2019年物理粤教选修3-3学案 第二章+第四、五节+液体的性质+液晶+液体的表面张力+Word版含解析

第四、五节液体的性质__液晶__液体的表面张力
1．液体不易压缩，说明液体分子之间的距离很小，液体不像固体那样具有一定的形状，而且具有流动性，这说明液体分子间的相互作用力比固体分子间的作用力要小，液体分子的移动更容易，所以在相同温度下，液体的扩散速度比固体的要快。
2．液体分子在暂时形成的微小区域内规则排列，但这些小区域不稳定，有时瓦解，有时形成；且杂乱无章的分布，因此液体在宏观上呈现各向同性。
3．液晶在力学性质上与液体相同，具有流动性、连续性，在光学性质、电学性质等方面又具有各向异性，它同时具备液体和晶体的双重性质。
4．按照液晶分子的排列情况的不同，液晶有很多种类，长丝状液晶的分子呈长棒形排列，它对外加电压的作用很敏感，通常用来制作显示元件；螺旋状液晶的分子分层排列，排列方向相同且呈螺旋状结构，可以利用它对光随温度的变化的选择性反射的特性来探测温度。
5．如果在液体表面任意划一条线，线两侧的液体之间的作用力是引力，它的作用是使液体表面张紧，所以叫做液体的表面张力，在表面张力的作用下，液体表面具有收缩趋势。
液体的性质　液晶
1.液体的微观结构及特性
(1)液体的微观结构：
液体中的分子跟固体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的排列，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。液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。
(2)液体的宏观特性：
①定体积：液体中的分子密集在一起，分子间距接近于r0，相互间的束缚作用强，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。
②各向同性：液体由大量暂时形成的杂乱无章分布的小区域构成，所以液体表现出各向同性。
③流动性：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。
④扩散特点：液体的扩散现象是由液体分子热运动产生的，分子在液体里的移动比在固体中容易得多，所以液体的扩散要比固体的扩散快。
2．液晶
(1)定义：有些有机化学物在固态向液态转化的过程中存在着混浊的中间态，它具有和晶体相似的性质，故称为液态晶体，简称液晶。
(2)长丝状液晶：
①分子排列特点：呈长棒形排列，自然状态下分子有彼此平行排列的倾向，沿一定方向的排列比较整齐，但彼此间前后左右的位置可以变动。
②特性及应用：对外界的作用很敏感，当外加电压时，液晶分子不再平行排列，液晶由透明状态变成混浊状态，去掉电压又恢复透明，因此可制作显示元件。
(3)螺旋状液晶：
①分子排列特点：分子分层排列，每层分子的排列方向相同，相邻各层分子的取向相差一个小角度，形成各层分子排列方向依次旋转，构成一个螺旋状结构。
②特性及应用：具有显著的温度效应，可以用来探测温度，医学上检查肿瘤，检查电路中的短路点。
(1)液晶的性质具有双重性。既具有液体的流动性、连续性，又在光学性质、电学性质等方面具有晶体的各向异性的性质。
(2)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。
(3)不是所有的物质都具有液晶态
有些物质在特定的温度范围之内具有液晶态；有些物质溶解在适当的溶剂中，在一定的浓度范围内具有液晶态。
1．[多选]关于晶体、液晶、液体，下列说法正确的是(　　)
A．晶体和液晶的性质是完全相同的
B．液晶就是液体，具有液体的所有性质
