2.5 液体（教案） 高二物理人教版（2019）选择性必修第三册

第二章 气体、固体和液体
第5节 液体
教学设计
问题与目标
1.了解液体的表面张力现象，能解释液体表面张力产生的原因。
2.了解液体的微观结构、浸润和不浸润现象、毛细现象，了解这些现象的产生原因。
3.了解液晶的特点及其应用。
重点与难点
重点
1.液膜的收缩特性及液体表面张力产生的原因，液体的表面张力现象及其应用。
2.浸润和不浸润的区别。
难点
1.通过观察现象和实验操作总结液膜的收缩特性。
2.从微观分子结构解释液体表面张力以及浸润和不浸润的成因。
教学准备
教师要求
多媒体课件，油滴在水和酒精混合液里呈球形的演示实验装置(长方形玻璃缸、酒精和水以适当比例兑成的混合液、车用机油)，液膜收缩特性的演示实验装置(带有棉线的铁丝环、有木把的钢针、烧杯、肥皂液、酒精灯)，浸润和不浸润现象的演示实验装置(水银、水、玻璃板、锌片、烧杯)，毛细现象的演示实验装置(一组内径大小不同的毛细管、两臂直径相差较大的U形玻璃管、水、水槽、水银、水银槽、支架)，实物投影仪等。
学生要求
课前复习分子动理论等相关知识。
教学过程
一、导入新课
1.如图所示是液体表面附近分子分布的大致情况。
请结合图片思考下列问题：
(1)液体像气体一样没有固定的形状，具有流动性，而又像固体一样具有一定的体积，不易被压缩。液体的这些特点是由什么决定的
(2)液体表面层内的分子间距离和分子力各有什么特点？
(3)小昆虫、缝衣针在水面上不下沉与小木块浮在水面上的道理相同吗
学生思考后回答：
(1)液体的微观结构。
(2)表面层内的分子间距离大于r0，分子间作用力表现为引力。
(3)不同。小昆虫、缝衣针能在水面上不下沉是液体表面张力在起作用。小木块浮在水面上是重力和水的浮力平衡的结果。
本节课我们就一起来研究液体的性质。
2.既然液体的性质是由液体的微观结构决定的，那么我们就先来研究一下液体的微观结构。
液体和固体一样有一定的体积，不易被压缩，但液体没有一定的形状，像气体一样具有流动性。液体的这些性质是由它的微观结构所决定的。
液体中的分子跟固体中的分子一样是密集在一起的，液体分子的热运动主要表现为在平衡位置附近做微小的振动，但液体分子只在很小的区域内有规则地排列，这种区域是暂时形成的，边界和大小随时改变，有时瓦解，有时又重新形成。流体由大量这种暂时形成的小区域构成，这种小区域杂乱无章地分布着。
实际上，非晶体的微观结构跟液体非常相似，可以看成是黏滞性极大的流体，所以严格说来，只有晶体才能叫作真正的固体。
3.多媒体课件展示沥青滴落的实验。
由于液体由大量暂时形成的杂乱无章地分布着的小区域构成，所以液体表现出各向同性；液体分子的排列更接近于固体，液体中的分子密集在一起，相互作用力大，主要表现为在平衡位置附近做微小振动，所以液体具有一定的体积；液体分子能在平衡位置附近做微小的振动，但没有长期固定的平衡位置，液体分子可以在液体中移动，这是液体具有流动性的原因；液体中的扩散现象是由液体分子的运动产生的，分子在液体中移动比在固体中移动容易得多，所以液体要比固体扩散得快。
二、新课教学
1.液体的表面张力
多媒体课件展示露珠和水黾的图片。
请学生思考下列问题：
为什么叶面上的露珠总是球形的
为什么由滴管口缓慢流出的液体不是连续的液流而是连串的液滴
为什么一些昆虫可以停在水面上而不致沉入水里
学生回答：可能是由于液体表面有收缩的趋势。
演示实验：用烧热的针刺破某部分液膜，观察细线及液膜的变化情况。
实验说明液体表面确实具有收缩的趋势。
思考讨论：为什么液体表面具有收缩的趋势呢
多媒体课件展示液体微观结构的视频和图片。
由于液体的蒸发现象，液体表面层的分子分布比内部的要稀疏，分子间距比较大，分子间距r>r0，分子间的作用表现为相互吸引。因此，表面层分子之间的引力使液面产生了表面张力，使液体表面形成一层绷紧的膜。
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)，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。表面张力的方向与液面相切，垂直于液面上的各条分界线，如图所示。
2.浸润和不浸润
提出问题：我们已知道液体跟气体接触时，在接触的表面存在一个薄层——表面层，表面层的性质决定了液体出现表面引力，使液体具有收缩的趋势。那么，在液体与固体接触时，会出现什么现象呢
多媒体课件展示将玻璃浸入水和水银中再取出，可观察到从水银中取出的玻璃上没有附着水银，从水中取出的玻璃上会附着上一层水。
浸润和不浸润的形成原因：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。当固体分子的吸引力大于液体内部的分子力时，附着层的分子比液体内部的分子密集(相当于内部的液体分子被吸引到附着层)，附着层分子间的距离小于液体内部分子间的距离，附着层分子之间的作用表现为斥力，附着层有扩展的趋势，这样的液体和固体表现为浸润；当固体分子的吸引力小于液体内部的分子力时，附着层的分子比液体内部的分子稀疏(相当于附着层的分子被吸引到液体内部)，附着层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，附着层分子之间的作用表现为引力，附着层有收缩的趋势，这样的液体和固体表现为不浸润。
特别提醒：浸润和不浸润是发生在两种材料(液体与固体)之间的，与这两种物质的性质都有关系，不能单说哪一种材料浸润或不浸润。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。
