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5．液体
第二章 气体、固体和液体
整体感知·自我新知初探
[学习任务] 任务1．知道液体的表面张力，了解表面张力形成的原因。
任务2．了解浸润和不浸润现象，知道毛细现象及形成的原因。
任务3．了解液晶的主要性质，知道液晶在显示技术中的应用。
[问题初探] 问题1．观察草叶上的露珠，小露珠呈球形，这说明了什么问题。
问题2．表面张力是怎样产生的？
问题3．浸润液体在毛细管内，液面为何成凹形？
问题4．液晶是液体和晶体的混合物吗？
[思维导图]
探究重构·关键能力达成
[链接教材] 一些昆虫可以停在水面
上，叶面上的露珠呈球形……你能解
释这一现象吗？
知识点一 液体的表面张力
提示：水黾能停在水面上是液体表面张力作用下使昆虫受到向上的支持力与其重力平衡；露珠呈球形说明液体与空气接触的表面有收缩的趋势。
1．表面层：液体表面有一层跟气体接触的____，叫作表面层。
2．分子力的特点
在液体内部，分子间的平均距离r略小于 __，分子间的作用力表现为____；在表面层，分子比较____，分子间距离r略大于 __，分子间的作用力表现为____。
3．表面张力
(1)定义：液体表面的使液体表面____的力，叫作液体的表面张力。
(2)作用效果：使液体表面具有____的趋势。
(3)表面引力的方向：总是跟液面____，且与分界线____。
薄层
r0
斥力
稀疏
r0
引力
绷紧
收缩
相切
垂直
如图甲所示，金属框上阴影部分表示肥皂膜。它被棉线分割成a、b两部分。
问题 若将肥皂膜的a部分用烧热的针刺破，棉线的形状是图乙中的哪一个？为什么？
提示：D。肥皂膜未被刺破时，作用在棉线两侧的表面张力互相平衡，棉线可以有任意形状。当把a侧肥皂膜刺破时，在b部分肥皂膜表面张力的作用下，棉线被绷紧，因液体表面有收缩到面积最小的趋势，所以棉线被拉成凹的圆弧形状。
1．液体表面张力的形成
(1)分子间距离特点：由于蒸发现象，液体表面分子分布比内部稀疏。
(2)分子力特点：液体内部分子间平均距离r略小于r0，分子间作用力表现为斥力，而液体表面层分子之间距离较大，分子力表现为引力。
(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，使液体表面绷紧。
2．表面张力及作用效果
(1)表面张力的方向和液面相切，垂直于液面上的各条分界线，如图所示。
(2)表面张力的大小与边界线长度有关，还跟液体的种类、温度有关。
(3)表面张力使液面有收缩的趋势，故往往会误认为收缩后r【典例1】 (对表面张力的理解)太空授课活动引人注目，航天员们通过实验，展示了失重环境下许多神奇现象，其中的“液桥”现象，让我们认识了表面张力的魅力。下面关于表面张力的说法正确的是( )
A．表面张力是液体内部分子间作用力引起的
B．表面张力能让液面具有收缩趋势，在太空失重
环境下，液滴呈球形
C．表面张力方向与液体表面垂直且向上
D．表面张力是由液体表层分子间距离小于液体内部分子间距离，且小于分子平衡距离，表层液体分子作用力表现为斥力产生的
√
B [液体与气体接触面存在表面层，表面层内液体分子间的距离大于平衡距离，分子力表现为引力，分子表面具有收缩的趋势，在太空失重环境下，液滴呈球形，表面张力和液面相切，垂直于分界线。故B正确，A、C、D错误。]
【典例2】 (对表面张力的理解)(多选)如图所示，关于液体表面张力，下列说法正确的有( )
A．甲图中露珠呈球形，这是地球引力作用的结果
B．乙图中液体表面层分子间的距离大于
液体内部分子间的距离，产生表面张力
C．丙图中水黾可以停在水面上，是由于
水的浮力作用
D．丁图中液体表面张力方向与液面相切
√
√
BD [题中甲图中露珠呈球形，这是液体表面张力作用的结果，A错误；题中乙图中液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，分子间作用力表现为引力，从而产生表面张力，B正确；题中丙图中水黾可以停在水面上，是由于水的表面张力作用，C错误；表面张力产生在液体表面层，它的方向与液面相切，且与分界线垂直，D正确。]
规律方法 分析表面张力问题的注意点
(1)表面张力是根据效果命名的力，是液体表面层内大量分子力的宏观表现。
(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几何体中，球形表面积最小，所以液滴总是呈现球形。这是解释液滴及液体薄膜形状等问题的关键。
(3)液体的表面张力方向总是与液面相切，与分界线垂直。
(4)要注意区分液体表面张力与浮力。
【教用·备选例题】 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( )
√
A [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。]
A B C D
[链接教材] 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(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(图乙)。这种现象说明什么问题？由此一位同学设想只要选
择恰当的材料做酱油瓶的瓶口，就能保持瓶子清
洁。你认为他的想法有道理吗？如果有道理，应
该选择哪种材料？
知识点二 浸润和不浸润
提示：水可以浸润玻璃，但不能浸润蜡。有道理。选择对酱油不浸润的材料做瓶口。
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__时，液体能够浸润固体。反之，液体则不浸润固体。
[微提醒] 对于同一种固体，有些液体浸润，有些液体不浸润。例如水浸润玻璃，但水银不浸润玻璃。
2．毛细现象：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。
润湿
附着
润湿
不会附着
强
上升
下降
周敦颐在《爱莲说》中写下了千古名句“出淤泥而不染，濯清涟而不妖”。如图所示，莲花出淤泥而不染。微风吹过，荷叶上的小水滴随风摇摆滚动，带走了荷叶表面的泥土和灰尘。水面上是一尘不染的莲花迎风舞动，水面下是污浊的水塘和淤泥。
问题1．为什么会出现上述现象？
