物理选修32 液体导学案

这是一份物理选修32 液体导学案，共1页。
1．了解液体的微观结构。
2．知道并能用分子动理论解释液体的表面张力及有关现象。
3．知道并能用分子动理论解释浸润和不浸润现象。
4．知道并能用分子动理论解释毛细现象。
5．了解液晶及其应用。
诱思导学
液体的微观结构
液体和气体没有一定的形状，是流动的；液体和固体具有一定的体积，而气体的体积可以变化千万倍；液体和固体都很难被压缩，而气体可以很容易的被压缩。液体的这些性质表明液体与固体的微观结构类似，分子间距在r0左右。
液体的表面张力
（1）实验探究：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。
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。如水浸润玻璃，水银浸润锌。
不浸润：液体不能附着在固体表面上的现象叫做不浸润。如水不浸润石蜡，水银不浸润玻璃。
（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。
4．毛细现象
（1）毛细现象：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：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量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内外液面高度差而产生的作用相平衡。
（3）在液体和毛细管材料一定的情况下，管内径越小毛细现象越明显。
5．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。液晶是一种不同于固、液、气的物质形态，它在电子工业、航空工业、生物、医学等领域内获得了广泛的应用。
典例探究
例1 关于液体的表面张力，下述说法哪个是错误的？ （ ）
A．表面张力是液面各部分间相互吸引的力，方向与液面相平行
B．表面张力是液面分子间作用力的宏观体现
C．表面层里分子距离比液体内部小些，分子间表现为引力
D．不论是水还是水银，表面张力都要使液面收缩
解析：在液体与气体相接触的表面层中，液体分子的分布较内部稀疏，即分子间距大于r0，分子间表现为引力，其宏观表现是使液面收缩，好像绷紧的橡皮膜一样。所以错误的只有C选项。
答案： C
友情提示：液体内部分子力约为零，液体表面层中的分子距离比液体内部的大些，所以分子力表现为引力，其宏观表现即表面张力，方向与液面相平行，使液面收缩。
例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．管中的液面一定是凹弯月面
D．液面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比液体内部更密，这样就会使附着层内分子间出现了相互排斥力，使液体跟固体接触的面积有扩大的趋势，所以液面中部位置较低，成为凹弯月面。因此正确的选项是ACD。
答案： ACD
友情提示：浸润现象产生的原因是附着层内分子表现为斥力，同时表面层内分子表现为引力的结果；不浸润现象产生的原因是附着层内分子表现为引力，同时表面层内分子表现为引力的结果。
例3 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
友情提示：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。
课后问题与练习点击
1．解析：这是因为玻璃在火焰上烧熔后变为液体，液体具有表面张力的作用，使其液面收缩，所以尖端就变圆。
2．解析：在失重的状态下，一大滴水银在表面张力的作用下将成为标准的球体。
