第二章　5　液体 学案（学生版+教师版）—2024年春高中物理人教版选择性必修三

5　液体
[学习目标]　
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(重点)。
2.了解浸润和不浸润现象及毛细现象产生的原因(难点)。
3.了解液晶的特点及其应用。
一、液体的表面张力
如图，早晨草叶上的露珠呈球形，水黾在水上能够静止不动，这两个看上去毫无关联的事情有什么本质上的联系？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
1．表面层：液体表面跟________接触的薄层，如图所示。
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________，且与分界面________。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：使液面具有________的趋势，使液体表面积趋于最小。
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。
1．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？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
2．在空间实验室里，水滴的形状是一个完美的球形。生活中我们还经常看到荷叶上的露珠呈扁平球形等现象。你能解释这是为什么吗？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
3．把玻璃管的裂口放在火焰上烧熔，它的尖端就会变钝(如图)。这是什么缘故？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
例1　下列关于液体表面张力的说法中，正确的是(　　)
A．液体表面张力的存在，使得表面层内分子的分布比内部要密集些
B．液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，分子力表现为引力，产生表面张力
C．液体表面层分子间只有引力而无斥力是产生表面张力的原因
D．液体表面张力的方向指向液体内部，使液体表面有收缩趋势
例2　(2023·扬州市高二期中)以下现象中，与表面张力无关的是(　　)
A．处于完全失重状态的水银滴呈球形
B．某些小型昆虫可以在水面上行走
C．玻璃管的裂口在火焰上烧熔，它的尖端会变钝
D．湿的衣服很难脱下来
二、浸润和不浸润
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？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
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力比液体分子之间的相互作用力强时，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________，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______。
1.如图所示，在灌溉完土地后农民伯伯往往利用翻松地表土壤的方法来保存土壤里的水分，你知道这是为什么吗？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
2．要想把凝固在衣料上的蜡迹去掉，可以把两层棉纸分别放在蜡迹处衣服的上面和下面，然后用热熨斗在棉纸上来回烫熨。为什么这样做可以去掉衣料上的蜡迹？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
例3　(2023·宿迁市高二期中)将粗细不同的两端开口的玻璃细管插入盛有某种液体的玻璃容器里，下列各图中可能正确的是(　　)
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。
(1)液晶的各种物理性质均表现为各向异性。(　　)
(2)液晶具有液体的流动性，液晶的分子排列与液态相同。(　　)
(3)液晶是液体和晶体的混合物。(　　)
例4　液晶电视逐步走进了千家万户。液晶电视的关键部件是液晶层，下列关于液晶层工作原理的说法不正确的是(　　)
A．液晶分子的空间排列是不稳定的，具有各向异性
B．液晶的光学性质随温度的变化而变化
C．液晶的光学性质随外加电压的变化而变化
D．利用液晶对光具有各向异性的特点
5　液体
[学习目标]　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(重点)。2.了解浸润和不浸润现象及毛细现象产生的原因(难点)。3.了解液晶的特点及其应用。
一、液体的表面张力
如图，早晨草叶上的露珠呈球形，水黾在水上能够静止不动，这两个看上去毫无关联的事情有什么本质上的联系？
答案　早晨草叶上的露珠呈球形和水黾在水面上能够静止不动，都是由于液体的表面张力的作用。
1．表面层：液体表面跟气体接触的薄层，如图所示。