问题2．在日常生活中，你会发现水中游禽会不时地用嘴抹擦身上羽毛，你知道为什么吗？
提示：1．水对荷叶是不浸润。
2．游禽在用嘴把油脂涂到羽毛上，使水不能浸润羽毛。
1．浸润和不浸润现象成因
(1)附着层内分子受力情况：液体和固体接触时，在接触的位置形成一个液体薄层，叫作附着层。
(2)浸润的成因：当固体分子吸引力大于液体内部分子吸引力时，导致附着层内液体分子比液体内部分子稠密，附着层中液体分子之间表现为斥力，跟固体接触的液体表面具有扩展的趋势，这时表现为液体浸润固体，如图甲。
(3)不浸润的成因：当固体分子吸引力小于液体内部分子吸
引力时，导致附着层内液体分子比液体内部分子稀疏，附
着层中液体分子之间表现为引力，跟固体接触的液体表面
具有收缩的趋势，这时表现为液体不浸润固体，如图乙。
液体能否浸润固体，与两种物质的性质都有关。
2．对毛细现象的理解
(1)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。
如图所示，甲是浸润情况，此时管内液面呈凹形，因为水的表面张力作用，液体会受到向上的作用力，因而管内液面要比管外高；乙是不浸润情况，管内液面呈凸形，表面张力的作用使液体受到向下的力，因而管内液面比管外低。
(2)特点：对同一种液体，毛细管的内
径越小，液体在管内上升或下降的高
度越大。
【典例3】 (对浸润和不浸润的理解)如图所示的是分别装有水和水银的两个玻璃杯，下列说法正确的是( )
A．水不浸润玻璃
B．水银浸润玻璃
C．水与玻璃杯壁之间附着层中的水分子之间的作用力表现为斥力
D．水银与玻璃杯壁之间附着层中的水银分子之间的作用力表现为斥力
√
C [由题图知水浸润玻璃，故A错误；由题图知水银不浸润玻璃，故B错误；水与玻璃杯壁之间的附着层中的分子间距小，分子间作用力表现为斥力，而水银与玻璃壁之间的附着层中的分子间距大，分子间作用力表现为引力，故C正确，D错误。]
【典例4】 (毛细现象)(多选)水对玻璃是浸润液体而水银对玻璃是不浸润液体，它们在毛细玻璃管中将产生上升或下降的现象。现把不同粗细的三根毛细玻璃管分别插入水和水银中，正确的现象应是下列中的( )
AD [浸润液体在毛细管内上升，管越细，上升越高；不浸润液体在毛细管内下降，管越细，下降越多。]
A B C D
√
√
1．液晶：液晶是介于固态和____之间的一种物质状态。
2．特点
(1)既具有液体的____性，又在一定程度上具有晶体分子的________的性质。
(2)具有光学各向__性。
知识点三 液晶
液态
流动
规则排列
异
3．出现液晶态的条件
有些物质在特定的____范围之内具有液晶态；另一些物质，在适当的溶剂中溶解时，在一定的____范围之内具有液晶态。
4．微观结构
分子位置无序使它像液体，而排列____使它像晶体。
温度
浓度
有序
如图所示，液晶是现代生活的一个重要角色，从最初的电子手表到如今的笔记本电脑、液晶电视、可视电话……液晶一步步地深入到我们的生活中。
问题1．为什么“液体”和“晶体”联系在一起了？液晶到底是什么物质？
问题2．液晶作为显示元件方面的用途已经深入到了生物医学、电子工业、航空工业以及生活中的各个方面，液晶显示器靠什么性质显示各种颜色？
提示：1．某些物质像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，人们把处于这种状态的物质叫液晶。液晶都具有较大有机分子，大多为棒状。
2．液晶具有光学各向异性，使得液晶显示器可以显示各种颜色。
1．液晶的特点
(1)液晶是介于固态和液态之间的一种物质状态，液晶态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。
(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。
2．液晶的应用
(1)研究离子的渗透性。
(2)液晶显示。
【典例5】 (对液晶的理解)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。下列四幅图哪个是液晶态分子排列图( )
A B
C D
√
B [液晶在某个方向上看，其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是杂乱无章的，选项A、D中分子排列非常有序，不符合液晶分子的排列规律，故A、D错误；选项B中分子排列比较整齐，但从另外一个角度看也具有无序性，符合液晶分子的排列规律，故B正确；选项C中，分子排列是完全无序的，不符合液晶分子的排列规律，故C错误。故选B。]
应用迁移·随堂评估自测
1．液晶能够显示数码和图像，其原因是( )
A．液晶在温度、压力、摩擦、电磁的作用下，其分子排列发生变化，改变了液晶的光学性质
B．有的液晶在电压的作用下能由透明状态变浑浊，可用来显示文字和数码
C．有的液晶可以随温度的变化而改变颜色
D．有的液晶既可以探测温度又可以显示数码
√
B [液晶能够显示数码和图像，主要原因是其在电压的作用下能由透明状态变浑浊，B符合题意；液晶在温度、压力、摩擦、电磁的作用下，其分子排列发生变化，液晶的光学性质发生变化，有的液晶可以随温度的变化而改变颜色，可以用来探测温度又可以显示数码，但这些不是液晶显示数码和图像的原因，A、C、D不符合题意。]
2．如图甲所示为某合成云母单晶体片的微观结构示意图，图乙为某液体表面分子分布示意图，以下说法正确的是( )
A．使用图甲所示的云母材料制作光
的偏振片是利用了它的各向同性
B．图甲所示云母材料在熔化过程中，
分子势能和分子平均动能均增大
C．图乙所示的液体表面层分子之间只存在相互作用的引力
D．如图乙所示，液体表面层分子的分布比液体内部稀疏，分子间的平均距离略大于分子力平衡的距离
√
D [使用题图甲所示的云母材料制作光的偏振片是利用了它的各向异性，故A错误；云母是晶体，具有熔点，题图甲所示云母材料在熔化过程中，吸收热量，温度保持不变，分子平均动能不变，分子势能增大，故B错误；题图乙所示的液体表面层分子之间既存在相互作用的引力也存在相互作用的斥力，此时引力大于斥力，表现为引力，故C错误；如题图乙所示，液体表面层分子的分布比液体内部稀疏，分子间的平均距离略大于分子力平衡的距离，表现为分子引力，故D正确。故选D。]
