高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册5 液体学案

第5节液体

自主学习·必备知识

教材研习

教材原句

要点一表面张力

设想在液体表面画一条线，把液体表面分为1、2两部分，两侧的液体之间存在着一对与垂直、大小相等、方向相反的作用力。这种力使液体表面绷紧，叫作液体的表面张力①。它具有使液体表面收缩的趋势。

要点二浸润和不浸润

一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上，这种现象叫作浸润②；一种液体不会润湿某种固体，也就不会附着在这种固体的表面，这种现象叫作不浸润②。

要点三毛细现象

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，称为毛细现象③。

自主思考

①如图，早晨的草叶上的露珠晶莹剔透，仔细观察，露珠的形状近似为球形，为什么？

答案：提示在表面张力的作用下露珠收缩液面，因为在同体积的几何体中，球体的表面积最小，所以露珠收缩为球形。

②把水或油灌入小口瓶时，常在瓶口插入一根竹筷或玻璃棒，水或油就沿着竹筷或玻璃棒流入瓶中，不致流到瓶子外面，这是什么道理？如果要将水银灌入小口瓶中，能否采用竹筷或是玻璃棒？你能想出其他的方法吗？

答案：提示水和油对竹筷或玻璃棒是浸润液体；不能；因为水银对竹筷或玻璃棒是不浸润液体，它浸润于铜或锌，所以用铜棒或锌棒引流即可。

③农民往往利用翻松地表土壤来保存土壤中的水分，这是为什么？

答案：提示把地表土壤翻松，破坏了土壤表层的毛细管，从而阻止了水分上升到地面而被蒸发掉。

名师点睛

1.表面张力的特点

（1）表面张力是液体分子间的作用力的宏观表现。

（2）表面张力的方向与液面相切，垂直于分界线。

（3）表面张力的大小由分界线的长度、液体的种类、纯净度和温度等因素来决定。

（4）表面张力的作用是使液体表面有收缩到最小的趋势。

2.浸润和不浸润及毛细现象的理解

（1）浸润与不浸润现象的实质都是分子力作用的表现。

（2）浸润和不浸润是发生在两种物质（液体与固体)之间的，与这两种物质的性质都有关系，同一种固体，对有些液体浸润，对另一些液体不浸润；同一种液体，对一些固体浸润，对另一些固体不浸润。

（3）毛细现象是浸润和不浸润及表面张力共同作用的结果，浸润液体在细管内会上升，不浸润液体在细管内会下降。

互动探究·关键能力

探究点一液体的表面张力

情境探究

如图所示是液体表面附近分子分布的大致情况。

请结合图片思考：

（1）液体表面层内的分子间距离和分子力各有什么特点？

（2）液体像气体一样没有固定的形状，具有流动性，而又像固体一样具有一定的体积，不易被压缩，液体的这些特点是由什么决定的？

（3）小昆虫、缝衣针在水面上不下沉与小木块浮在水面上的道理相同吗？

答案：提示（1）液体表面层内分子间距大于液体内部分子间距，分子力表现为引力。

（2）液体的微观结构。

（3）不同，小昆虫、缝衣针能在水面上不下沉是液体表面张力的作用。小木块浮在水面上是重力和水的浮力平衡的结果。

探究归纳

1.液体表面张力的成因分析

（1)分子间距离特点：由于蒸发现象，液体表面层分子分布比内部分子稀疏。

（2)分子力特点：液体内部分子间引力、斥力基本上相等，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，使液体表面形成一层绷紧的膜。

2.表面张力及其作用

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。例如，吹出的肥皂泡呈球形，滴在洁净玻璃板上的水银滴呈球形（但由于受重力的影响，往往呈扁球形，在完全失重条件下才呈球形）。

探究应用

例（多选）（2021江苏泰州中学高二月考）关于液体的表面张力，下列说法中正确的是(      )

A.布伞伞面的布料有缝隙但不漏雨水，是表面张力的结果

B.表面张力的方向与液面垂直

C.硬币能够静止在水面上是液体表面张力与其重力平衡的结果

D.由于液体表面分子间距离小于平衡位置间距，故液体表面存在表面张力

答案： ;