3．解析：当雨滴打在伞面上的时候，在每个缝隙的下面都有微微凸出的水滴，如果将凸出缝隙的水滴从靠近根部的地方分隔为上下两部分，那么在它们的分界线处，下部水滴表面要受到上部水滴根部表面的表面张力的作用。由于表面张力的竖直分力可与下部水滴的重量保持平衡，所以水才不会从缝隙中流出。
4．解析：将缝衣针在手上蹭一蹭，使其表面沾上油脂，水就不浸润它了，又因为水面在表面张力的作用下形成一层水膜，水膜的弹力与缝衣针的重力相平衡，缝衣针会停在水面上；而当把针按下水面，水膜被破坏，针没入水中，针的重力大于它所受到的浮力，所以针就不再浮起。
5．解析：因为蜡是不浸润衣服的，但它浸润吸墨纸，所以用热熨斗将蜡熔化，熔化后的蜡就浸润到了吸墨纸中，所以衣服上的蜡就消失了。
6．解析：应该选择黄色的材料，因为这种材料对酱油是不浸润的，所以倒酱油的时候，酱油就不会留在瓶口，而是很快的回到瓶中。
基础训练
1．下列关于表面张力方向的说法中正确的是 （ ）
A．表面张力产生在液体表面层，它的方向跟液面垂直
B．表面张力产生在液体表面层，它的方向跟液面平行
C．表面张力产生在液体附着层，它的方向跟液面垂直
D．作用在任何一部分液面上的表面张力，总是跟这部分液面的分界线垂直
2．关于表面张力下列叙述中哪些是正确的 （ ）
A．液体表面张力随温度升高而增大
B．液体尽可能的在收缩它的表面积
C．液体表面层的分子比液体内部的分子具有更大的分子势能
D．液体表面层的分子分布要比液体内部分子分布的紧密些
3．将一枚硬币轻轻地平放在水面上，可以不下沉，此时与硬币重力相平衡的力是 （ ）
A．水膜的弹力
B．水的表面张力
C．水的浮力和表面张力的合力
D．水的浮力和空气的浮力的合力
4．关于液晶下列说法正确的是 （ ）
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，但不稳定
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
5．如图9.2-1中曲线为两根细棉线，将图示肥皂膜中a和b两部分膜刺破后，残缺部分的形状将会变为如
图所示的那种情况 （ ）
图9.2-1
6．在地面上液体甲对盘浸润，液体乙对盘不浸润，假定在环绕地球作匀速圆周运动的人造卫星上把这两种液体分别盛在两个相同的盘子里，则 （ ）
A．液体甲形状不变，液体乙形状不变
B．液体甲形状不变，液体乙变成圆球形
C．液体甲变成圆球形，液体乙变成圆球形
图9.2-2 9.2-2 9.2-2
D．液体甲最终将溢出盘外，液体乙变成圆球形
7．在水中浸入两个同样细的毛细管，一个是直的，另一个是弯的，如图 9.2-2所示，水在直管中上升的高度比弯管的最高点还要高。那么弯管中的水将
（ ）
A．会不断地流出
B．不会流出
C．不一定会流出
D．无法判断它会不会流出
8．对于液体在器壁附近的液面发生弯曲的现象，如图9.2-3所示，对此有下列几种解释：
①表面层I内分子的分布比液体内部疏 ②表面层Ⅱ内分子的分布比液体内部密
表面层Ⅰ
附着层Ⅰ
图9.2-3
表面层Ⅱ
附着层Ⅱ
③附着层I内分子的分布比液体内部密 ④附着层Ⅱ内分子的分布比液体内部疏
其中正确的是 （ ）
A．只有①对 B．只有①、③、④对 C．只有③、④对 D．全对
9．如图9.2-4所示，把橄榄油滴入水和酒精的混合液里，当混合液的密度与橄榄油密度相同时，滴入的橄榄油呈球状悬浮在液体中，为什么？
图9.2-4
