高中物理 第二章 固体、液体和气体 2.4 液体的性质 液晶

高中物理 第二章 固体、液体和气体 2.4 液体的性质 液晶

‎2.4 液体的性质 液晶 ‎ 知识梳理 一、液体的微观结构 ‎1.特点 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做有规则的排列，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.‎ 联想： 非晶体的微观结构跟液体非常相似，可以看作是粘滞性极大的流体，所以严格说来，只有晶体才能叫做真正的固体.‎ ‎2.应用液体的微观结构可解释的现象 ‎（1）液体表现出各向同性：液体由大量暂时形成的杂乱无章地分布着的小区域构成，所以液体表现出各向同性.‎ ‎（2）液体具有一定的体积：液体分子的排列更接近于固体，液体中的分子密集在一起，相互作用力大，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.‎ ‎（3）液体具有流动性：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）液体的扩散比固体的扩散要快：流体中的扩散现象是由液体分子运动产生的，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.‎ 二、液体的表面张力 ‎1.液体的表面具有收缩趋势 缝衣针硬币浮在水面上，用热针刺破铁环上棉线一侧的肥皂膜，另一侧的肥皂膜收缩将棉线拉成弧形.‎ 联想：液体表面就像张紧的橡皮膜.‎ ‎2.表面层 ‎（1）液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫做表面层.‎ ‎（2）表面层里的分子要比液体内部稀疏些，分子间距要比液体内部大.‎ 在表面层内，分子间的距离大，分子间的相互作用力表现为引力.‎ 联想：在液体内部，分子间既存在引力，又存在斥力，引力和斥力的数量级相等，在通常情况下可认为它们是相等的.‎ ‎3.表面张力 ‎（1）含义：液面各部分间相互吸引的力叫做表面张力.‎ ‎（2）产生原因：表面张力是表面层内分子力作用的结果.表面层里分子间的平均距离比液体内部分子间的距离大，于是分子间的引力和斥力比液体内部的分子力和斥力都有所减少，但斥力比引力减小得快，所以在表面层上划一条分界线MN时（图1），两侧的分子在分界线上相互吸引的力将大于相互排斥的力.宏观上表现为分界线两侧的表面层相互拉引，即产生了表面张力.‎ 图1‎ ‎（3）作用效果：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势.‎ 如吹出的肥皂泡呈球形，滴在洁净玻璃板上的水银滴呈球形.草叶上的露球、小水银滴要收缩成球形.‎ 深化： 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.在体积相等的各种形状的物体中球形体积最小.‎ 三、浸润和不浸润 ‎1.定义 浸润：一种液体会润湿某种固体并附在固体的表面上，这种现象叫做浸润.‎ 不浸润：一种液体不会润湿某种固体，也就不会附在这种固体的表面，这种现象叫做不浸润.‎ ‎2.决定液体浸润的因素 液体能否浸润固体，取决于两者的性质，而不单纯由液体或固体单方面性质决定，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，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.‎ 误区： 不能以偏概全地说“水是浸润液体”，“水银是不浸润液体”.‎ ‎3.浸润和不浸润的微观解释 ‎（1）附着层：跟固体接触的液体薄层，其特点是：附着层中的分子同时受到固体分子和液体内部分子的吸引.‎ ‎（2）解释：当水银与玻璃接触时，附着层中的水银分子受玻璃分子的吸引比内部水银分子弱，结果附着层中的水银分子比水银内部稀硫，这时在附着层中就出现跟表面张力相似的收缩力，使跟玻璃接触的水银表面有缩小的趋势，因而形成不浸润现象.‎ 相反，如果受到固体分子的吸引相对较强，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.‎ 深化： 浸润不浸润取决于固体分子对附着层分子的力和液体分子间力的关系.‎ ‎4.弯月面 液体浸润器壁时，附着层里分子的推斥力使附着层有沿器壁延展的趋势，在器壁附近形成凹形面.‎ 液体不浸润器壁时，附着层里分子的引力使附着层有收缩的趋势，在器壁附近形成凸形面.如图2所示.‎ 图2‎ 深化： “浸润凹，不浸凸”.‎ 四、毛细现象 ‎1.含义 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，称为毛细现象.‎ ‎2.特点 ‎（1）浸润液体在毛细管里上升后，形成凹月面，不浸润液体在毛细管里下降后形成凸月面.‎ ‎（2）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.‎ 误区： 在这里很多同学误认为只有浸润液体才会发生浸润现象.‎ ‎3.毛细现象的解释 当毛细管插入浸润液体中时，附着层里的推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，稳定在一定的高度.‎ 联想： 利用类似的分析，也可以解释不浸润液体的毛细管里下降的现象.‎ 五、液晶 ‎1.定义 有些化合物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.‎ 深化：液晶是一种特殊的物质状态，所处的状态介于固态和液态之间.‎ ‎2.液晶的特点 ‎（1）分子排列：液晶分子的位置无序使它像液体，排列有序使它像晶体.‎ 从某个方向上看液晶的分子排列比较整齐；但是从另一个方向看，液晶分子的排列是杂乱无章的.‎ 辨析： ‎ 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，所以表现为各向异性；液体却表现为分子排列无序性和流动性；液晶呢？分子既保持排列有序性，保持各向异性，又可以自由移动，位置无序，因此也保持了流动性.‎ ‎（2）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.液晶的物理性质 ‎（1）液晶具有液体的流动性；（2）液晶具有晶体的光学各向异性.‎ 液晶的光学性质对外界条件的变化反应敏捷.液晶分子的排列是不稳定的，外界条件和微小变动都会引起液晶分子排列的变化，因而改变液晶的某些性质，例如温度、压力、摩擦、电磁作用、容器表面的差异等，都可以改变液晶的光学性质.如计算器的显示屏，外加电压使液晶由透明状态变为浑浊状态.‎ ‎4.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，航空工业中都有重要应用.‎ 联想： 液晶可用显示元件：有一种液晶，受外加电压的影响，会由透明状态变成浑浊状态而不再透明，去掉电压，又恢复透明，当输入电信号，加上适当电压，透明的液晶变得浑浊，从而显示出设定的文字或数码.‎