3．在密闭的容器内，放置一定量的液体，如图甲所示，若将此容器置于在轨道上正常运行的人造地球卫星中，则容器内液体的分布情况应是( )
A．仍然如图甲所示
B．只能如图乙中A所示
C．可能如图乙中C或D所示
D．可能如图乙中A或B所示
√
D [在人造地球卫星中，容器与液体所受重力均提供容器与液体做匀速圆周运动所需的向心力，液体仅受表面张力的作用，使其自由表面收缩到最小状态，所以自由表面呈球形，如果液体对容器是浸润的，则表现为题图乙中B的情况，如果液体对容器是不浸润的，则表现为题图乙中A的情况，故D正确。]
回归本节知识，完成以下问题：
1．表面张力的作用效果是什么？表面张力是怎样形成的？
提示：液体的表面张力使液面具有收缩趋势；表面张力是因为表面层分子间的作用力表现为引力。
2．某种液体浸润和不浸润是固定的吗？取决于什么？
提示：不是，同种液体，对有些固体是浸润的，对有些固体是不浸润的；浸润与不浸润取决于附着层中液体分子的受力情况。
3．浸润液体在毛细管内上升的高度与哪些因素有关？
提示：重力与表面张力向上的分力达到平衡，液面维持在这一高度，不再上升。
4．液晶是液体与晶体的混合物吗？
提示：液晶是介于液态和固态之间的一种中间态的物质，具有液体的流动性，又在一定程度上其物理性质具有晶体的各向异性，但液晶不是液体与晶体的混合物。5．液体
[学习任务] 任务1．知道液体的表面张力，了解表面张力形成的原因。
任务2．了解浸润和不浸润现象，知道毛细现象及形成的原因。
任务3．了解液晶的主要性质，知道液晶在显示技术中的应用。
[问题初探] 问题1．观察草叶上的露珠，小露珠呈球形，这说明了什么问题。
问题2．表面张力是怎样产生的？
问题3．浸润液体在毛细管内，液面为何成凹形？
问题4．液晶是液体和晶体的混合物吗？
[思维导图]
液体的表面张力
[链接教材] 一些昆虫可以停在水面上，叶面上的露珠呈球形……你能解释这一现象吗？
提示：水黾能停在水面上是液体表面张力作用下使昆虫受到向上的支持力与其重力平衡；露珠呈球形说明液体与空气接触的表面有收缩的趋势。
1．表面层：液体表面有一层跟气体接触的薄层，叫作表面层。
2．分子力的特点
在液体内部，分子间的平均距离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．表面张力
(1)定义：液体表面的使液体表面绷紧的力，叫作液体的表面张力。
(2)作用效果：使液体表面具有收缩的趋势。
(3)表面引力的方向：总是跟液面相切，且与分界线垂直。
如图甲所示，金属框上阴影部分表示肥皂膜。它被棉线分割成a、b两部分。
问题 若将肥皂膜的a部分用烧热的针刺破，棉线的形状是图乙中的哪一个？为什么？
提示：D。肥皂膜未被刺破时，作用在棉线两侧的表面张力互相平衡，棉线可以有任意形状。当把a侧肥皂膜刺破时，在b部分肥皂膜表面张力的作用下，棉线被绷紧，因液体表面有收缩到面积最小的趋势，所以棉线被拉成凹的圆弧形状。
1．液体表面张力的形成
(1)分子间距离特点：由于蒸发现象，液体表面分子分布比内部稀疏。
(2)分子力特点：液体内部分子间平均距离r略小于r0，分子间作用力表现为斥力，而液体表面层分子之间距离较大，分子力表现为引力。
(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，使液体表面绷紧。
2．表面张力及作用效果
(1)表面张力的方向和液面相切，垂直于液面上的各条分界线，如图所示。
(2)表面张力的大小与边界线长度有关，还跟液体的种类、温度有关。
(3)表面张力使液面有收缩的趋势，故往往会误认为收缩后r【典例1】 (对表面张力的理解)太空授课活动引人注目，航天员们通过实验，展示了失重环境下许多神奇现象，其中的“液桥”现象，让我们认识了表面张力的魅力。下面关于表面张力的说法正确的是( )
A．表面张力是液体内部分子间作用力引起的
B．表面张力能让液面具有收缩趋势，在太空失重环境下，液滴呈球形
C．表面张力方向与液体表面垂直且向上
D．表面张力是由液体表层分子间距离小于液体内部分子间距离，且小于分子平衡距离，表层液体分子作用力表现为斥力产生的
B [液体与气体接触面存在表面层，表面层内液体分子间的距离大于平衡距离，分子力表现为引力，分子表面具有收缩的趋势，在太空失重环境下，液滴呈球形，表面张力和液面相切，垂直于分界线。故B正确，A、C、D错误。]
【典例2】 (对表面张力的理解)(多选)如图所示，关于液体表面张力，下列说法正确的有( )
A．甲图中露珠呈球形，这是地球引力作用的结果
B．乙图中液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，产生表面张力
C．丙图中水黾可以停在水面上，是由于水的浮力作用
D．丁图中液体表面张力方向与液面相切
BD [题中甲图中露珠呈球形，这是液体表面张力作用的结果，A错误；题中乙图中液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，分子间作用力表现为引力，从而产生表面张力，B正确；题中丙图中水黾可以停在水面上，是由于水的表面张力作用，C错误；表面张力产生在液体表面层，它的方向与液面相切，且与分界线垂直，D正确。]
分析表面张力问题的注意点
(1)表面张力是根据效果命名的力，是液体表面层内大量分子力的宏观表现。
(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几何体中，球形表面积最小，所以液滴总是呈现球形。这是解释液滴及液体薄膜形状等问题的关键。
(3)液体的表面张力方向总是与液面相切，与分界线垂直。
(4)要注意区分液体表面张力与浮力。
【教用·备选例题】 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( )
A B C D
A [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。]
浸润和不浸润
[链接教材] 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(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(图乙)。这种现象说明什么问题？由此一位同学设想只要选择恰当的材料做酱油瓶的瓶口，就能保持瓶子清洁。你认为他的想法有道理吗？如果有道理，应该选择哪种材料？