解析：布伞伞面的布料有缝隙但不漏雨水，是表面张力的结果，故项正确；表面张力的方向与液面相切，而不是与液面垂直，故项错误；硬币能够静止在水面上是液体表面张力与其重力平衡的结果，故项正确；由于液体表面分子间距离略大于平衡位置间距，故液体表面存在表面张力，故项错误。

迁移应用

1.（多选）下列现象中，关于液体的表面张力，说法正确的是(      )

A.小昆虫能在水面上自由来往而不陷入水中靠的是液体的表面张力

B.小木块能够浮于水面上是液体表面张力与其重力平衡的结果

C.缝衣针浮在水面上不下沉是水的表面张力作用的结果

D.喷泉喷射到空中形成一个个球形的小水珠是表面张力作用的结果

答案： ;   ;

解析：仔细观察可以发现，小昆虫在水面上站定或行进过程中，其脚部位置比周围水面稍下陷，但仍在水面上而未陷入水中，就像踩在柔韧性非常好的膜上一样，因此，这是液体的表面张力在起作用。浮在水面上的缝衣针与小昆虫情况一样，故、项正确。小木块浮于水面上时，木块的下部实际上已经陷入水中（排开一部分水）受到水的浮力作用，是浮力与重力平衡的结果，而非表面张力在起作用，故项错误。喷泉喷到空中的水分散时，每一小部分的表面都有表面张力在起作用且水处于完全失重状态，因而形成球状水珠，故项正确。

探究点二浸润和不浸润、毛细现象

情境探究

1.两个完全相同的空心玻璃球壳，其中一个盛有一半体积的水，另一个盛有一半体积的水银，将它们封闭起来用航天飞机送到绕地球做匀速圆周运动的空间实验站中，在如图所示的四个图中（图中箭头指向地球中心，阴影部分为水或水银）。

（1）水在玻璃球壳中分布的情况，可能是哪个图？

（2）水银在玻璃球壳中分布的情况，可能是哪个图？

答案：提示（1）绕地球做匀速圆周运动的空间实验站中，球壳和其中的水、水银均处于完全失重状态。水浸润玻璃，附着层有扩大的趋势；水跟气体接触的表面层都有收缩（使表面积最小）的趋势，所以水在玻璃球壳中分布情况是图。

（2）水银不浸润玻璃，附着层有收缩的趋势。水银跟气体接触的表面层都有收缩（使表面积最小）的趋势，所以水银在玻璃球壳中分布情况是图。

2.日常生活中，如果你认真观察的话，会发现水中游禽会不时地用嘴抹擦身上的羽毛，这是为什么？

答案：提示游禽在用嘴把油脂涂到羽毛上，使水不能浸润羽毛。

探究归纳

1.浸润和不浸润现象成因分析

（1）附着层及分子受力情况：液体跟固体相接触的液体薄层叫附着层，液体和固体接触时，附着层的液体分子除受液体内部的分子吸引外，还受到固体分子的吸引。

（2）浸润的成因：当固体分子对液体分子的吸引力大于液体内部分子力时，附着层内液体分子比液体内部分子稠密，附着层中分子之间表现为斥力，具有扩张的趋势，这时表现为液体浸润固体。

（3）不浸润的成因：当固体分子对液体分子的吸引力小于液体内部分子力时，附着层内液体分子比液体内部分子稀疏，附着层中分子之间表现为引力，具有收缩的趋势，这时表现为液体不浸润固体。

2.毛细现象

（1）两种表现：浸润液体在细管中上升，不浸润液体在细管中下降。

（2）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。图甲是浸润情况，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；图乙是不浸润情况，管内液面呈凸形，表面张力的作用使液体受到向下的力。

甲乙

探究应用

例（2021江苏如皋中学高二月考）液体在器壁附近的液面会发生弯曲，如图所示，对比下列几种解释，正确的是(      )