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，且与分界面垂直。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：使液面具有收缩的趋势，使液体表面积趋于最小。
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。
1．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？
答案　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。
2．在空间实验室里，水滴的形状是一个完美的球形。生活中我们还经常看到荷叶上的露珠呈扁平球形等现象。你能解释这是为什么吗？
答案　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。太空中，物体完全失重，表面张力使液滴呈球形。地面上，表面张力尽管仍然存在。但重力使露珠呈扁平球形。
3．把玻璃管的裂口放在火焰上烧熔，它的尖端就会变钝(如图)。这是什么缘故？
答案　由玻璃熔化变成液体后，其表面受到表面张力的作用，使表面收缩，玻璃管尖端变钝。
例1　下列关于液体表面张力的说法中，正确的是(　　)
A．液体表面张力的存在，使得表面层内分子的分布比内部要密集些
B．液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，分子力表现为引力，产生表面张力
C．液体表面层分子间只有引力而无斥力是产生表面张力的原因
D．液体表面张力的方向指向液体内部，使液体表面有收缩趋势
答案　B
解析　液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，分子力表现为引力，从而产生表面张力，B正确，A错误；液体表面层分子间既有引力又有斥力，但引力大于斥力，从而表现为引力，C错误；液体表面张力的方向总是跟液面相切，D错误。
例2　(2023·扬州市高二期中)以下现象中，与表面张力无关的是(　　)
A．处于完全失重状态的水银滴呈球形
B．某些小型昆虫可以在水面上行走
C．玻璃管的裂口在火焰上烧熔，它的尖端会变钝
D．湿的衣服很难脱下来
答案　D
解析　处于完全失重状态下的水银在表面张力的作用下，其表面被绷紧，表面积也将趋于最小，最终呈球形，故A不符合题意；水在表面张力的作用下形成了一层水膜，当昆虫重力很小时，这层水膜可以支撑昆虫行走，故B不符合题意；玻璃管的裂口在火焰上烧熔后，由固态变为液态，在表面张力的作用下会趋于球形，所以尖端会变钝，故C不符合题意；湿的衣服很难脱下来，是由于衣服变湿后与身体之间的附着力增大的缘故，与表面张力无关，故D符合题意。
二、浸润和不浸润
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，但水不润湿蜡。
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力比液体分子之间的相互作用力强时，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。
1.如图所示，在灌溉完土地后农民伯伯往往利用翻松地表土壤的方法来保存土壤里的水分，你知道这是为什么吗？
答案　把地表土壤锄松，破坏了土壤表层的毛细管，地下的水分就不会沿毛细管上升到地面而被蒸发掉。
2．要想把凝固在衣料上的蜡迹去掉，可以把两层棉纸分别放在蜡迹处衣服的上面和下面，然后用热熨斗在棉纸上来回烫熨。为什么这样做可以去掉衣料上的蜡迹？
答案　因为放在衣料上的吸附性极好的纸内有许多细小的孔道起着毛细管的作用，当蜡或油脂受热熔化成液体后，由于毛细现象，它们就被纸吸掉了。
例3　(2023·宿迁市高二期中)将粗细不同的两端开口的玻璃细管插入盛有某种液体的玻璃容器里，下列各图中可能正确的是(　　)
答案　B
解析　若液体不浸润玻璃时，在玻璃细管内会下降，并形成向上凸起的球面，选项A、C错误；若液体浸润玻璃时，液体在玻璃细管内会上升，并形成向下凹陷的球面，且细管越细，液柱上升越高，选项B正确，D错误。
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。
(1)液晶的各种物理性质均表现为各向异性。(　×　)
(2)液晶具有液体的流动性，液晶的分子排列与液态相同。(　×　)
(3)液晶是液体和晶体的混合物。(　×　)
例4　液晶电视逐步走进了千家万户。液晶电视的关键部件是液晶层，下列关于液晶层工作原理的说法不正确的是(　　)
A．液晶分子的空间排列是不稳定的，具有各向异性
B．液晶的光学性质随温度的变化而变化
C．液晶的光学性质随外加电压的变化而变化
D．利用液晶对光具有各向异性的特点
答案　B
解析　液晶分子在特定方向排列比较整齐，具有各向异性，分子的排列是不稳定的，故A正确；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。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。液晶电视依据的是液晶的光学性质随外加电压的变化而变化工作的，故C正确，B错误。液晶显示器就是利用液晶对光具有各向异性的特点，故D正确。