提示：水可以浸润玻璃，但不能浸润蜡。有道理。选择对酱油不浸润的材料做瓶口。
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，液体则不浸润固体。
[微提醒] 对于同一种固体，有些液体浸润，有些液体不浸润。例如水浸润玻璃，但水银不浸润玻璃。
2．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。
周敦颐在《爱莲说》中写下了千古名句“出淤泥而不染，濯清涟而不妖”。如图所示，莲花出淤泥而不染。微风吹过，荷叶上的小水滴随风摇摆滚动，带走了荷叶表面的泥土和灰尘。水面上是一尘不染的莲花迎风舞动，水面下是污浊的水塘和淤泥。
问题1．为什么会出现上述现象？
问题2．在日常生活中，你会发现水中游禽会不时地用嘴抹擦身上羽毛，你知道为什么吗？
提示：1．水对荷叶是不浸润。
2．游禽在用嘴把油脂涂到羽毛上，使水不能浸润羽毛。
1．浸润和不浸润现象成因
(1)附着层内分子受力情况：液体和固体接触时，在接触的位置形成一个液体薄层，叫作附着层。
(2)浸润的成因：当固体分子吸引力大于液体内部分子吸引力时，导致附着层内液体分子比液体内部分子稠密，附着层中液体分子之间表现为斥力，跟固体接触的液体表面具有扩展的趋势，这时表现为液体浸润固体，如图甲。
(3)不浸润的成因：当固体分子吸引力小于液体内部分子吸引力时，导致附着层内液体分子比液体内部分子稀疏，附着层中液体分子之间表现为引力，跟固体接触的液体表面具有收缩的趋势，这时表现为液体不浸润固体，如图乙。液体能否浸润固体，与两种物质的性质都有关。
2．对毛细现象的理解
(1)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。
如图所示，甲是浸润情况，此时管内液面呈凹形，因为水的表面张力作用，液体会受到向上的作用力，因而管内液面要比管外高；乙是不浸润情况，管内液面呈凸形，表面张力的作用使液体受到向下的力，因而管内液面比管外低。
(2)特点：对同一种液体，毛细管的内径越小，液体在管内上升或下降的高度越大。
【典例3】 (对浸润和不浸润的理解)
如图所示的是分别装有水和水银的两个玻璃杯，下列说法正确的是( )
A．水不浸润玻璃
B．水银浸润玻璃
C．水与玻璃杯壁之间附着层中的水分子之间的作用力表现为斥力
D．水银与玻璃杯壁之间附着层中的水银分子之间的作用力表现为斥力
C [由题图知水浸润玻璃，故A错误；由题图知水银不浸润玻璃，故B错误；水与玻璃杯壁之间的附着层中的分子间距小，分子间作用力表现为斥力，而水银与玻璃壁之间的附着层中的分子间距大，分子间作用力表现为引力，故C正确，D错误。]
【典例4】 (毛细现象)(多选)水对玻璃是浸润液体而水银对玻璃是不浸润液体，它们在毛细玻璃管中将产生上升或下降的现象。现把不同粗细的三根毛细玻璃管分别插入水和水银中，正确的现象应是下列中的( )
A B C D
AD [浸润液体在毛细管内上升，管越细，上升越高；不浸润液体在毛细管内下降，管越细，下降越多。]
液晶
1．液晶：液晶是介于固态和液态之间的一种物质状态。
2．特点
(1)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)具有光学各向异性。
3．出现液晶态的条件
有些物质在特定的温度范围之内具有液晶态；另一些物质，在适当的溶剂中溶解时，在一定的浓度范围之内具有液晶态。
4．微观结构
分子位置无序使它像液体，而排列有序使它像晶体。
如图所示，液晶是现代生活的一个重要角色，从最初的电子手表到如今的笔记本电脑、液晶电视、可视电话……液晶一步步地深入到我们的生活中。
问题1．为什么“液体”和“晶体”联系在一起了？液晶到底是什么物质？
问题2．液晶作为显示元件方面的用途已经深入到了生物医学、电子工业、航空工业以及生活中的各个方面，液晶显示器靠什么性质显示各种颜色？
提示：1．某些物质像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，人们把处于这种状态的物质叫液晶。液晶都具有较大有机分子，大多为棒状。
2．液晶具有光学各向异性，使得液晶显示器可以显示各种颜色。
1．液晶的特点
(1)液晶是介于固态和液态之间的一种物质状态，液晶态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。
(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。
2．液晶的应用
(1)研究离子的渗透性。
(2)液晶显示。
【典例5】 (对液晶的理解)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。下列四幅图哪个是液晶态分子排列图( )
A B
C D
B [液晶在某个方向上看，其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是杂乱无章的，选项A、D中分子排列非常有序，不符合液晶分子的排列规律，故A、D错误；选项B中分子排列比较整齐，但从另外一个角度看也具有无序性，符合液晶分子的排列规律，故B正确；选项C中，分子排列是完全无序的，不符合液晶分子的排列规律，故C错误。故选B。]
1．液晶能够显示数码和图像，其原因是( )
A．液晶在温度、压力、摩擦、电磁的作用下，其分子排列发生变化，改变了液晶的光学性质
B．有的液晶在电压的作用下能由透明状态变浑浊，可用来显示文字和数码
C．有的液晶可以随温度的变化而改变颜色
D．有的液晶既可以探测温度又可以显示数码
B [液晶能够显示数码和图像，主要原因是其在电压的作用下能由透明状态变浑浊，B符合题意；液晶在温度、压力、摩擦、电磁的作用下，其分子排列发生变化，液晶的光学性质发生变化，有的液晶可以随温度的变化而改变颜色，可以用来探测温度又可以显示数码，但这些不是液晶显示数码和图像的原因，A、C、D不符合题意。]
2．如图甲所示为某合成云母单晶体片的微观结构示意图，图乙为某液体表面分子分布示意图，以下说法正确的是( )
A．使用图甲所示的云母材料制作光的偏振片是利用了它的各向同性
