高中物理第九章固体、液体和物态变化2液体学案新人教版选修3-31

高中物理第九章固体、液体和物态变化2液体学案新人教版选修3-31

2 液体 1．液体的微观结构 (1)液体的宏观性质 ①液体具有一定的体积； ②液体不易被压缩； ③液体没有固定的形状，具有流动性； ④液体的物理性质表现为各向同性。 (2)液体的分子间距离大约为 r0，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，这一点跟固体分子的运动情况类似，但液体分子没有固定的平衡位置，它们在某一 平衡位置附近振动一小段时间后，又转到另一个平衡位置去振动。这就是液体具有流动性的 原因。这一个特点明显区别于固体。 固体(晶体)、液体和气体的比较 固体(晶体) 液体 气体 体积对比 1 1 1 000 单个分子表现 在固定的平衡位置附近 做微小的振动 在非固定的平衡位置附近 做振动 没有平衡位置 局部(小区域)表现 分子规则地排布 暂时的分子规则排布 无规则 宏观性质 各向异性 各向同性 各向同性 【例 1】 以下关于液体的说法正确的是( ) A．非晶体的结构跟液体非常类似，可以看成是黏滞性很大的液体 B．液体的物理性质一般表现为各向同性 C．液体的密度总是小于固体的密度 D．所有的金属在常温下都是固体 解析：由液体的微观结构知 A、B 正确；有些液体的密度大于固体的密度，例如汞的密 度就大于铁、铜等固体的密度，故 C 错；金属汞在常温下就是液体，故 D 错。 答案：AB 点技巧：非晶体的微观结构 跟液体非常相似，所以严格地说，只有晶体才叫做真正的固体。 2．液体的表面张力 (1)实验探究：用肥皂水做实验来证明液面有收缩趋势。 ①把一根棉线拴在铁丝环上(棉线不要拉紧)，铁丝环在肥皂水里浸过后，环上出现肥皂 水的薄膜，用热针刺破铁丝环上棉线两侧肥皂水薄膜的任意一部分，棉线会被另一侧薄膜拉 成弧形，棉线被拉紧。 ②把一个棉线圈拴在铁丝环上，让环上布满肥皂水的薄膜。如果用热针刺破棉线圈内的 那部分薄膜，外边的薄膜会把棉线拉紧呈圆形。 实验现象表明，液体的表面层好像是绷紧的橡皮膜一样，具有收缩的趋势。 (2)理论分析：与气体相接触的液体的表面层中，液体分子分布较液体内部稀疏，即分 子间距大于 r0 ，所以分子力表现为引力。 (3)表面张力：液面各部分间存在的使液面绷紧的相互吸引力，叫做表面张力。表面张 力的方向垂直液面分界线，且与液面相切。 【例 2】 有人在研究肥皂膜时做了下面的实验：在一个用铁丝弯成的圆环上，系上一 个用细棉线围成的小线圈。把这个圆环浸在肥皂水中，然后提出液面，于是环上蒙了一层肥 皂膜。那个小线圈可以在肥皂膜中相当自由地来回移动(图甲)。用一根热针轻轻地将小线圈 中的肥皂膜捅破，这时可看到小线圈立刻被拉成一个圆环(图乙)。这是什么原因呢？ 解析：在小线圈中的肥皂膜被捅破前，各处张力都相等，所以膜上的小线圈是松弛的。 用热针将小线圈中的肥皂膜捅破后，小线圈外的薄膜由于表面张力的作用一起向外收缩，结 果使小线圈张紧成圆形。 点技巧：表面张力系数 在体积相等的各种形状的物体中，球形面积最小，所以露珠、小水滴要收缩成球形。表 面张力系数是液体表面上单位长度分界线上的表面张力。同一种液体温度升高，表面张力系 数减小。不同液体表面张力系数不同，如水银的表面张力系数较大，水比酒精的表面张力系 数大。 3．浸润和不浸润 (1)浸润：液体附着在固体表面上的现象叫做浸润。 不浸润：液体不能附着在固体表面上的现象叫做不浸润。 落在洁净玻璃板上的小水银球能在上面滚来滚去而不附着在上面。 落在洁净玻璃板上的小水珠会附在玻璃板上形成薄层。 (2)理论分析：跟固体相接触的液体薄层叫附着层，由于不同固体和液体的分子性质不 同使得有些附着层内液体分子较内部稀疏，分子力表现为引力，液面收缩，表现为不浸润； 而有些附着层内液体分子较内部密集，分子力表现为斥力，液面扩展，表现为浸润。 谈重点：浸润现象 同一种物质，对有些液体浸润，对另一些液体不浸润。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。如：水能浸润玻璃，但不能浸润石蜡；水银不能浸润玻璃， 但能浸润锌。 