张力、浸润与不浸润、毛细现象等核心概念，理解液体微观结构与宏观特性的联系，从分子动理论角度解释液体的表面现象、附着层特性等典型性质。 科学思维：通过对比液体与固体、气体的性质差异，推导液体微观分子排布与宏观表现的对应规律，提升模型建构与逻辑推理能力；能运用受力分析解释表面张力的作用效果，深化对“微观—宏观”关联的认知。 科学探究：设计液体表面张力、浸润与不浸润现象的实验，探究影响表面张力大小的因素及毛细现象的规律，提升从实验现象推导微观机制的探究能力；能基于实验证据分析问题，尝试提出可验证的猜想。 科学态度与责任：联系生活中液体现象的应用（如仿生学设计、农业灌溉中的毛细作用、工业涂料的浸润优化等），体会理论指导实践的思想，增强科学服务社会的责任感；关注液体现象在前沿科技中的应用，培养严谨求实的科学态度。 1.表面张力、浸润与不浸润、毛细现象的定义与宏观表现，液体典型现象的识别与分类(重点)。 2.液体微观分子间作用力的分布特点，表面张力、浸润现象的微观成因及逻辑推导(难点)。 【知识回顾】 第4节 固体 一、晶体和非晶体 1.固体的分类 (1)晶体： 、云母、明矾、食盐、硫酸铜、味精等。 (2)非晶体： 、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等。 2.晶体和非晶体的比较 (1)单晶体 天然规则的几何形状，非晶体 天然规则的几何形状。 (2)晶体具有确定的 ，非晶体 确定的熔化温度；某些单晶体的物理性质表现为各向 ，非晶体沿各个方向的物理性质都是一样的，表现为各向 。 3.多晶体 一些固体由许多小的晶粒(单晶体)组成，这些小的单晶体的取向 ，把它称为多晶体，它 确定的几何形状，也不显示各向 ，仅保留了在一定压强下具有确定 的特征。 二、晶体的微观结构 1.组成晶体的原子(或分子、离子)，按照一定的规则排列，具有空间上的 。 2.微观结构的不同，造成晶体与非晶体形状和物理性质的不同。 3.在不同条件下，组成同种物质的微粒按照 在空间分布，可以生成不同的晶体，例如，石墨和金刚石。有些晶体在 可以转化为非晶体，例如天然石英晶体熔化以后再凝固就变成了石英玻璃，而石英玻璃是非晶体。有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体。 【自主预习】 第5节 液体 一、液体的表面张力 1.表面层：液体表面跟 接触的薄层。 2.表面张力 (1)定义：使液体表面 的力，叫作液体的表面张力。 (2)方向：总是跟液面 ，且与分界线 。如图所示，在液体表面任意画一条线MN，MN两侧的液体之间的引力方向如图所示。 (3)成因：液体表面层分子比较稀疏，分子间的作用力表现为 ，该引力使液面产生了表面张力，使液体表面形成一层绷紧的膜。 3.作用效果：表面张力使液体表面具有 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。 4.影响因素：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、 有关。 二、浸润和不浸润 1.浸润和不浸润 (1)浸润：一种液体会 某种固体并 在固体的表面上的现象。 (2)不浸润：一种液体不会 某种固体， 在这种固体的表面上的现象。 (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强时，液体能够浸润固体。反之则形成不浸润现象，表现为液体不浸润固体。 (4)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。 2.毛细现象 (1)定义：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。 (2)特点：管的内径越 ，毛细现象越明显。 (3)产生原因： 如图所示，甲是浸润情况，此时管内液面呈 形，液体表面张力形成向上的拉力，这个力使管中液体向上运动，当管中液体上升到一定高度时，液体所受重力与这个使它 的力平衡，液面稳定在一定的高度；乙是不浸润情况，管内液面呈 形，合力的作用使液体受到 的力，因而管内液面比管外 。 3.浸润与不浸润现象的微观解释 三、液晶 1.