B．图甲所示云母材料在熔化过程中，分子势能和分子平均动能均增大
C．图乙所示的液体表面层分子之间只存在相互作用的引力
D．如图乙所示，液体表面层分子的分布比液体内部稀疏，分子间的平均距离略大于分子力平衡的距离
D [使用题图甲所示的云母材料制作光的偏振片是利用了它的各向异性，故A错误；云母是晶体，具有熔点，题图甲所示云母材料在熔化过程中，吸收热量，温度保持不变，分子平均动能不变，分子势能增大，故B错误；题图乙所示的液体表面层分子之间既存在相互作用的引力也存在相互作用的斥力，此时引力大于斥力，表现为引力，故C错误；如题图乙所示，液体表面层分子的分布比液体内部稀疏，分子间的平均距离略大于分子力平衡的距离，表现为分子引力，故D正确。故选D。]
3．在密闭的容器内，放置一定量的液体，如图甲所示，若将此容器置于在轨道上正常运行的人造地球卫星中，则容器内液体的分布情况应是( )
A．仍然如图甲所示
B．只能如图乙中A所示
C．可能如图乙中C或D所示
D．可能如图乙中A或B所示
D [在人造地球卫星中，容器与液体所受重力均提供容器与液体做匀速圆周运动所需的向心力，液体仅受表面张力的作用，使其自由表面收缩到最小状态，所以自由表面呈球形，如果液体对容器是浸润的，则表现为题图乙中B的情况，如果液体对容器是不浸润的，则表现为题图乙中A的情况，故D正确。]
回归本节知识，完成以下问题：
1．表面张力的作用效果是什么？表面张力是怎样形成的？
提示：液体的表面张力使液面具有收缩趋势；表面张力是因为表面层分子间的作用力表现为引力。
2．某种液体浸润和不浸润是固定的吗？取决于什么？
提示：不是，同种液体，对有些固体是浸润的，对有些固体是不浸润的；浸润与不浸润取决于附着层中液体分子的受力情况。
3．浸润液体在毛细管内上升的高度与哪些因素有关？
提示：重力与表面张力向上的分力达到平衡，液面维持在这一高度，不再上升。
4．液晶是液体与晶体的混合物吗？
提示：液晶是介于液态和固态之间的一种中间态的物质，具有液体的流动性，又在一定程度上其物理性质具有晶体的各向异性，但液晶不是液体与晶体的混合物。
课时分层作业(九)
?题组一 液体的表面张力
1．下列说法正确的是( )
A．液体表面张力是由液体分子间斥力的作用产生的
B．液体表面张力是由气体分子对表面层液体分子的吸引产生的
C．在液体的表面层里，分子间距大，分子间相互排斥
D．由于液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势
D [液体表面张力是液体表面层里的分子比液体内部分子稀疏，分子间的距离比液体内部分子间距离大，分子力表现为引力的结果，而非气体分子对表面层液体分子的吸引产生的，表面张力使液体表面具有收缩的趋势，故A、B、C错误，D正确。]
2．图甲是吹肥皂泡的场景，在图乙玻璃杯内注入肥皂水，把用铁丝做成的圆环放进玻璃杯中，沾满肥皂水后取出，可以吹出肥皂泡，下列说法正确的是( )
A．肥皂水不浸润玻璃杯壁
B．肥皂泡表面张力方向和其表面垂直
C．肥皂泡呈球状与液体的表面张力有关
D．肥皂泡表面液体分子间只存在引力，没有斥力
C [由题图乙中肥皂水液面与玻璃杯壁接触位置向上弯，可知肥皂水可以浸润玻璃，故A错误；肥皂泡表面张力方向和其表面相切，故B错误；表面张力让液体表面收缩，而体积不变时，物体的形状为球形时拥有最小的表面积，所以肥皂泡呈球状与液体的表面张力有关，故C正确；肥皂泡表面液体分子间既存在引力也存在斥力，合力表现为引力，故D错误。]
3．天宫课堂中，航天员王亚平先做了一个水球，然后她将女儿用纸做的小花轻轻放在水球表面，纸花迅速绽放。纸花绽放的原因是( )
A．水球表面分子力表现为引力
B．水球表面分子力表现为斥力
C．纸花分子间分子力表现为引力
D．纸花分子间分子力表现为斥力
A [水球表面层水分子间的平均距离比内部分子间的平均距离大，故水球表面上水分子间的作用力表现为引力，表面层收缩使纸花绽放，A正确，B错误；纸花绽放与纸花分子间的作用力无关，C、D错误。]
?题组二 浸润和不浸润
4．小明发现倒酱油的时候总会有一些酱油沿着瓶口流到瓶子外面，他认为如果选用合适的瓶口材料就能保持瓶子清洁。如图所示是酱油滴在两种材料表面的油滴形状，下列说法正确的是( )
A．酱油滴与甲材料不浸润
B．酱油滴与乙材料浸润
C．酱油瓶口的材料选用乙材料较合适
D．水银在两种材料表面的形状一定与酱油滴形状相同
C [只要选择酱油不浸润的材料做酱油瓶就能保持瓶子清洁，从题图示的情况可以看出酱油与甲材料是浸润的，与乙材料是不浸润的，所以应该选择乙材料，选项A、B错误，C正确；液体在某种材料表面的形状不但与浸润和不浸润有关，而且与液体的体积有关，即使是浸润的，液滴的体积不同其形状也不同，所以无法确定水银在两种材料表面的形状是否与酱油滴的形状相同，选项D错误。]
5．如图(a)(b)所示，将不同材料制作的甲、乙细管竖直插入水中，甲管内水面低于管外水面，乙管内水面高出管外水面。下列说法正确的是( )
A．水能浸润甲管，不能浸润乙管
B．与甲管接触附着层内水分子间的作用力表现为斥力
C．两图所示现象均是毛细现象
D．用乙管所用材料制作防水衣，防水效果比甲管所用材料制作的好
C [将毛细管插入水内时，管内、外液面会产生高度差，如果水浸润管壁，管内液面高于管外液面；如果水不浸润管壁，管内液面低于管外液面，所以水对乙管是浸润的，对甲管是不浸润的，故A错误；水对甲管是不浸润的，与甲管接触附着层内的水分子之间的作用力表现为引力，故B错误；甲管中液面比管外液面低，乙管中液面比管外液面高都是毛细现象，故C正确；用甲管所用材料制作的防水衣，防水效果比用乙管所用材料制作的好，故D错误。]
?题组三 液晶
6．(多选)关于液晶，下列说法正确的是( )
A．液晶的分子排列与固体相同
B．液晶的分子排列与液体相同
C．液晶的物理性质很容易在外界的影响下发生改变
D．笔记本电脑的彩色显示器，是因为在液晶中掺入了少量多色性染料，液晶中电场强度不同时，它对不同色光的吸收强度不一样，所以显示出各种颜色
CD [液晶可以流动，所以与固体的分子排列不同，但液晶不可以像液体一样任意流动，所以与液体的分子排列也不相同，A、B错误；液晶具有各向异性，其物理性质很容易在外界的影响(电场、压力、光强、温度)下发生改变，C正确；笔记本电脑的彩色显示器在液晶中掺入了少量多色性染料，当液晶中电场强度不同时，它对不同色光的吸收强度不一样，所以电脑的显示器显示出各种颜色，D正确。]