【例 3】 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 解析：附着层里的分子既受到固体分子的吸引，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，附着层中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 错误；对于 B，虽然附着层分子稀疏，分子间的吸引力强，这 是附着层分子密集的结果，并不是引起附着层分子稀疏的原因，因此 B 错误。 答案：C 4.毛细现象 (1)毛细现象：在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 做毛细现象。 (2)理论分析：在浸润的情况下，附着层扩展，表面层收缩使液面升高，最终是表面张 力的作用跟液柱 因重力而产生的作用相平衡；不浸润的情况下，附着层收缩，表面层收缩使液面下降， 最终是表面张力的作用跟毛细管外液体产生的压力作用相平衡。 (3)毛细现象的应用： 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到地面而蒸发掉。 【例 4】 把极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：浸润时表面张力产生的附加压强指向液体外，不浸润时产生的附加压强指向液体 内，同时应明确水浸润玻璃，而水银不浸润玻璃这一事实。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，里面不浸润，所以是不正确的。 故正确选项为 A、C。 答案：AC 5．液晶 (1)液晶：像液体一样具有流动性，而其化学性质与某些晶体相似，具有各向异性的物 质叫液晶。 注意：组成晶体的物质微粒(分子、原子或离子)依照一定的规律在空间有序排列，构成 空间点阵，所以液晶表现为各向异性。液体表现出分子排列无序性和流动性。液晶呢？分子 既保持排列有序性，又保持各向异性，还可以自由移动，位置无序，因此也保持了流动性。 (2)液晶的特点 位置无序使它像液体，而排列有序使它像晶体，所以液晶是有晶体结构的液体。 注意：液晶物质都具有较大的分子，分子形状通常是棒状分子、碟状分子、平板状分子。 (3)液晶的用途 液晶可以用作显示元件，液晶在生物医学、电子工业、航空工业等方面都有重要应用。 为什么液晶能作显示元件 有一种液晶，受外加电压的影响，会由透明状态变成混浊状 态而不再透明，去掉电压，又恢复透明，当输入电信号，加上适当电压，透明的液晶变得混 浊，从而显示出设定的文字或数码。 【例 5】 下列有关液晶的一些性质的说法中，正确的是( ) A．液晶分子的排列是稳定的 B．液晶的光学性质随温度而改变 C．液晶的光学性质随所加电场的变化而变化 D．液晶的光学性质随所加压力的变化而变化 解析：液晶分子既有排列的有序性，又可以自由移动，故 A 错，B、C、D 均正确。 答案：BCD 6．认识表面张力的微观本质 液体表面好像张紧的橡皮膜一样，具有收缩的趋势。 液体与气体接触的表面形成一薄层，叫表面层。由于表面层上方是气体，所以表面层内 的液体分子受到周围分子作用力小于液体内部分子，表面层里的分子要比液体内部分子稀疏 一些，这样表面层分子间引力比液体内部更大一些。在液体内部分子间引力和斥力处于平衡 状态，而表面层内由于分子引力较大，因此表面层有收缩的趋势。 液体与固体接触处形成一个液体薄层，叫做附着层。附着层里的分子既受固体分子的吸 引，又受到液体内部分子的吸引。如果受到固体分子的吸引力较弱，附着层的分子就比液体 内部稀疏，在附着层里分子间吸引力较大，造成跟固体接触的液体表面有缩小的趋势，形成 不浸润。反之，如果附着层分子受固体分子吸引力相当强，附着层分子比液体内部更密集， 附着层就出现液体相互推斥的力，造成跟固体接触的液体表面有扩展的趋势，形成浸润。 7．对比法学习浸润和不浸润现象 液体对固体浸润的情况下，毛细现象表现为管内液面比管外液面高；液体对固体不浸润 的情况下，毛细现象表现为管内液面比管外液面低；而且管的内径越小，毛细现象越明显。 解题方法： ①浸润与不浸润现象的实质都是分子力作用的表现，同一种物体，对有些液体浸润，对 另一些液体不浸润； ②同一种液体，对一些固体浸润，对另一些固体不浸润； ③对于毛细现象，抓住是浸润和不浸润及表面张力共同作用的结果，浸润液体在毛细管 内会上升，不浸润液体在毛细管内会下降。 【例 6－1】 液体表面张力产生的原因是( ) A．在液体的表面层，分子间距大，分子之间斥力消失，只有引力 B．