2015版高中物理人教版选修3-3讲义：9.2　液体

课时9.2　液　　体
1.了解液体的基本性质。
2.知道液体的表面张力,了解表面张力形成的原因。
3.了解浸润和不浸润现象、毛细现象、液晶及其在科技和生活中的应用。
4.用对比的方法理解液体的微观特性,并体验探究过程,学习科学探究方法,培养独立思考的能力。
重点难点:液体的微观结构和特性,表面张力及其产生的有关现象。液体表面层、附着层的微观结构及其分子间的相互作用。
　　教学建议:本节教材为了解性教学内容, ( http: / / www.21cnjy.com )要求比较低,只要求学生了解液体的特性和微观结构特点,了解表面张力及其产生的有关物理现象,丰富学生的知识和生活常识。对液晶技术在现代科技中占有重要的作用作适当介绍,让学生有所了解。在教法上,着重让学生认识液体的微观结构和特性,重点是做好相关的实验,保证实验效果,不宜作较多的探讨。
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导入新课:池塘里,水面上的一只小昆虫跑来跑去,有时还停留在水面上,不会陷入水中(如图),这是为什么
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1.液体的微观结构和液体的表面张力
(1)微观结构:液体分子之间的距离①小,分子间作用力比固体分子间作用力②小。
(2)宏观性质:液体与固体一样有一定的体积,不易压缩,但液体具有③流动性,比固体扩散速度④快。
(3)表面张力:由于表面层分子间的分子力为⑤引力,使液体表面绷紧,所以叫作表面张力。
2.浸润和不浸润及毛细现象
(1)浸润和不浸润:一种液体会润湿某种固体 ( http: / / www.21cnjy.com )并附着在固体的表面上,这种现象叫作⑥浸润。一种液体不会润湿某种固体,也就不会附着在这种固体的表面,这种现象叫作⑦不浸润。
(2)微观解释:浸润和不浸润是⑧分子力作用的表现。
(3)毛细现象:浸润液体在细管中⑨上升的现象,以及不浸润液体在细管中⑩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。
3.液晶
(1)液晶: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。
(2)液晶的用途:液晶可以用作光学元件,在生物医学、电子工业、航空工业中都有重要应用。
1.雨伞的伞面上有很多细小的孔,为什么下雨时,雨水不会从孔里漏下来
解答:因为雨水将纱线浸湿后,在纱线孔隙中形成水膜,水膜的表面张力使雨水不会漏下来。
2.要想把凝固在衣料上的蜡去掉,可以把两层棉纸分别放在蜡迹的上面和下面,然后用热熨斗在棉纸上来回熨烫。为什么这样做可以去掉衣料上的蜡
解答:放在衣料上、下面的棉纸内有许多细小的孔起着毛细管的作用,当蜡或油脂受热熔化成液体后,由于毛细现象,它们就会被棉纸吸掉。
3.液晶电视已经走进寻常百姓家,液晶显示器是如何显示各种颜色的呢
解答: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。
4.“毛细现象是浸润或不浸润的实例”这种说法对吗
解答:毛细现象是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,所以毛细现象是浸润或不浸润的实例,这种说法是正确的。
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主题1:液体的微观结构和液体的表面张力
问题:阅读课本中“液体的微观结构”以及“液体的表面张力”标题下的内容,回答下列问题。
(1)尝试利用液体的微观结构特点,解释液体的一些特性,例如,不易压缩、具有流动性、液体的扩散比固体快等。
(2)根据液体的表面层与液体的内部分子的结构特点,说明液体表面层为什么会存在张力。
解答:(1)因为液体分子也像固体分子一样聚 ( http: / / www.21cnjy.com )集在一起,且分子间有较强的相互作用,所以液体具有一定的体积,不易被压缩。液体分子间的相互作用力比固体分子间的相互作用力小,液体分子可以在液体中移动,这是液体具有流动性的原因。由于分子在液体里的移动比在固体中容易得多,所以液体的扩散比固体的扩散快。