7．(多选)如图所示，液体表面跟气体接触的薄层，被称为表面层，固体与液体的表面接触的薄层，被称为附着层，对于液体在器壁附近发生弯曲的现象，下列说法正确的是( )
A．表面层Ⅰ内分子的分布比液体内部疏
B．表面层Ⅱ内分子的分布比液体内部密
C．附着层Ⅰ内分子的分布比液体内部密
D．附着层Ⅱ内分子的分布比液体内部疏
ACD [表面层内分子比液体内部疏，表现为引力，A正确，B错误；附着层Ⅰ液体分子比液体内部分子密集，附着层Ⅰ内液体分子间距离小于r0，分子间作用力表现为斥力，附着层Ⅰ有扩散趋势，C正确；附着层Ⅱ内液体分子比液体内部分子稀疏，附着层Ⅱ内液体分子间距离大于r0，分子间作用力表现为引力，附着层Ⅱ有收缩的趋势，D正确。]
8．喷雾型防水剂是现在市场上广泛销售的一种特殊防水剂，其原理是喷剂在玻璃上形成一层薄薄的保护膜，达到类似于荷叶表面的效果，水滴以椭球形分布在玻璃表面，无法停留在玻璃上，因此在雨天雨水会自然地从玻璃上流走，从而保持视野清晰。如图所示，在汽车后视镜上使用喷雾型防水剂后，下列说法正确的是( )
A．水滴与玻璃表面接触的那层水分子间距比水滴内部的水分子间距大
B．水滴呈椭球形是液体表面张力作用的结果，与重力无关
C．水滴表面的分子比水滴内部的分子密集
D．玻璃和水滴表现为浸润现象
A [由题意知，在汽车后视镜上使用喷雾型防水剂后，玻璃和水滴表现为不浸润现象，水滴与玻璃表面接触的那层水分子间距比水滴内部的水分子间距大，水滴表面的分子比水滴内部的稀疏，故A正确，C、D错误；水滴的表面张力作用使水滴呈球形，呈球形的水滴受重力的作用会变为椭球形，故B错误。]
9．(多选)下列四幅图对应的说法中正确的有( )
A．图甲是玻璃管插入某液体中的情形，表明该液体不能浸润玻璃
B．图乙中玻璃管锋利的断口在烧熔后变钝，原因是玻璃是非晶体，加热后变成晶体
C．图丙中液体表面层的分子间距离大于液体内部分子间距离，这是液体表面张力形成的原因
D．图丁说明气体速率分布随温度变化，且T1CD [题图甲中玻璃管中液面上升，说明该液体能够浸润玻璃，A错误；玻璃为非晶体，融化再凝固仍为非晶体，熔化后液体的表面张力使玻璃管断口变钝，B错误；题图丙中液体表面层的分子间距离大于液体内部分子间距离，表面层内分子之间的作用力表现为引力，这是液体表面张力形成的原因，C正确；题图丁中气体温度越高，分子热运动越剧烈，各速率区间的分子数占分子数的百分比的最大值向速度大的方向迁移，可知T110．如图所示，在培养皿内注入清水，让两根细木杆相互平行地浮在水面上，再在细木杆之间轻轻地滴入几滴酒精，两根细木杆会“自动”分离。请你解释这一现象。
[解析] 漂浮在水面上的两细木杆，原来两边受到的液体表面张力大小相等、方向相反，处于平衡状态。滴入酒精后，两细木杆之间液体的表面张力减小，使得两细木杆间的液体表面张力比外侧液体的表面张力小，两细木杆就会分离。
[答案] 见解析
章末综合测评(二)
一、选择题(本题共10小题，每小题4分。在每小题给出的四个选项中，第1～7题只有一项符合题目要求，第8～10题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)
1．下列四幅图中有关固体和液体性质的描述，正确的是( )
A．图甲中实验现象说明薄板材料是晶体
B．图乙中液体和管壁表现为不浸润
C．图丙中液晶显示器是利用液晶光学性质具有各向异性的特点制成的
D．图丁中水黾静止在水面，说明其受到的表面张力等于重力
C [题图甲中实验现象为各向同性，说明薄板材料不一定是单晶体，可能是多晶体也可能是非晶体，A错误；题图乙中液体和管壁表现为浸润，B错误；题图丙中液晶显示器是利用液晶光学性质具有各向异性的特点制成的，C正确；题图丁中水黾静止在水面，说明其受到水面的支持力等于重力，表面张力是趋近水平的，D错误。故选C。]
2．如图所示，工匠烧制玻璃制品时，把一玻璃管的尖端放在火焰上烧到熔化，待冷却后尖端变钝，下列说法正确的是( )
A．玻璃是非晶体，高温熔化冷却后转变成了晶体
B．玻璃是晶体，导热性表现为各向同性
C．熔化后的玻璃表面分子间作用力表现为引力使其表面收缩
D．熔化后的玻璃表面分子间作用力表现为斥力使其表面扩张
C [玻璃是非晶体，高温熔化冷却凝固后仍然是非晶体，导热性表现为各向同性，故A、B错误；玻璃管的尖端放在火焰上烧到熔化，尖端变钝，是表面张力的作用，因熔化后的玻璃表面分子间作用力表现为引力使其表面收缩，故C正确，D错误。]
3．如图所示，开口向下并插入水银槽中的粗细均匀的玻璃管内封闭着长为H的空气柱，管内水银柱高于水银槽h，若将玻璃管竖直向上缓慢地提起(管下端未离开槽内水银面)，则H和h的变化情况为( )
A．H和h都增大 B．H和h都减小
C．H减小，h增大 D．H增大，h减小
A [假设管内水银柱高度不变，由于向上提起玻璃管，封闭空气柱变长，根据玻意耳定律，气体体积增大，空气柱压强变小，根据p＝p0－ρgh得h增大，所以H和h都增大。故选A。]
4．用活塞在汽缸内封闭一定质量的理想气体，气体从状态a开始经图示变化先后到达状态b、c。则( )
A．从a到b，气体分子速率都增大
B．从b到c，气体分子动能都减小
C．从a到b，单位时间内撞击汽缸单位面积的分子数增多
D．从b到c，气体分子对汽缸单位面积的平均作用力减小
D [从a到b，压强不变，体积增大，根据＝C，可知气体温度升高，气体分子的平均速率变大，单位时间内撞击汽缸单位面积的分子数减少，不能说明气体分子速率都变大，A、C错误；从b到c，体积不变，压强减小，气体分子对汽缸单位面积的平均作用力减小，根据＝C可知气体温度降低，气体分子的平均速度变小，平均动能减小，不能说明气体分子动能都减小，B错误，D正确。故选D。]
5．(2023·江苏卷)在“探究气体等温变化的规律”的实验中，实验装置如图所示。利用注射器选取一段空气柱为研究对象。下列改变空气柱体积的操作正确的是( )
A．把柱塞快速地向下压
B．把柱塞缓慢地向上拉
C．在橡胶套处接另一注射器，快速推动该注射器柱塞
D．在橡胶套处接另一注射器，缓慢推动该注射器柱塞
B [本题探究的是一定质量的气体的等温变化的规律，若快速地压缩气体或者快速地使气体膨胀，气体的温度会升高或者降低，应该缓慢向下压或者向上拉柱塞，让气体有足够的时间交换热量从而使气体的温度不变，故B正确，A错误；C、D选项中气体的质量发生变化，不符合题意，故C、D错误。]
6．如图所示，一根竖直的弹簧支持着一倒立汽缸的活塞，使汽缸悬空而静止。设活塞与缸壁间无摩擦，可以在缸内自由移动，缸壁导热性良好使缸内气体的温度保持与外界大气温度相同，则下列结论中正确的是( )
A．若外界大气压增大，则弹簧将压缩一些
B．若外界大气压增大，则汽缸的上底面距地面的高度将增大
C．若气温升高，则活塞距地面的高度将减小
D．若气温升高，则汽缸的上底面距地面的高度将增大
D [以汽缸与活塞组成的系统为研究对象，系统受重力与弹簧弹力作用，外界大气压增大，大气温度不变时，系统所受重力不变，由平衡条件可知，弹簧弹力不变，弹簧的压缩量不变，A错误；选择汽缸为研究对象，竖直向下受重力和大气压力pS，向上受到缸内气体向上的压力p1S，物体受三力平衡G＋pS＝p1S，若外界大气压p增大，p1一定增大，根据理想气体的等温变化pV＝C(常数)，当压强增大时，体积一定减小，所以汽缸的上底面距地面的高度将减小，B错误；以汽缸与活塞组成的系统为研究对象，系统受重力与弹簧弹力作用，系统所受重力不变，由平衡条件可知，弹簧弹力不变，所以活塞距离地面高度不变，C错误；若大气温度升高，气体温度T升高，外界大气压不变，气体压强p1不变，由盖-吕萨克定律＝C可知，当温度升高时，气体体积增大，活塞不动，所以汽缸向上运动，即汽缸的上底面距地面的高度将增大，D正确。故选D。]
7．如图所示为吸盘工作原理示意图，使用时先把吸盘紧挨竖直墙面，按住锁扣把吸盘紧压在墙上，挤出吸盘内部分空气，然后把锁扣扳下，使外界空气不能进入吸盘。由于吸盘内外存在压强差，使吸盘被紧压在墙壁上，挂钩上即可悬挂适量物体。某轻质吸盘导热良好、有效面积为8 cm2(不计吸盘和墙壁接触部分的面积)，扳下锁扣前密封气体体积为1.0 cm3，压强等于大气压强，为1×105 Pa，空气密度为1.29 kg/m3，扳下锁扣后吸盘内气体体积变为2.0 cm3，已知吸盘挂钩能够承受竖直向下的最大拉力是其与墙壁间正压力的1.5倍，下列说法正确的是( )
A．扳下锁扣后吸盘内气体压强为1.8×105 Pa
B．扳下锁扣后吸盘内气体密度为1.03 kg/m3
C．该吸盘此时能悬挂的物体的重力不能超过60 N
D．冬天使用该吸盘时，吸盘能够承受的最大拉力将减小
C [由于轻质吸盘导热良好，所以扳下锁扣前、后吸盘内气体可视为等温变化，根据玻意耳定律有p0V0＝p1V1，解得扳下锁扣后吸盘内气体压强为p1＝0.5×105 Pa，A错误；扳下锁扣后吸盘内气体质量不变，体积变为原来的2倍，所以密度变为原来的一半，即0.645 kg/m3，B错误；此时吸盘与墙壁间的正压力大小为FN＝(p0－p1)S＝40 N，该吸盘此时能悬挂的物体的重力不能超过Gmax＝1.5 FN＝60 N，C正确；根据前面分析知，扳下锁扣后吸盘内外压强差为大气压强的一半，冬天温度较低，大气压强较大，所以冬天使用该吸盘时，吸盘与墙壁间正压力增大，吸盘能够承受的最大拉力将增大，D错误。]
8．(多选)下列各个系统处于平衡态的是( )
A．放在0 ℃的房间里的冰水混合物
B．放在沸水中加热足够长时间的铜块
C．电影院开空调5 min内放映厅内的气体
D．一个密闭绝热匀速运动的容器突然停止运动时，容器内的气体
AB [A选项中在0 ℃的房间里的冰水混合物，其温度、体积都不再变化，处于平衡态；B选项中铜块在沸水中加热足够长的时间后，其温度、体积也不再变化，处于平衡态；C选项中开空调5 min内放映厅内气体的温度、压强都在变化，没有处于平衡态；D选项中密闭绝热匀速运动的容器突然停止运动时，容器内的气体的温度升高，压强变大，没有处于平衡态。故选AB。]
9．一定质量的理想气体，其压强和体积的变化规律如图所示。下列说法正确的是( )
A．状态D和状态E气体分子的平均动能大小相等
B．状态B到状态C的过程中，气体的温度不变
C．状态C到状态D的过程中，气体分子在单位时间内碰撞单位面积容器壁的平均次数减小
D．状态A到状态B的过程中，气体分子在单位时间内碰撞单位面积容器壁的平均次数减小
ACD [根据理想气体状态方程得＝，解得TD＝TE，状态D和状态E的温度相同，所以这两个状态下气体分子的平均动能相同，故A正确；根据理想气体状态方程得＝，解得TC＝4TB，故B错误；根据理想气体状态方程得＝，解得TD＝TC，状态C和状态D压强相同，但状态D的温度高，所以在状态D气体分子单位时间内碰撞单位面积容器壁的平均次数少，故C正确；状态A到状态B气体体积不变，气体分子数密度不变，压强减小，则气体温度降低，气体分子的平均动能减小，所以状态A到状态B气体分子在单位时间内碰撞单位面积容器壁的平均次数减小，故D正确。]
10．2022年5月15日凌晨1时许，“极目一号”Ⅲ型浮空艇从海拔4 270 m的中国科学院珠峰站附近发放场地升空，4时40分，浮空艇升空高度达到4 762 m，创造了海拔9 032 m的大气科学观测世界纪录。假设该型浮空艇的结构可简化成一个球体，上半部分密封着一定质量的氦气，下半部分是空气，如图所示，且下半部分可通过气阀向外界排出气体，控制整体的体积不发生较大变化，海拔4 km处大气压强约为5.6 kPa，海拔9 km处大气压强约为3.2 kPa，从海拔4 km升高到海拔9 km的过程温度降低了40 ℃，浮空艇上半部分气压、下半部分气压均近似等于外界大气压，开始时上、下两部分气体体积之比为2∶1。取海拔4 km 处的温度为－13 ℃，浮空艇内气体均可视为理想气体，T＝273 K＋t，则下列说法正确的是( )
A．上半部分在海拔4 km和海拔9 km处的体积之比为52∶77
B．下半部分在海拔4 km和海拔9 km处的体积之比为52∶3
C．上升过程下半部分向外界排出气体的质量占开始时下半部分气体质量的
D．上升过程下半部分向外界排出气体的质量占开始时下半部分气体质量的
AC [上半部分在海拔4 km和海拔9 km处，由理想气体状态方程可得＝，解得V1∶V′1＝52∶77，故A正确；浮空艇整体体积不变，开始时上、下两部分气体体积之比为2∶1，则下半部分在海拔4 km和海拔9 km处，体积比为V2∶V′2＝26∶1，故B错误；设下半部分在压强为p2状态下体积为V，需要放出的气体的体积为ΔV，对下半部分气体，由理想气体状态方程可得＝，解得ΔV＝，则放出的气体与原来气体的质量比为＝，故C正确，D错误。]