概念：液晶是介于 和 之间的一种物质状态。 2.微观结构：构成液晶的分子为 分子，大多为 ，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 排列。 3.特点 (1)液晶既具有液体的 ，又在一定程度上具有晶体分子的规则排列的性质。 (2)液晶具有光学上的各向 ，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.应用 (1)液晶显示器：用于电子手表、电子计算器、电脑等。 (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。 思考与讨论1 一、液体的表面张力 1.请大家结合视频学习，说说水面的形状是怎样的呢？ 2.将真实实验现象简化后我们称之为“气一液”面模型。请大家仔细观察课件上的图片，我们把水面处的薄层称为表面层。表面层和水内部的水分子分布情况相同吗？若不同，区别在哪里？ 3.这说明表面层内的水分子之间的相互作用力体现为什么？产生的作用效果是怎样的呢？ 4.我们把这种使液体表面绷紧的力叫做表面张力。回顾刚刚的分析过程，实际上我们采用了什么理论解释了表面张力的产生机制呢？这说明表面张力和分子间相互作用力之间存在怎样的关系呢？ 【例1】关于液体的表面张力，下列说法正确的是 A.表面张力是液体内部各部分之间的相互作用力 B.液体表面层分子的分布比内部稀疏，分子力表现为引力 C.液体的表面张力随温度的升高而增大 D.表面张力的方向与液面垂直 思考与讨论2 二、浸润和不浸润 1.如图所示，将水滴在洁净的玻璃板上，水逐渐散开并附着在玻璃板上；将水滴在涂了蜡的玻璃板上，水滴可以在蜡面上滚来滚去，而不能附着在蜡面上。这说明了什么？ 2.请同学们结合你画的图，简单说明一下。 【例2】(2024·扬州市期末)如图所示，水滴在洁净的玻璃面上扩展形成薄层，附着在玻璃上；在蜡面上可来回滚动而不会扩展成薄层。下列说法正确的是 A.水浸润蜡面 B.玻璃面上的水没有表面张力 C.水与蜡面的相互作用比水分子间的相互作用强 D.水与玻璃的相互作用比水分子间的相互作用强 【例3】(多选)(2024·松原市高二期末)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.形成左边液面的原因是水分子之间的斥力 B.左边管为玻璃管 C.形成右边液面的原因是材料分子间的引力 D.右边液面是不浸润现象 思考与讨论3 三、液晶 液晶在现代生活中扮演着重要角色，广泛应用于手机屏幕、平板电视等显示设备中。为什么“液体”和“晶体”联系在一起了？液晶到底是什么物质？请同学们查阅资料，思考下列问题。 （1）什么是液晶？它是液态的晶体吗? （2）液晶有哪些特点？ （3）液晶有哪“三态”？ （4）液晶的光学性质是什么？ （5）液晶在生活中的应用有哪些？ 1.如图所示，将蒲公英的球状冠毛泡到水里，表面的绒毛将水撑开一个保护罩，再拿出来，绒毛还能保持干燥，原因是（　　） A. 泡的时间短 B. 水浸润绒毛 C. 水虽浸润绒毛，但有水的表面张力作用 D. 水不浸润绒毛，同时有水的表面张力作用 2.(创新题·新情境)如图所示，通电雾化玻璃是将液体高分子晶膜固定在两片玻璃之间，未通电时，看起来像一块毛玻璃，不透明；通电后，看起来像一块普通玻璃，透明。下列说法正确的是(　　) A. 液晶是液态的晶体 B. 液晶具有光学性质的各向同性 C. 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 D. 通电时，入射光在通过液晶层后按原方向传播 3.2021年12月9日，我国航天员在空间站成功进行了太空授课。实验时航天员从注射器中挤出一滴水，水滴在空中的形状是(　　) 4.将不同材料制成的两端开口的甲、乙细管插入相同的液体中，甲管中液面比管外液面低，乙管中液面比管外液面高，则（　　） A. 液体对甲管是浸润的 B. 液体对乙管是浸润的 C. 甲管中发生的不是毛细现象，乙管中发生的是毛细现象 D. 甲、乙两管中发生的都是毛细现象 5.下列关于液体表面层的一些说法正确的是(　　) A. 液体表面张力，总是垂直于液体的表面 B. 表面层分子间有引力存在的同时也有斥力，但是引力大于斥力，所以有表面张力 C. 