演示实验：
(1)将几根内径粗细不同的细玻璃管插入一浅水槽中后，用实物投影仪观察水面的情况，可以观察到管内水面高出水槽里水面，而且越细的管，水面上升得越高。
(2)在两侧直径大小不等的U形玻璃管内放人水银后，观察水银面的情况，可以观察到细管内水银面低于粗管内水银面。
毛细现象的定义：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，叫作毛细现象。
解释浸润液体在毛细管里上升的现象：浸润液体与毛细管内壁接触的附着层有扩展的趋势，造成液体与空气的接触面弯曲，呈凹形弯曲，液面与管壁接触位置的表面张力是沿液面切线方向向上的。表面张力有使液面收缩的趋势，造成管内液柱上升。直到表面张力向上的拉引作用与管内升高的液柱重力平衡，管内液体停止上升，液柱稳定在一定的高度，如图所示。细管越细，即管的截面积越小，则液柱上升的高度就越大。
可用相似的分析方法解释不浸润液体在毛细管里下降的现象。
举例说明毛细现象的应用：纸张、棉花脱脂后能够吸水的原因在于其内部有许多细小的孔道，起到毛细管作用。田间农作物的重要管理措施是锄地松土，防止土地板结，其目的是破坏土壤里的毛细管，使地下水分不会快速引上而蒸发掉。
3.液晶
研究发现，有许多有机化合物可以呈现介于晶体和液体之间的状态，它们一方面像液体一样，具有流动性，另一方面又像晶体一样，分子在特定方向排列比较整齐，具有各向异性，这种状态叫作液晶态。处于液晶状态的物质叫作液晶。
液晶的特点：位置无序使它像液体，排列有序使它像晶体。
液晶的应用：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。
三、课堂小结
本节课学习了以下内容：
1.液体与气体接触的表面有收缩的趋势，液面内相邻两部分之间彼此的相互吸引力叫作表面张力。
2.液体与固体接触的表面存在着附着层，由于附着层有收缩和扩展两种趋势，形成液体对固体有浸润和不浸润两种现象。
3.毛细现象是液体对固体浸润和不浸润现象在细管中的体现。毛细现象在日常生活中经常出现。
4.液晶的定义、特点和应用。
四、作业设计
完成课本第41页练习题
课堂练习
1.关于液体的表面张力，下列说法正确的是( )
A.液体的表面张力使表面层内液体分子间的平均距离小于
B.液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部
C.产生表面张力的原因是表面层内液体分子间只有引力没有斥力
D.液体表面张力与浸润现象都是分子力作用的表现
2.戴一次性医用防护口罩是预防新型冠状病毒的有效措施之一,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.如图所示为一滴水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.照片中的口罩内侧所用材料不合格
B.照片中水滴的附着层内分子排布比水滴的内部分子排布稀疏
C.照片中水滴表面分子比水滴的内部分子密集
D.水对所有材料都是不浸润的
3.关于浸润与不浸润现象,下面的几种说法中正确的是( )
A.水是浸润液体
B.水银是不浸润液体
C.同一种液体对不同的固体,可能是浸润的,也可能是不浸润的
D.只有浸润液体在细管中才会产生毛细现象
4.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变成球形——表面张力
C.粉笔能吸干纸上的墨水——浸润现象
D.布做的雨伞,虽然纱线间有空隙,却不漏雨水——毛细现象
答案以及解析
1.答案：D
解析：与气体接触的液体表面层内分子间距离大于液体内部分子间距离，液体表面层的分子间同时存在相互作用的引力与斥力，但由于分子间的距离大于分子的平衡距离，分子引力大于分子斥力，分子力表现为引力，即存在表面张力，A、C错误；表面张力的方向平行于液体表面，而非与液面垂直，B错误；液体表面张力与浸润现象都是分子力作用的表现，D正确.
2.答案：B
解析：合格的一次性医用防护口罩内侧所用材料对水不浸润,照片中的口罩正好发生了不浸润现象,A错误;根据照片所示,水发生了不浸润现象,则水滴的附着层内分子排布比水滴的内部排布稀疏,B正确;照片中水滴为球形,水滴表面的分子间距比水滴内部的分子间距大,分子之间的作用力为引力,形成的是表面的张力,C错误;水对所有材料不都是不浸润的,比如,水可以浸润玻璃,D错误.
3.答案：C
解析：浸润和不浸润,是一种液体对某一种固体来说的,孤立地说某种液体浸润或不浸润都没有意义。同一种液体对不同的固体,可能浸润,也可能不浸润,例如水对玻璃浸润,而对荷叶就不浸润,故A、B错误,C正确;浸润液体在细管中上升,不浸润液体在细管中下降,都属于毛细现象,故D错误。
4.答案：B
解析：鸭子从池塘中出来,羽毛不湿,是不浸润现象,故A错误;细玻璃棒尖端放在火焰上烧熔后变成球形,是由于表面张力的作用,故B正确;粉笔能吸干纸上的墨水,是毛细现象,故C错误;布做的雨伞,虽然纱线间有空隙,却不漏雨水,主要是因为表面张力的作用,故D错误。
板书设计
第5节 液体
1.液体的表面张力
(1)定义
(2)方向及效果
(3)产生原因
2.浸润和不浸润
(1)定义
(2)微观解释
(3)毛细现象
①定义
②微观解释
3.液晶
(1)定义
(2)特点
(3)应用
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