A.表面层Ⅰ内分子的分布比液体内部密

B.表面层Ⅱ内分子的分布比液体内部疏

C.液体在器壁Ⅰ内的高度变低

D.液体在器壁Ⅱ内的高度变高

答案：

解析：液体表面具有收缩的趋势，即液体表面表现为张力，是液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，密度较小，且液面分子间表现为引力；故表面层Ⅰ、Ⅱ内分子的分布比液体内部疏，故项错误，项正确。附着层Ⅰ内分子与器壁间引力大于内部液体分子间的引力，液体表现为浸润，在器壁Ⅰ内的高度变高，故项错误；附着层Ⅱ内分子与器壁间吸引力小于内部液体分子间的引力，液体表现为不浸润，在器壁Ⅱ内的高度变低，故项错误。

解题感悟

浸润和不浸润的分析要点

浸润是固体分子对液体分子的引力大于液体分子之间的引力，使附着层内分子的分布比液体内部更密，使液体跟固体的接触面有扩大的趋势。不浸润是固体分子对液体分子的引力小于液体分子之间的引力，使附着层内分子的分布比液体内部更稀疏，使液体跟固体的接触面有收缩的趋势。

迁移应用

1.（多选）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.管中的液体表面一定是下凹

D.液体跟固体接触的面积有扩大的趋势

答案： ; ;

解析：这是浸润现象，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密，作用力表现为斥力，使液体跟固体接触的面积有扩大的趋势。

2.（多选）下列现象中，哪些是利用了毛细现象(      )

A.用粉笔吸干纸上的墨汁

B.建房时，在砌砖的地基上铺一层油毡或涂过沥青的厚纸

C.用棉线作酒精灯的灯芯

D.想保存地下的水分，把地面的土壤锄松

答案： ;

解析：粉笔、棉线、砖和土壤内部都有许多细小的孔道，起着毛细管的作用，在砌砖的地基上铺一层油毡或涂过沥青的厚纸、把地面的土壤锄松均是防止毛细现象。

探究点三液晶

情境探究

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。

（1）为什么“液体”和“晶体”联系在一起了？液晶到底是什么物质？

（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？

答案：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作液晶。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。

探究归纳

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，处于这种状态的化合物叫作液晶。

2.特点

（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。

（3）液晶的物理性质很容易在外界条件（如电场、压力、光照、温度）的影响下发生改变。

（4）从某个方向上看，液晶分子的排列比较整齐；但是从另一个方向看，液晶分子的排列是杂乱无章的。

（5）并不是所有物质都有液晶态。通常由棒状分子、碟状分子和平板状分子组成的物质容易具有液晶态。

探究应用

例（多选）关于液晶，下列说法正确的是(      )

A.因为液晶是介于晶体与液体之间的中间态，所以液晶实际上是一种非晶体

B.液晶具有液体的流动性，是因为液晶分子尽管排列有序，但位置无序，可自由移动

C.任何物质在任何条件下都可以存在液晶态

D.天然存在的液晶很少，多数液晶是人工合成的

答案： ;

解析：液晶是一种介于晶体与液体之间的液态晶体，它不是晶体更不是非晶体；液晶分子像晶体分子一样排列有序，但是它们又像液体分子一样可以自由移动，没有固定的位置，即位置无序，所以液晶具有流动性；有些物质只有在特定的条件下才具有液晶态，并不是所有物质都具有液晶态；天然存在的液晶很少，多数液晶是人工合成的，故正确答案为、。

迁移应用

1.液晶电视不断降价，逐步走进了千家万户。液晶电视的关键部件是液晶层，下列关于液晶层的工作原理说法中正确的是(      )

A.液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性

B.液晶的光学性质不随温度的变化而变化

C.液晶的光学性质不随外加电压的变化而变化

D.液晶的光学性质随压力的变化而变化

答案：

解析：液晶分子在特定方向排列比较整齐，具有各向异性，但要注意分子的排列是不稳定的。温度、压力、外加电压等因素变化时，都会改变液晶的光学性质。