二、非选择题(共5小题，共60分)
11．(8分)把蜂蜡薄薄地涂在云母片上，用烧热的缝衣针针尖接触云母片，观察到蜂蜡熔化的区域如图甲阴影部分所示，由此可以说明云母为________(选填“晶体”“非晶体”或“无法确定”)；把云母片换成玻璃片，重复实验，请在图乙中定性画出蜂蜡熔化区域的边界。(黑点为针尖位置)
[解析] 题图甲说明云母片在不同方向上的导热性能不相同，由此可知云母片具有各向异性，是晶体；玻璃是非晶体，具有各向同性，各个方向的导热性能相同，熔化的蜂蜡为圆形，如图所示。
[答案] 晶体 见解析图
12．(8分)某班级各实验小组利用如图甲所示装置进行探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系的实验，实验步骤如下：
①把注射器活塞移至注射器中间某位置，将注射器与导气管、压强传感器逐一连接；
②移动活塞，记录注射器的刻度值同时记录对应的由压强传感器显示的气体压强值p；
③用V-图像处理实验数据。
(1)为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________；
为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是__________________________和__________________________。
(2)如果实验操作规范，某小组描绘V-图像如图乙所示，则图中的V0代表__________________________________。
[解析] (1)为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是在注射器活塞上涂一些润滑油，这样可以保持气密性；为了保持封闭气体的温度不变，实验中要注意手不能握住注射器的封闭气体部分，并且缓慢推动活塞，这样能保证装置与外界温度一样。
(2)根据pV＝C可知，如果实验操作规范正确，根据实验数据画出的V-图线是过坐标原点的直线。但如题图所示的V-图线不过原点，该图线的方程为V＝C－V0，说明注射器中气体的体积小于实际的封闭气体的体积，结合实验的器材可知，截距V0代表注射器与压强传感器连接处的气体体积。
[答案] (1)在注射器活塞上涂一些润滑油 注意手不能握住注射器的封闭气体部分 缓慢推动活塞 (2)注射器与压强传感器连接处的气体体积
13．(12分)历史记载，如图甲所示，压水井最早出现在我国宋代，其基本结构如图乙所示。开始取水时，手柄上提，活塞下移，阀门1打开，阀门2关闭，使储水腔活塞下方的气体全部从阀门1排出；手柄下压，活塞上移，阀门1关闭，阀门2打开，活塞下方的气体压强减小，大气压将水压入水管中，重复以上动作，水便能从出水管流出。已知储水腔和水管均为圆柱形，其内径分别为R1、R2，且R1＝4R2，储水腔的最大高度h1＝50 cm，储水腔底部阀门距离水井水位线的高度h2＝4 m，大气压p0＝1.0×105Pa，水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，重力加速度g取10 m/s2，忽略活塞厚度、活塞所受摩擦力以及水井水位变化。若活塞由储水腔底部(位置A)缓缓上移，当水管中水位由水井水位(位置B)上升到储水腔底部(位置A)时，求：
(1)储水腔活塞下方气体压强；
(2)储水腔活塞下方气体高度(结果保留两位有效数字)。
[解析] (1)设当水管中的水位线恰好到达储水腔底部时，则气体压强
p1＝p0－ρgh2
解得
p1＝0.6×105Pa。
(2)封闭气体初始体积
V0＝h2
当水管中的水位线恰好到达储水腔底部时，设储水腔活塞下方气体高度为Δx，则气体体积
V1＝Δx
根据等温变化规律
p0V0＝p1V1
解得
Δx≈0.42 m。
[答案] (1)0.6×105Pa (2)0.42 m
14．(16分)将热杯盖扣在水平橡胶垫上，杯盖与橡胶垫之间的封闭气体被加热而温度升高，有时会发生杯盖被顶起的现象。如图所示，已知杯盖的横截面积为S，杯盖的质量为m；假设开始时内部封闭气体的温度为T0，压强为大气压强p0。当封闭气体温度上升至T1＝2T0时，杯盖恰好被整体顶起，放出少许气体后又落回桌面，其内部气体压强立刻减为p0，温度仍为T1，再经过一段时间后，内部气体温度恢复到T0。整个过程中封闭气体均可视为理想气体，重力加速度为g，求：
(1)大气压强p0；
(2)当温度恢复到T0时，竖直向上提起杯盖所需的最小力。
[解析] (1)以开始时封闭的气体为研究对象，由查理定律得＝
已知T1＝2T0
杯盖恰好被顶起时，有p1S＝p0S＋mg
联立解得大气压强p0＝。
(2)杯盖被顶起放出少许气体后，以杯盖内的剩余气体为研究对象，由查理定律得＝
设提起杯盖所需的最小力为F，由平衡条件得F＋p2S＝p0S＋mg
联立以上各式，代入数据得F＝。
[答案] (1) (2)
15．(16分)如图所示，平直木板与水平地面上的铰链相连，一段水银柱把一定质量的气体封闭在玻璃管内，把玻璃管固定在木板上，在竖直平面内缓慢转动木板，木板与水平地面之间的夹角为θ，可得气体的压强p与sin θ之间的关系图像如图乙所示，当θ＝90°时，气体的压强是大气压强的2倍，θ＝37°时气体的长度为L，温度为T，sin 37°≈。
(1)求p-sin θ图像横轴的截距(用负数表示)以及大气压强。(用a、b表示)
(2)若θ＝53°时气体温度为1.2T，则气体的长度为多少？(用L来表示)
[解析] (1)设大气压强为p0，当θ＝90°时，气体的压强是大气压强的2倍，则玻璃管竖直放置时，水银柱对应压强为p0，当木板与水平地面之间的夹角为θ时，气体的压强为p＝p0＋p0sin θ，设p-sin θ图像横轴的截距为c，则有0＝p0＋p0c
解得c＝－1
由题图乙可得图像的斜率为k＝
由p＝p0＋p0sin θ
可得k＝p0
综合解得p0＝。
(2)整理可得p-sin θ的函数关系式为
p＝＋sin θ
当θ＝37°时，温度为T，气体的压强为
p1＝＋×
体积为V1＝LS
当θ＝53°时，温度为1.2T，气体的压强为
p2＝＋×
设气体的长度为x，则体积为V2＝xS
由理想气体状态方程可得＝
综合解得x＝ L。
[答案] (1)－1 (2) L