10．如图9.2-5所示是测定肥皂液表面张力系数的装置, 均匀的杠杆支点O在中央, 矩形铜丝框的质量为=0.4g, 其两脚间的距离L=5cm； 将其悬于杠杆上右端距中央L1=15cm处。实验时将铜丝框浸没在肥皂水中, 在杠杆左端挂一个=1g的砝码, 将肥皂水杯缓缓下移, 使框上部离开液面形成肥皂膜。此时若将移到距杠杆中央L2=12cm处时, 杠杆刚好处于平衡状态。试据此计算肥皂液的表面张力系数。［提示：表面张力的大小与液面边界线长度（设为L）成正比，可以表示为：f=αL ， 式中α称为表面张力系数，它表示液面单位长度的边界线上所受的表面张力的大小，g=10］
图9.2-5
多维链接
1．孔较小的筛子里盛有少量的水时，水不会从网孔中流出。试解释这一现象。
解析：网孔较小的筛子里盛有少量水时，在每个网孔下面都有微微凸出的水滴（如图9.2-6所示）。如果将凸出网孔的水滴从靠近根部的地方分隔为上下两部分，那么在它们的分界线处，下部水滴表面要受到上部水滴根部表面的表面张力f的作用（如图9.2-7所示）。由于表面张力f的竖直分力可与下部水滴的重量保持平衡，所以水才不会从筛子的网孔中流出。
2．液体的天然形状
我们平常都认为液体没有一定的固有形状。这种想法其实是不正确的。所有液体的天然形状都是球形。可是一般因为有重力作用妨碍它保持这个形状，因此，如果它不是盛在容器里，就会变成薄层流散开去，如果盛在容器里就会变成跟容器一样的形状。一些液体如果停留在另一种比重相同的液体里，那么，按照阿基米德原理，它要“失去”它的重量：它就仿佛没有一点重量，重力对它不起一点作用，——那时候这种液体才显出了固有的天然的球形。
橄榄油在水里会浮起，但是在酒精里却要沉落。因此可以用水和酒精混合成一种稀酒精液，使油在这种稀酒精液里既不沉落，也不浮起。用一只注射器把少许橄榄油注进这稀酒精液里，我们会看到一个奇怪的现象，这些油竟凝成一个很大的球形的油滴，既不沉落，也不浮起，静静地悬在那里，如图9.2-8所示：
做这个实验的时候，一定要有耐心而且要仔细地去做，——否则的话，得到的会不是一滴大的，而是分散成比较小的几滴。当然，得到一些小油滴也还是很有趣味的。
可是，我们的实验还要继续做下去。把一根细长的木条或金属丝通过这个油滴的中心，把它旋转起来。这个油滴也会跟着旋转起来。（假如在做这个实验的时候，能够把一片渍油的硬纸小圆片装在旋转轴上，使它能够整个放在圆球里面的话，那么结果就会更加完美。）圆球受到旋转的影响，开始变扁，几秒钟以后，会甩出一个圆环来。这个圆环分裂成许多小滴，每一小滴都变成球形，继续绕中央油滴旋转，如图9.2-9所示：
这个有意思的实验，最早是比利时的一位物理学家普拉图做出的。我们现在说的就是普拉图的实验方法。但是，这个实验可以做得更加方便却同样有意思。方法是这样的：“用清水把一只小玻璃杯冲洗干净，装上橄榄油，放到另外一只大玻璃杯的底上；然后仔细把酒精注到大玻璃杯里，使小杯整个浸在酒精里。然后，用一只汤匙小心地沿着大杯的杯壁添进一些水去。于是，小杯里的橄榄油就逐渐向上凸起来；等到注进去的水已经相当多的时候，小杯里的橄榄油就完全从杯里升了起来，变成一个相当大的圆球，悬在酒精和水的混合液里。”如图9.2-10所示：
手头没有酒精的时候，这个实验可以用苯胺代替橄榄油来做。苯胺是一种液体，在常温下比水重，但是在摄氏75—85度的时候却比水轻。因此，只要把水加热，就可以使苯胺悬在水里，这时候苯胺也成球形。如果要在平常的温度里做这个实验，可以用食盐水代替清水，苯胺会悬在适当浓度的食盐水里。
3．课本P44“做一做”
提示：铅块在沥青表面将要下陷，这是因为沥青是非晶体，其微观结构和性质跟液体非常类似。
4．课本 P45“说一说”
提示：因为在体积相等的几何体中，球体的表面积是最小的，所以在表面张力的作用下，液滴就要呈球体；液滴越小，其重力对其形状的影响就越小，表面张力的影响就越大，液滴形状就越接近于球形。
5．课本P47“做一做”
提示：因为水浸润玻璃，所以管内的液面将比管外的液面高，且管的内径越小，管内液面就越高；如果液体不浸润管壁，管内液面将比管外的液面低，且管的内径越小，管内液面就越低。