C．液晶是介于晶体与液体之间的一种中间态
D．液晶具有液体的流动性，具有晶体的各向异性
解析：选CD　晶体属于典型的固体，其分子排列呈一定的结构，有规律，而液晶分子的结构是介于液态的杂乱与晶体的规律排列之间的，其像液体一样具有流动性，而在光学性质等物理性质上又与晶体相似，具有各向异性，则C、D正确。
液体的表面张力
1.液体的表面现象
(1)实验一：
实验过程：如图所示，把一根棉线的两端系于铁丝环上(棉线不要张紧)，然后把环浸入肥皂水里，再拿出来，环上就布满了肥皂水的薄膜，观察这时的棉线是张紧还是松弛的。
用热针刺破棉线左侧的薄膜，观察薄膜和棉线发生的变化。
重做这个实验，再用热针刺破棉线右侧的薄膜，观察薄膜和棉线发生的变化。
实验现象：①刺破棉线左侧的薄膜后，右侧的薄膜就会收缩，使棉线向右弯成弧形。
②刺破棉线右侧的薄膜后，左侧的薄膜就会收缩，使棉线向左弯成弧形。
(2)实验二：
实验过程：如图所示，把一个棉线圈系在铁丝环上，使环上布满肥皂水的薄膜，观察此时的棉线圈是松弛还是张紧的。
用热针刺破棉线圈里的肥皂膜，观察棉线圈外的薄膜和棉线圈有什么变化。
实验现象：刺破棉线圈里的肥皂膜后，棉线圈外的薄膜就会收缩，使棉线圈张紧成圆形。
实验结论：液体的表面就像张紧的橡皮膜一样，具有收缩的趋势。
2．液体的表面张力及其微观解释
(1)表面层：液体和气体接触的表面存在的液体薄层。
(2)表面张力的定义：
在液体表面上想象的画一根直线，直线两旁的液膜一定存在着相互作用的拉力，液体表面出现的这种张力，称为表面张力。
(3)表面张力的形成(如图)
①分子力特点：分子作用球是半径等于分子有效作用距离的球，液体内部的分子A受到的所有球内分子对它的作用力为零，表面层分子B受到的斥力可认为是球对称的，但缺少了表面层外分子的引力，因此分子B受到的引力的合力垂直液面指向液内。
②表面特性：因把液体内部的分子移到表面层去时，分子力做负功，分子势能增加，所以分子在表面层时比在液体内具有较大的势能，表面层越大，分子数越多，表面层的势能就越大，液体表面减小时，表面层的势能就要减少，又势能总有减少的倾向，因此，液体表面具有收缩的趋势。
③表面张力的方向：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。
(1)表面张力形成的原因也可从分子间距离上来解释，表面层中相邻分子间距离大于r0，分子力表现为引力，引力方向沿液面的切向，但每个分子受到周围多个分子对它的引力，合力方向是竖直向下的。
(2)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。
(3)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。
2．下列有关表面张力的说法中，不正确的是(　　)
A．表面张力的作用是使液体表面伸张
B．表面张力的作用是使液体表面收缩
C．有些小昆虫能在水面自由行走，这是由于有表面张力的缘故
D．用滴管滴液滴，滴的液滴总是呈球形，这是由于表面张力的缘故
解析：选A　表面张力的作用效果是使液体表面收缩；由于表面张力，被压弯的水面收缩，使小昆虫浮在水面上；由于表面张力，使液滴收缩成球形。故只有A不正确。
对液体性质的认识
[例1]　关于液体的微观结构，下列说法正确的是(　　)
A．液体分子间距离很大，相互作用力很弱
B．液体分子在杂乱无章地运动，无任何规律性
C．液体分子在振动，但无确定的平衡位置
D．液体分子排列整齐，在确定的平衡位置附近振动
[解析]　液体很难压缩，说明液体分子间距较小，故A错误；液体分子在永不停息地做无规则热运动，单个分子运动无规律，但大量分子运动表现出统计规律，故B错误；液体分子在振动，由于流动性，无确定的平衡位置，故C正确，D错误。