液体表面层的分子分布比液体内部分子要密，是产生表面张力的原因 D. 处于液体表面层的分子，比起液体内部的分子应有较大的势能 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第5节 液体 物理观念：建立表面张力、浸润与不浸润、毛细现象等核心概念，理解液体微观结构与宏观特性的联系，从分子动理论角度解释液体的表面现象、附着层特性等典型性质。 科学思维：通过对比液体与固体、气体的性质差异，推导液体微观分子排布与宏观表现的对应规律，提升模型建构与逻辑推理能力；能运用受力分析解释表面张力的作用效果，深化对“微观—宏观”关联的认知。 科学探究：设计液体表面张力、浸润与不浸润现象的实验，探究影响表面张力大小的因素及毛细现象的规律，提升从实验现象推导微观机制的探究能力；能基于实验证据分析问题，尝试提出可验证的猜想。 科学态度与责任：联系生活中液体现象的应用（如仿生学设计、农业灌溉中的毛细作用、工业涂料的浸润优化等），体会理论指导实践的思想，增强科学服务社会的责任感；关注液体现象在前沿科技中的应用，培养严谨求实的科学态度。 1.表面张力、浸润与不浸润、毛细现象的定义与宏观表现，液体典型现象的识别与分类(重点)。 2.液体微观分子间作用力的分布特点，表面张力、浸润现象的微观成因及逻辑推导(难点)。 【知识回顾】 第4节 固体 一、晶体和非晶体 1.固体的分类 (1)晶体：石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、味精等。 (2)非晶体：玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等。 2.晶体和非晶体的比较 (1)单晶体有天然规则的几何形状，非晶体没有天然规则的几何形状。 (2)晶体具有确定的熔点，非晶体没有确定的熔化温度；某些单晶体的物理性质表现为各向异性，非晶体沿各个方向的物理性质都是一样的，表现为各向同性。 3.多晶体 一些固体由许多小的晶粒(单晶体)组成，这些小的单晶体的取向杂乱无章，把它称为多晶体，它没有确定的几何形状，也不显示各向异性，仅保留了在一定压强下具有确定熔点的特征。 二、晶体的微观结构 1.组成晶体的原子(或分子、离子)，按照一定的规则排列，具有空间上的周期性。 2.微观结构的不同，造成晶体与非晶体形状和物理性质的不同。 3.在不同条件下，组成同种物质的微粒按照不同规则在空间分布，可以生成不同的晶体，例如，石墨和金刚石。有些晶体在一定条件下可以转化为非晶体，例如天然石英晶体熔化以后再凝固就变成了石英玻璃，而石英玻璃是非晶体。有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体。 【自主预习】 第5节 液体 一、液体的表面张力 1.表面层：液体表面跟气体接触的薄层。 2.表面张力 (1)定义：使液体表面绷紧的力，叫作液体的表面张力。 (2)方向：总是跟液面相切，且与分界线垂直。如图所示，在液体表面任意画一条线MN，MN两侧的液体之间的引力方向如图所示。 (3)成因：液体表面层分子比较稀疏，分子间的作用力表现为引力，该引力使液面产生了表面张力，使液体表面形成一层绷紧的膜。 3.作用效果：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。 4.影响因素：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。 二、浸润和不浸润 1.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的现象。 (2)不浸润：一种液体不会润湿某种固体，不会附着在这种固体的表面上的现象。 (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强时，液体能够浸润固体。反之则形成不浸润现象，表现为液体不浸润固体。 (4)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。 2.毛细现象 (1)定义：浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象。 (2)特点：管的内径越小，毛细现象越明显。 (3)产生原因： 如图所示，甲是浸润情况，此时管内液面呈凹形，液体表面张力形成向上的拉力，这个力使管中液体向上运动，当管中液体上升到一定高度时，液体所受重力与这个使它向上的力平衡，液面稳定在一定的高度；乙是不浸润情况，管内液面呈凸形，合力的作用使液体受到向下的力，因而管内液面比管外低。 3.浸润与不浸润现象的微观解释 三、液晶 1.概念：液晶是介于固态和液态之间的一种物质状态。 2.微观结构：构成液晶的分子为有机分子，大多为棒状，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。 3.特点 (1)液晶既具有液体的流动性，又在一定程度上具有晶体分子的规则排列的性质。 (2)液晶具有光学上的各向异性，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.应用 (1)液晶显示器：用于电子手表、电子计算器、电脑等。 (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。 思考与讨论1 一、液体的表面张力 1.请大家结合视频学习，说说水面的形状是怎样的呢？ 答案 大致像一个弧形，也好像是一层“薄膜”将水包裹在杯中。 2.将真实实验现象简化后我们称之为“气一液”面模型。请大家仔细观察课件上的图片，我们把水面处的薄层称为表面层。表面层和水内部的水分子分布情况相同吗？若不同，区别在哪里？ 答案 如图，表面层内水分子之间的距离大于r0，而内部水分子之间的距离等于r0，表面层内水分子分布更稀疏。 3.这说明表面层内的水分子之间的相互作用力体现为什么？产生的作用效果是怎样的呢？ 答案 表面层内水分子之间的相互作用力体现为引力，使得液面绷紧。 4.我们把这种使液体表面绷紧的力叫做表面张力。回顾刚刚的分析过程，实际上我们采用了什么理论解释了表面张力的产生机制呢？这说明表面张力和分子间相互作用力之间存在怎样的关系呢？ 答案 采用分子动理论的观点对表面张力的产生机制进行了解释，这说明表面张力是分子间相互作用力的宏观表现。 【例1】关于液体的表面张力，下列说法正确的是 A.表面张力是液体内部各部分之间的相互作用力 B.液体表面层分子的分布比内部稀疏，分子力表现为引力 C.液体的表面张力随温度的升高而增大 D.表面张力的方向与液面垂直 【解析】液体表面层分子比液体内部稀疏，分子间距离r略大于r0，故分子力表现为引力，表面张力的方向沿液面的切线方向，与分界面垂直，表面张力是液体表面层分子间的作用力，随温度的升高，液体表面层分子间的距离增大，引力作用随之减小，所以表面张力减小，故B正确，A、C、D错误。 思考与讨论2 二、浸润和不浸润 1.如图所示，将水滴在洁净的玻璃板上，水逐渐散开并附着在玻璃板上；将水滴在涂了蜡的玻璃板上，水滴可以在蜡面上滚来滚去，而不能附着在蜡面上。这说明了什么？ 答案 水可以润湿玻璃，但不能润湿蜡。 2.请同学们结合你画的图，简单说明一下。 答案 当把内径不同的玻璃管插入水槽中时，管内液面均高于管外液面，而且玻璃管越细，液面高度越高；当插入水银中时，现象恰好相反，管内液面均下降，并且玻璃管越细，液面越低。 【例2】(2024·扬州市期末)如图所示，水滴在洁净的玻璃面上扩展形成薄层，附着在玻璃上；在蜡面上可来回滚动而不会扩展成薄层。下列说法正确的是 A.水浸润蜡面 B.玻璃面上的水没有表面张力 C.水与蜡面的相互作用比水分子间的相互作用强 D.水与玻璃的相互作用比水分子间的相互作用强 【解析】水滴在洁净的玻璃面上扩展形成薄层，是浸润现象，说明水和玻璃的相互作用比水分子之间的相互作用强，玻璃面上的水存在表面张力；在蜡面上可来回滚动而不会扩展成薄层，是不浸润现象，水在蜡面上不浸润，则水与蜡面的相互作用比水分子间相互作用弱。故选D。 【例3】(多选)(2024·松原市高二期末)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.形成左边液面的原因是水分子之间的斥力 B.左边管为玻璃管 C.形成右边液面的原因是材料分子间的引力 D.