气体分子对表面层液体分子的吸引 C．在液体的表面层里，由于分子间距比液体内部大，分子间引力大于斥力 D．受到指向液体内部的吸引力作用 解析：在液体内部，分子间距约为 r0，分子间引力与斥力大致相等，在表面层，分子间 距大于 r0，分子间引力大于斥力，合力为引力，即表面张力。 答案：C 归纳小结：①明确液体表面张力仍然是液体分子间力的作用的表现；②物体分子之间的 作用力一定与分子间的距离有关；③准确理解基本概念是解物理题的重要前提。 【例 6－2】 下列现象中，哪些现象是由于液体的表面张力而引起的( ) A．液体与固体、气体不同，它在不同容器内，尽管形状不同，但体积相同 B．两滴水银相互接触，立即合并成一滴 C．新的棉织品水洗后都要缩水 D．小昆虫能在水面上自由走动 解析：同一体积的液体在不同容器内有不同的形状，这是由液体分子的排列规律决定的， 与表面张力无关，而两滴水银的接触，新棉织品水洗后缩水，小昆虫能爬在水面上，都将受 到液体表面张力的作用。 答案：BCD 【例 7－1】 将不同材料制成的甲、乙细管插入相同的液体中，甲管内液面比管外液面 低，乙管内液面比管外液面高，则( ) A．液体对甲材料是浸润的 B．液体对乙材料是浸润的 C．甲管中发生的不是毛细现象，而乙管中发生的是毛细现象 D．若甲、乙两管的内径变小，则甲管内液面更低，乙管内液面更高 解析：液体对固体浸润的情况下，在附着层分子的排斥力和表面层分子的吸引力的共同 作用下，液面将上升，所以 A 错，B 对；毛细现象是指浸润液体在细管中上升的现象，以及 不浸润的液体在细管中下降的现象，所以 C 错；在液体和毛细管材料一定的情况下，管越细 毛细现象越明显，所以 D 对。 答案：BD 【例 7－2】若液体对某种固体是浸润的，当液体装在由这种固体物质做成的细管中时， 则( ) A．附着层分子密度大于液体内分子的密度 B．附着层分子的作用力表现为引力 C．管中的液体一定是凹弯月面的 D．液体跟固体接触的面积有扩大的趋势 解析：这首先是浸润现象，这时固体分子与液体分子间的引力相当强，造成附着层内分 子的分布就比液体内部更密，这样就会使液体分子间出现相互斥力，使液体跟固体接触的面 积有扩大的趋势。 答案：ACD 8．现实生活中液体的表面张力现象 (1)利用液体表面张力的特点判断并对一些与生活、生产相结合的现象进行解释。 (2)根据浸润时表面张力产生的附加压强指向液体外，不浸润时产生的附加压强指向液 体内的特点判断毛细现象及液体与固体接触处的特点。 现实生活中液体的表面张力现象还有很多，例如用棉线制的毛巾容易把手擦干，而用丝 绸却不容易把手擦干，这就是因为棉线浸润水而丝绸不浸润，当用棉线毛巾擦手时，手上的 水分容易沿着棉线形成的毛细管跑到毛巾中；农田里如果要保存地下的水分，就要把地面的 土壤锄松，从而减少毛细现象的发生；缝衣针可以漂浮在水面上；草叶上的露珠呈现圆球形 等，都是表面张力作用的结果。 毛细现象是浸润液体在毛细管中上升和不浸润液体在毛细管里下降的现象，是分子力和 重力共同作用的结果。 【例 8－1】 下列现象中，主要是表面张力起了作用的是( ) A．小缝衣针漂浮在水面上 B．木船漂浮在水面上 C．荷叶上的小水珠呈球形 D．慢慢向小酒杯中注水，即使水面稍高出杯口，水仍不会流出来 解析：表面张力和液体浮力不同，表面张力形成的原因是液体表面层的分子力，而浮力 产生的原因是浸入液体内部的物体上、下表面的压强差。小缝衣针漂浮在水面上，针并没有 浸入液体中，只受到水表面的作用力，故是表面张力现象，A 正确。小船漂浮在水面上，受 到的是水的浮力，B 错。表面张力的作用效果可以使液面收缩，C、D 正确。 答案：ACD 【例 8－2】 由于海水水面有表面张力的作用，水珠之间相互吸引着，这样使得风很难 把水珠刮起，只能够形成海浪，所以海洋上的风只带有少量的水沫；而沙漠中的沙子却不一 样，沙粒之间几乎没有作用力，所以风很容易刮起大量的沙子……根据以上规律联系所学知 识请你设想，如果玻璃杯中盛有少量水银，在太空轨道上运行的宇宙飞船内，水银在杯子中 将呈现下图所示的怎样的形状( ) 解析：在宇宙飞船内完全失重的情况下，由于重力的存在而产生的一切现象随之消失； 因为液体的表面张力不受失重的影响，水银不浸润玻璃，水银的形状只由表面张力来决定。 在液体表面张力的作用下，水银的表面有收缩到最小的趋势，而体积一定时，球形的表面积 最小。所以最终水银会呈现球形，D 正确。 答案：D