[答案]　C
借题发挥
　　记忆理解液体、固体分子的微观结构及性质是解决这类问题的关键。
对表面张力形成原因的理解
[例2]　[多选]液体表面具有收缩的趋势，其原因是(　　)
A．由于液面分子间距离小于液体内部分子间的距离，因此液面分子间表面斥力较强，而使液体表面有收缩的趋势
B．由于液体表面层分子的分子势能大于液体内部分子的分子势能，表面层中分子的分子势能有减小的倾向而使液体表面有收缩的趋势
C．由于液体表面分子间的距离大于液体内部分子间的距离，因此液体表面分子间相互作用的引力较强，而使液体表面有收缩的趋势
D．由于与液面接触的气体的分子对液体表面的分子的吸引力，使液体表面有收缩的趋势
[解析]　表面张力形成的原因可以从两个角度进行解释，从能量的观点是因为表面层中分子的分子势能大而有减少的倾向形成的，从分子间距离的角度是因为分子间的距离大于液体内部分子间的距离，分子力表现为引力使表面收缩，故选项B、C正确。
[答案]　BC
借　题
发　挥
解决这类问题，除掌握表面张力产生的原因外，还要注意：
(1)表面张力的作用，使液面具有收缩到最小的趋势，它像绷紧的弹性薄膜一样。
(2)表面张力仅是产生向上力的原因，而不是向上的力，是表面各部分相互吸引的力。
(3)液体表面施加的向上的力属弹力范畴，是表面要恢复形变引起的(恢复形变的力源于表面张力)，不同于浮力；浮力是浸入液体中的物体上、下表面的压强差产生的。
1．关于液体，下列各种说法中正确的是(　　)
A．液体性质介于气体与固体之间，更接近于气体
B．液体表现出各向异性
C．液体分子的热运动与固体类似，主要表现为在固定的平衡位置附近做微小的振动
D．液体的扩散比固体的扩散快
解析：选D　液体的性质介于气体与固体之间，更接近于固体，A错；液体分子只在很小区域内有规则排列，并且这些小区域又杂乱无章地分布，因此液体表现出各向同性，B错；液体分子的热运动与固体类似，主要表现为在平衡位置附近做微小的振动，但平衡位置在不断移动，C错；液体分子在液体中移动较固体分子在固体中移动更容易，液体的扩散较固体快，D正确。
2．[多选]关于液晶的分子排列，下列说法正确的是(　　)
A．液晶分子在特定方向排列整齐
B．液晶分子的排列不稳定，外界条件的微小改变都会引起液晶分子排列的变化
C．液晶分子的排列整齐而且稳定
D．液晶的物理性质稳定
解析：选AB　液晶是介于晶体和液体之间的状态，一方面它像液体一样具有流动性，另一方面又像晶体，分子在特定方向上排列比较整齐，而且各向异性，故A正确；液晶分子的排列是不稳定的，外界条件微小的变化都会引起液晶分子排列的变化，B正确，C、D错误。
3．下列叙述错误的是(　　)
A．棒状分子、碟状分子和平板分子的物质都呈液晶态
B．利用液晶在温度变化时由透明变混浊可制作电子手表、电子计算器的显示元件
C．有一种液晶，随温度的逐渐升高，其颜色按顺序改变，利用这种性质，可用来探测温度
D．利用液晶可检查肿瘤，还可以检查电路中的短路点
解析：选A　通常棒状分子、碟状分子和平板分子的物质容易具有液晶态，但不是任何时候都呈液晶态。
4．[多选]关于液晶的以下说法正确的是(　　)
A．液晶态只有物质在一定温度范围内才具有的存在状态
B．因为液晶在一定条件下发光，所以可用来做显示屏
C．人体的某些组织中存在着液晶结构
D．笔记本的彩色显示器，是因为在液晶中掺入了少量多色性染料，液晶中的电场强度不同时，它对不同色光的吸收强度不一样，所以显示出各种颜色
解析：选CD　液晶态可在一定温度范围或某一浓度范围存在，它对离子的渗透作用同人体的某些组织，在外加电压下，对不同色光的吸收强度不同。