右边液面是不浸润现象 【解析】根据液面的形状可以判断左边管是浸润的，右边管是不浸润的，所以左边管为玻璃管，故B、D正确；浸润是由于玻璃分子对外层水分子的吸引力大于液体内部水分子之间的吸引力，液面为凹形，故A错误；不浸润是由于塑料分子对外层水分子的吸引力小于液体内部水分子之间的吸引力，液面为凸形，故C错误。 思考与讨论3 三、液晶 液晶在现代生活中扮演着重要角色，广泛应用于手机屏幕、平板电视等显示设备中。为什么“液体”和“晶体”联系在一起了？液晶到底是什么物质？请同学们查阅资料，思考下列问题。 （1）什么是液晶？它是液态的晶体吗? （2）液晶有哪些特点？ （3）液晶有哪“三态”？ （4）液晶的光学性质是什么？ （5）液晶在生活中的应用有哪些？ 答案 1.液晶态：物质既有液体的流动性，又具有晶体的分子排列整齐，各向异性的状态，叫做物质的液晶态。 2.液晶的特点：液晶分子的位置无序使它像液体，排列有序使它像晶体。 3.液晶的光学各向异性：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。 4.液晶的外形特征：液晶物质都具有较大的分子，分子形状通常是棒状分子、碟状分子、平板状分子。 5.液晶的一般用途：液晶的特性决定了它的用途，它在显示技术、电子工业、航空工业、生物医学等多方面都有广泛的应用。 1.如图所示，将蒲公英的球状冠毛泡到水里，表面的绒毛将水撑开一个保护罩，再拿出来，绒毛还能保持干燥，原因是（　　） A. 泡的时间短 B. 水浸润绒毛 C. 水虽浸润绒毛，但有水的表面张力作用 D. 水不浸润绒毛，同时有水的表面张力作用 【解析】将蒲公英的球状冠毛泡到水里，表面的绒毛将水撑开一个保护罩，再拿出来，绒毛还能保持干燥，原因是水不浸润绒毛，同时有水的表面张力作用。故选D。 2.(创新题·新情境)如图所示，通电雾化玻璃是将液体高分子晶膜固定在两片玻璃之间，未通电时，看起来像一块毛玻璃，不透明；通电后，看起来像一块普通玻璃，透明。下列说法正确的是(　　) A. 液晶是液态的晶体 B. 液晶具有光学性质的各向同性 C. 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 D. 通电时，入射光在通过液晶层后按原方向传播 【解析】液晶是介于固态和液态之间的一种物质状态，分子取向排列的液晶具有光学性质的各向异性，A、B错误。不通电时，即在自然条件下，液晶层中的液晶分子无规则排列，入射光在液晶层发生了漫反射，穿过玻璃的光线少，所以看起来像毛玻璃，不透明；通电时，液晶分子迅速从无规则排列变为有规则排列，入射光在通过液晶层后按原方向传播，C错误，D正确。 3.2021年12月9日，我国航天员在空间站成功进行了太空授课。实验时航天员从注射器中挤出一滴水，水滴在空中的形状是(　　) 【解析】空间站中水滴处于完全失重状态，则在水的表面张力作用下，水滴在空中应该呈现球形，故选A。 4.将不同材料制成的两端开口的甲、乙细管插入相同的液体中，甲管中液面比管外液面低，乙管中液面比管外液面高，则（　　） A. 液体对甲管是浸润的 B. 液体对乙管是浸润的 C. 甲管中发生的不是毛细现象，乙管中发生的是毛细现象 D. 甲、乙两管中发生的都是毛细现象 【解析】管径很细的管子叫做毛细管。将毛细管插入液体内时，管内、外液面会产生高度差。如果液体浸润管壁，管内液面高于管外液面；如果液体不浸润管壁，管内液面低于管外液面，这种现象叫毛细现象。故A错误，B正确；甲管中液面比管外液面低，乙管中液面比管外液面高都是由于毛细现象而产生的。故C错误，D正确。 5.下列关于液体表面层的一些说法正确的是(　　) A. 液体表面张力，总是垂直于液体的表面 B. 表面层分子间有引力存在的同时也有斥力，但是引力大于斥力，所以有表面张力 C. 液体表面层的分子分布比液体内部分子要密，是产生表面张力的原因 D. 处于液体表面层的分子，比起液体内部的分子应有较大的势能 【解析】BD表面张力产生的原因是液体表面层的分子比液体内部分子稀疏，分子间距大于平衡距离，分子间的引力大于斥力，表面层大量分子相互作用的合力表现为沿液体表面的拉力，液体内部的分子成为表面层的分子，需要克服引力做功，因此势能增加.故 B、D正确。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $