人教版(新教材)高中物理选择性必修3学案：第5节 液体

人教版(新教材)高中物理选择性必修第三册PAGEPAGE1第5节液体核心素养物理观念科学思维科学探究科学态度与责任1.通过观察和实验，知道液体表面有收缩的趋势，了解液体表面张力的概念、方向及意义。2.知道浸润和不浸润现象及毛细现象，并能解释上述现象。3.知道液晶的概念和特征，了解液晶的应用。体会用分子动理论的观点解释液体表面张力的产生、浸润和不浸润现象及毛细现象。1.探究液体的表面张力。2.观察毛细现象。应用所学知识解释生产生活中的现象。知识点一液体的表面张力〖观图助学〗如图在杯子中盛满清水。将曲别针一枚一枚依次放入杯中，比一比看谁放入的曲别针数量最多，而杯中的水不会溢出。水面高出杯沿而不会溢出是因为液体表面存在着表面张力。1.表面层：液体表面有一层跟气体接触的薄层。在表面层，分子的距离r略大于r0，分子间的作用力表现为引力。2.表面张力：由于表面层分子分布比较稀疏，分子间的作用力表现为相互吸引而使液体表面绷紧的力。3.方向：和液面相切，垂直于液面上的各条分界线，如图所示。4.作用效果：使液面具有收缩的趋势。〖思考判断〗(1)表面张力的作用是使液面具有收缩的趋势。(√)(2)表面张力是分子力的宏观表现。(√)(3)表面张力是液体表面各部分分子间存在的相互排斥力。(×)(4)昆虫可以在水面上自由走动是表面张力作用引起的。(√)知识点二浸润和不浸润及毛细现象〖观图助学〗在一块洁净的玻璃板上滴一滴水，我们看到，这滴水会逐渐散开并附着在玻璃板上(如图甲)；在一块涂了蜡的玻璃板上滴一滴水，这滴水却可以滚来滚去，而不能附着在蜡面上(如图乙)。怎样描述这些现象呢？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，也就不会附着在固体的表面上，这种现象叫作不浸润。3.毛细现象：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。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。〖思考判断〗(1)如果固体对液体分子的引力较弱，就会形成浸润现象。(×)(2)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。(×)(3)浸润液体和不浸润液体在细管中都上升。(×)知识点三液晶1.液晶的概念：像液体一样具有流动性，其光学性质与某些晶体相似，具有各向异性的有机化合物，称为液晶。2.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。3.液晶的应用(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。(1)表面张力是根据效果命名的力，是液体表面层大量分子力的宏观表现。表面张力不是浮力。(2)表面张力使液面有收缩的趋势，故往往认为收缩后r<r0，液体表面张力实质上是液体表面层分子间的距离r大于r0时，表现出的分子引力。(1)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。浸润与不浸润是两者合力的表现。(2)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，液体则不浸润固体。(3)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。毛细现象的产生与表面张力及浸润现象都有关系。液晶是介于固态和液态的一种物质状态。液晶在光照、温度、电场、压力等外部因素的作用下，会产生物理性质的变化，液晶的应用就是利用了液晶对不同外部因素所表现出来的不同物理性质。核心要点液体的表面张力〖观察探究〗1.把一条细棉线的两端分别系在铁丝环的两侧，要使棉线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(图甲)。用烧热的针刺破棉线一侧的薄膜(图乙)，观察薄膜和棉线发生的变化。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弛的(图丙)。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(图丁)。观察肥皂膜和棉线的变化〖答案〗另一半肥皂膜就会立即收缩把松弛的棉线绷紧，并且始终向着肥皂膜收缩。〖探究归纳〗1.液体表面张力的成因分析(1)分子间距离特点：由于分子的热运动，液体表面层分子分布比内部分子稀疏。液体的表面张力(2)在液体内部，分子间平均距离r略小于r0，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r0，分子间的作用力表现为引力。(3)表面特性：表面层分子之间的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”。(4)表面张力的方向：表面张力的方向和液面相切，如果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。2.表面张力及其作用(1)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，滴在洁净玻璃板上的水银滴呈球形(但由于受重力的影响，往往呈扁球形，在完全失重条件下才呈球形)。(2)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。〖试题案例〗〖例1〗(多选)下面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都要密，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〗表面张力产生的原因是由于液体表面层的分子分布较液体内部稀疏，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方向拉紧的力，液体内部分子成为表层分子，需要克服引力做功，因此势能增加。故B、D正确。〖答案〗BD方法总结(1)液体表面张力的产生是由于液体表面层内的分子比液体内部稀疏，分子间表现为引力，表面张力为表面层里分子的分子力。(2)液体的表面张力使液面具有收缩的趋势，在体积相等的各种形状的物体中，球形表面积最小，所以液滴总是呈球形。(3)表面张力的方向与液面相切。〖针对训练1〗(多选)下列现象中，由于液体的表面张力而引起的是()A.液体与固体、气体不同，它在不同容器内，尽管形状不同，但体积相同B.两滴水银相互接触，立即合并成一滴C.新的棉织品水洗后都要缩水D.小昆虫能在水面上自由走动〖解析〗同一体积的液体在不同容器内有不同的形状，这是由液体分子的排列规律决定的，与表面张力无关，而两滴水银接触后合并、新棉织品水洗后缩水、小昆虫在水面上走动，都将受到液体的表面张力的作用。〖答案〗BCD核心要点浸润和不浸润及毛细现象〖观察探究〗在水中浸入两个同样细的玻璃细管，一个是直的，另一个是弯的，如图所示，水在直管中上升的高度比在弯管中上升的最高点还要高，那么弯管中的水会不会流出？〖答案〗因为水滴从弯管管口N处落下之前，弯管管口的水面在重力作用下要向下凸出，这时表面张力的合力竖直向上，使水不能流出。〖探究归纳〗1.浸润和不浸润现象成因分析(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。(2)浸润的成因：当固体分子吸引力大于液体内部分子力时，附着层内液体分子比液体内部分子稠密，附着层中分子之间表现为斥力，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.毛细现象项目浸润不浸润现象液体在毛细管中上升液体在毛细管中下降举例浸润液体液面在毛细管里上升不浸润液体液面在毛细管里下降特点对于一定的液体和一定材质的管壁，管的内径越细，毛细管内外液面差越大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。如图甲所示，当毛细管插入浸润液体中，附着层里的排斥力使附着层沿管壁上升，这部分液体上升引起液面弯曲，呈凹形弯月面使液体表面变大，与此同时由于表面层的表面张力的收缩作用，管内液体也随之上升。直到表面张力向上的力与管内升高的液体的重力相等时，达到平衡，液体停止上升，稳定在一定的高度。利用类似的分析，也可以解释不浸润液体在毛细管里下降的现象(如图乙所示)〖试题案例〗〖例2〗(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〖解析〗水可以附着在玻璃表面上，也就是说水可以浸润玻璃，但不会附着在蜂蜡上，也就是说不浸润蜂蜡。浸润液体和不浸润液体都能发生毛细现象，在细管中沿管壁上升的是浸润液体，在细管中沿管壁下降的是不浸润液体。〖答案〗AB方法凝炼(1)液体放在玻璃容器中，液面与器壁接触的位置是弯曲的，但有的向上弯，有的向下弯(如图)。这也是浸润与不浸润两种现象的区别。(2)浸润和不浸润也是分子力作用的表现。(3)同一种固体，对有些液体浸润，对有些液体不浸润。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。例如：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。〖针对训练2〗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〖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。〖答案〗B1.(液体表面张力)关于液体的表面张力，下列说法中错误的是()A.表面张力是液面各部分间相互吸引的力，方向与液面相切B.表面张力是液面分子间的作用力的宏观体现C.表面层里的分子距离比液体内部的小，分子间的作用力表现为引力D.不论是水还是水银，表面张力都要使液面收缩〖解析〗表面张力是液面各部分间相互吸引的力，方向与液面相切，在液体与气体相接触的表面层中，液体分子的分布比液体内部的稀疏，即分子间距大于r0，分子间的相互作用力表现为引力，其宏观表现是使液面收缩，好像绷紧的橡皮膜一样。所以错误的只有C选项。〖答案〗C2.(液体表面张力的应用)下列不属于液体表面张力作用具有收缩趋势而引起的现象是()A.小昆虫停留在水面上B.用焊锡焊接处总是球形的C.液体流不过网眼很密的筛子D.雨水掉到游禽羽毛上时，雨水不能湿润羽毛〖解析〗小昆虫停留在水面上使水面略有凹陷，凹陷处水面具有收缩趋势的表面张力的向上分力对昆虫的支持作用使其能停留在水面上。焊锡熔化成液态时，由于液态锡滴表面张力的作用，其表面积具有收缩到最小的趋势，使锡滴成为球形。网眼很密的筛子被水浸润后，在网眼上形成一层水膜，当水通过水膜时，水膜的具有收缩趋势的表面张力使水无法流过网眼。游禽羽毛上有很多油脂，形成油脂层，水不浸润油脂层，因而不能湿润羽毛。显然只有D项符合题目要求。〖答案〗D3.(浸润和不浸润)关于浸润和不浸润，下面的说法正确的是()A.水是浸润液体，水银是不浸润液体B.在内径小的容器里，如果液体能浸润器壁，液面呈凸形C.如果固体分子跟液体分子间的引力比较弱，就会形成浸润现象D.鸭的羽毛上有一层很薄的脂肪，使羽毛不被水浸润〖解析〗浸润还是不浸润是液体相对于某种固体物质而言的，水相对于玻璃是浸润液体，相对于油脂则是不浸润液体。同样，水银相对于玻璃是不浸润液体，但相对于铅来说，又是浸润液体，A错误；在内径小的容器里，如果液体能浸润器壁，则液面呈凹型，B错误；液体浸润与否取决于液体与固体接触处的附着层内分子之间是引力还是斥力，C错误，D正确。〖答案〗D4.(毛细现象)(多选)将不同材料制成的甲、乙两细管插入相同的液体中，甲管内液面比管外液面低，乙管内液面比管外液面高，则()A.液体对甲材料是浸润的B.液体对乙材料是浸润的C.甲管中发生的不是毛细现象，而乙管中发生的是毛细现象D.若甲、乙两管的内径变小，则甲管内液面更低，乙管内液面更高〖解析〗液体对固体浸润的情况下，在附着层分子的排斥力和表面层分子的吸引力的共同作用下，液面将上升，所以A错误，B正确；毛细现象是指浸润液体在细管中上升，以及不浸润液体在细管中下降的现象，所以C错误；在液体和毛细管材料一定的情况下，管