(2)液体表面层的分子分布 ( http: / / www.21cnjy.com )比液体内部稀疏一些。液体表面层由于分子较稀,分子之间距离就较大些,随距离的增大,分子彼此之间的斥力小于引力,在这个特殊层中,分子间的引力作用占优势,所以液体表面层中,任何两部分之间都会存在相互吸引力,它的作用是使液体表面绷紧,这就是液体的表面张力。
知识链接:液体的表面张力存在于液体的表面层内,表面层内的分子间作用力表现为引力,其作用使液体表面积具有收缩到最小的趋势,其方向与液面相切。
主题2:浸润和不浸润及毛细现象
问题:阅读课本中“浸润和不浸润”以及“毛细现象”标题下的内容,回答下列问题。
(1)怎样解释浸润和不浸润现象
(2)毛细现象的特点是什么
(3)如何解释毛细现象
解答:(1)液体与固体接触时,附着层中 ( http: / / www.21cnjy.com )的液体分子受固体分子的吸引比内部液体分子弱,结果附着层中的液体分子比液体内部稀疏,这时在附着层中就会出现跟表面张力相似的收缩力,使跟固体接触的液体表面有收缩的趋势,因而形成不浸润现象。相反,如果受到固体分子吸引相对较强,附着层里的分子就比液体内部更密,在附着层里就会出现液体分子互相排斥的力,这时跟固体接触的表面有扩展的趋势,从而形成浸润现象,总之,浸润和不浸润现象是分子力作用的表现。
(2)浸润液体在毛细管里上升后,形 ( http: / / www.21cnjy.com )成凹液面,不浸润液体在毛细管里下降后形成凸液面。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,高度差就越大。
(3)当毛细管插入浸润液体中时,附 ( http: / / www.21cnjy.com )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拉伸作用与管内升高的液体的重力相等时,达到平衡,液体停止上升,并稳定在一定的高度。
知识链接:浸润和不浸润现象是分子力作用的结果;浸润时附着层面积有扩大的趋势,不浸润时附着层面积有缩小的趋势。
主题3:液晶
问题:阅读课本中“液晶”标题下的内容,回答下列问题。
(1)液晶的特点是什么
(2)液晶有哪些主要的用途
解答:(1)液晶具有液体的流动性,液晶具有晶 ( http: / / www.21cnjy.com )体的光学各向异性。液晶分子的排列特点,从某个方向上看液晶分子的排列比较整齐,但从另一个方向看,液晶分子的排列是杂乱无章的;液晶的物理性质很容易在外界的影响(如电场、压力、光照、温度)下发生改变。
(2)利用电压对液晶的影响 ( http: / / www.21cnjy.com )可以制作电子手表、电子计算器、微型电脑及其他仪器的显示元件;利用液晶随温度变化改变颜色的性质可以用来探测温度、检查肿瘤和检查电路中的短路点等。
知识链接:液晶态是介于固态和液态之间的中间态,不是所有的物质都具有液晶态。液晶在光学效应方面的应用是当前液晶最主要的应用方向。
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1.(考查液体的微观结构)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.与液面接触的容器壁的分子对液体表面分子有吸引力
D.液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离
【解析】由于液体表面层分 ( http: / / www.21cnjy.com )子间的距离大于液体内部分子间的距离,所以表面层分子间的相互作用表现为引力。这种引力使液体表面层的相邻部分之间具有相互吸引的力(即表面张力)。表面张力使液体表面具有收缩的趋势。
【答案】D
　　【点评】表面张力使液面有收缩的趋势 ( http: / / www.21cnjy.com ),故往往会误认为收缩后r2.(考查液体的表面张力)我们在河边会发现有些小昆虫能静止于水面上,这是因为(　　)。
A.小昆虫的重力可忽略
B.小昆虫的重力与浮力平衡
C.小昆虫的重力与表面张力平衡
D.表面张力使水面收缩成“弹性薄膜”,对小昆虫产生一个向上的支持力,小昆虫的重力和支持力平衡
【解析】小昆虫静止在水面上是因为小昆虫所受的合外力为零;表面张力不是作用于小昆虫上的力,而是作用于液体表面层中的力。
【答案】D
　　【点评】表面张力不是指个别分子间的相互引力,而是表面层中大量分子间引力的宏观表现。凡是液体与气体接触的表面都存在表面张力。
3.(考查浸润和不浸润及毛细现象)把极细的玻璃管插入水中与水银中,下图中正确表示毛细现象的是(　　)。
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【解析】因为水能浸润玻璃,所以A正确,B错误;水银不浸润玻璃,C正确;D项中外面浸润,所以是不可能的。故正确选项为A、C。
【答案】AC
　　【点评】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。
4.(考查液晶的特点)关于液晶,下列说法中正确的有(　　)。
A.液晶是一种晶体
B.液晶分子的空间排列是稳定的,具有各向异性
C.液晶的光学性质随温度的变化而变化
D.液晶的光学性质随外加电压的变化而变化
【解析】液晶的微观结构介于晶体和液体之间,虽然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,选项A、B错误。
外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列 ( http: / / www.21cnjy.com )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。选项C、D正确。
【答案】CD
　　【点评】液晶分子的排列是不稳定的,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。
拓展一:液体的微观结构与表面张力
1.关于液体,下列说法正确的是(　　)。
A.液体的性质介于气体和固体之间,更接近气体
B.小液滴成球状,说明液体有一定的形状和体积
C.液面为凸形时表面张力使表面收缩,液面为凹形时表面张力使表面伸张
D.液体的扩散比固体的扩散快
【分析】求解此题应把握以下三点:
(1)理解液体微观结构,牢记液体的宏观特性。
(2)理解表面张力的成因。
(3)理解表面张力的作用。
【解析】液体性质介于气体和固体之间 ( http: / / www.21cnjy.com ),更接近于固体,具有不易被压缩、有一定体积、没有一定形状、扩散比固体快等特点,A、B错,D对。无论液面为凸面还是凹面,表面张力总是使表面收缩,C错。
【答案】D
【点拨】利用表面张力分析问题的技巧。
应用表面张力分析问题时应明确以下三点:
(1)表面张力的实质是液体表面层内各部分之间的相互吸引力,是分子力的宏观体现。
(2)需要注意的是,表面张力作用于液体的表面层,并不是作用于液面上的物体。
(3)物体未陷入水中而浮于水面上是表面张 ( http: / / www.21cnjy.com )力在起作用,表面张力使水面形成一个“膜”,正是这个“膜”托住了物体,即“膜”对物体的支持力与物体的重力平衡。
拓展二:对浸润和不浸润现象及毛细现象的分析
2.附着层里的液体分子比液体内部稀疏的原因是(　　)。
A.附着层里液体分子间的斥力强
B.附着层里液体分子间的引力强
C.固体分子对附着层里的液体分子的吸引比液体内部分子的吸引弱
D.固体分子对附着层里的液体分子的吸引比液体内部分子的吸引强
【分析】求解此题应把握以下两点:
(1)液体浸润固体,附着层面积要扩张,不浸润固体,附着层面积要收缩。
(2)发生浸润还是不浸润要看固体分子和液体内部分子对附着层分子的吸引力的强弱。
【解析】附着层里的分子既受到固体分子 ( http: / / www.21cnjy.com )的吸引,又受到液体内部分子的吸引,如果受到的固体分子的吸引比较弱,附着层里的部分分子进入液体内部,从而使附着层的分子比液体内部稀疏,所以C正确,A、D错。对于B,虽然附着层分子稀疏,分子间的吸引强,但这是附着层分子稀疏后的一个结果,并不是引起附着层分子稀疏的原因,因此B也错。
【答案】C
【点拨】若液体对某种固体浸润,则附着层内分子间距离小于液体内部分子间的距离,附着层内分子之间的作用力表现为斥力,附着层有扩展的趋势。
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　　液体