5．如图所示，金属圈内阴影部分表示肥皂膜，它被棉线分割成a、b两部分。若将肥皂膜的a部分用热针刺破，棉线的形状是下列图中的哪一个(　　)
解析：选D　肥皂膜的表面在表面张力作用下有收缩的趋势，故D正确。
6．缝衣针能静止于水面上，是因为(　　)
A．针的重力可忽略
B．针的重力与浮力平衡
C．针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”，对针产生一个向上的支持力
解析：选D　针静止在水面上是因针受到的合外力为零，表面张力不是作用于针上的力，而是产生于液体表面上的力，D项正确。
7．关于液晶的下列说法中正确的是(　　)
A．液晶是液体和晶体的混合物
B．液晶分子在特定方向排列比较整齐
C．电子手表中的液晶在外加电压的影响下，能够发光
D．所有物质在一定条件下都能成为液晶
解析：选B　液晶是某些特殊的有机化合物，在某些方向上分子排列规则，某些方向上杂乱；液晶本身不能发光；有些物质在特定的温度范围之内具有液晶态，有些物质溶解在适当的溶剂中，在一定的浓度范围内具有液晶态，不是所有物质都具有液晶态。所以选项A、C、D错，选项B正确。
8．在天平的左盘挂一根铁丝，右盘放一砝码，且铁丝浸入液体中，此时天平平衡，如图所示，现将左端液体下移使铁丝刚刚露出液面，则(　　)
A．天平仍然平衡
B．由于铁丝离开水面沾上液体，重量增加而使天平平衡被破坏，左端下降
C．由于铁丝刚离开液面，和液面间生成一液膜，此液膜的表面张力使天平左端下降
D．以上说法都不对
解析：选C　铁丝在刚离开液面时，和液面之间形成一层膜，膜中分子密度小，分子稀疏，分子力表现为引力，对铁丝产生向下的拉力作用，使天平左端下降，C正确。
9．[多选]把很细的玻璃管插入水中与水银中，如图所示，正确表示毛细现象的是(　　)
解析：选AC　因为水能浸润玻璃，所以A正确；水银不浸润玻璃，C正确；B、D选项中管内、外的浸润情况不一致，所以是不可能的。
10．[多选]下列现象中能说明液体的表面张力或表面张力变化的有(　　)
A．小木块悬浮在水面上静止不动
B．熔化的铁水注入内空且为球形的砂箱，冷却后铸成一个铁球
C．水面上漂浮的几根火柴棒，在加入一点肥皂水后，迅速向四周散开
D．在撒有一层粉笔灰的水面上用烧热的铁丝接触后，粉笔灰向四周散开
解析：选CD　选项A是浮力作用，B中铸成铁球是由砂箱的形状决定的，A、B均不对，C中肥皂水是表面活性剂，加入后水的表面张力减小，火柴棒散开，D中温度升高使水的表面张力减小，粉笔灰会迅速散开，C、D对。
11．下列现象中，不是由表面张力引起的现象是(　　)
A．木块浮在水面上
B．水中的气泡呈球形
C．荷叶上的小水球呈球形
D．洗头发时，当头发浸泡在水中时呈散开状，露出水面后头发聚拢到一起
解析：选A　木块浮在水面上是因为浮力的原因，选项A错误；气泡呈球形、露珠呈球形都是因液面具有收缩的趋势，是液体表面张力的现象；湿头发粘在一起时，水的表面积才能大大减小，也是表面张力的表现。
12．[多选]下列现象中，能说明液体存在表面张力的有(　　)
A．水黾可以停在水面上
B．叶面上的露珠呈球形
C．滴入水中的红墨水很快散开
D．悬浮在水中的花粉做无规则运动
解析：选AB　A、B说明液体存在表面张力，C是扩散现象，D是布朗运动，说明分子做热运动。
13.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，细木杆会“自动”散开。请你解释这一现象。
解析：漂浮在水面上的细木杆，原来两边受到大小相等、方向相反的表面张力作用而处于平衡状态。滴入酒精后，细木杆之间液体的表面张力减小，使得内侧的表面张力比外侧的小，细木杆就散开了。
答案：见解析