2021学年第2节 表面张力和毛细现象教学演示课件ppt

第2节　表面张力和毛细现象

第3节　材料及其应用

知识点一　表面张力

1．表面层

(1)定义：液体与气体接触的表面存在的一个薄层。

(2)特点：表面层分子的分布比液体内部稀疏，分子间的距离略大于分子力平衡的距离，分子间的作用力表现为引力。

2．表面张力

(1)定义：液体表面各部分间的相互引力称为表面张力。

(2)作用效果：因为表面张力的作用，液体表面总有要收缩到表面积最小的趋势，所以雨滴、奶滴、油滴等液滴的外形就近似呈现球形；若重力的影响明显，其外形就呈现为椭球形；在完全失重的环境下，液滴能收缩成标准的球形。

说明：表面张力使液体表面收缩到最小。

1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)木块浮在水面上是液体表面张力的原因。 (×)

(2)液体分子间的相互作用力比固体分子间作用力弱。 (√)

(3)液体的表面张力是分子力的宏观表现，表面张力使液体表面具有向内收缩的趋势。                            (√)

知识点二　浸润与不浸润、毛细现象、液晶

1．浸润与不浸润

(1)定义

①浸润：液体润湿某种固体并附着在该固体表面上的现象称为浸润。

②不浸润：液体不润湿某种固体，也不附着在该固体表面上的现象称为不浸润。

(2)产生原因

①内聚力大于附着力，这时跟固体接触的液体表面有缩小的趋势，形成不浸润现象。

②附着力大于内聚力，这时跟固体接触的液体表面有扩张的趋势，形成浸润现象。

2．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，称为毛细现象。

(2)毛细管：能发生毛细现象的管称为毛细管。

3．液晶

(1)定义：既具有像液体那样的流动性和连续性，又具有晶体那样的各向异性特点的流体。

(2)性质

外界条件的微小变化，会引起液晶分子排列的变化，从而改变液晶的某些性质，例如温度、压力、摩擦、电磁作用、容器的表面差异等，都可以改变液晶的光学性质。

(3)应用

①液晶显示器。

②液晶测温。

说明：同一种液体，对有些固体是浸润的，对有些固体是不浸润的。

2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)毛细现象是浸润或不浸润的实例。 (√)

(2)液晶在任何条件下，都表现出各向异性。 (×)

(3)液晶具有液体的流动性，液晶的分子排列与液态相同。 (×)

知识点三　材料及其应用

1．材料对人类社会的影响

人类在不同时代对材料的开发与应用有所不同，每一种重要材料的开发和应用，都把人类文明推向一个新的阶段。

2．材料的种类

(1)按照材料的特性，可以把材料分为结构材料和功能材料两类。

(2)按照材料的应用领域，可以把材料分为信息材料、能源材料、建筑材料、生物材料、航空航天材料等。

(3)习惯上，人们把材料分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料。

3．材料的应用

(1)半导体：半导体是电子信息产业的基础，是许多工业整机设备的核心，作为芯片、存储器等应用在计算机、通信、军事、工业医疗等各个领域。

(2)纳米材料：粒度在1～100 nm的材料称为纳米材料。当材料小到纳米尺度时，其力、热、声、光、磁等方面的某些性能会突变。碳纳米管是目前纳米材料研究领域的热点之一。

(3)石墨烯：石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，是已知强度最高的材料之一，并且能弯曲，有很好的韧性。石墨烯可制作传感器，其灵敏度可与单分子检测的极限相比拟；还可用来制作晶体管，这种晶体管在接近单个原子的尺度上依然能稳定地工作。石墨烯的研究与应用在化学、材料、物理、生物、环境、能源等众多学科领域已取得了一系列重要进展。

说明：半导体、纳米材料、石墨烯等材料的应用，对科技飞速发展。

3：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)半导体材料的电阻率介于导体和绝缘体之间。 (√)

(2)纳米材料的粒度在1～100 nm之间。 (√)

(3)石墨烯由单层原子构成，所以强度不大。 (×)

考点1　液体的表面张力

1．液体分子分布特点：由于蒸发现象，液体表面层分子的分布比液体内部稀疏，即表面层分子间的距离比液体内部分子间的距离大。

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，使液体表面好像一层绷紧的膜。所以说表面张力是液体表面层分子力作用的结果。

4．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。

5．表面张力的作用：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，在失重条件下才呈球形。

【典例1】　关于液体的表面张力，下列说法正确的是(　　)

A．液体表面张力是液体各部分之间的相互吸引力

B．液体表面层分子的分布比内部稀疏，分子力表现为零

C．不论是水还是水银，表面张力都会使表面收缩

D．表面张力的方向与液面相垂直

思路点拨：(1)表面张力是因为液体表面层分子较稀疏，分子力表现为引力，使液面收缩到最小。

(2)力与液面相切，垂直于液面上的各条分界线。

C　[液体表面张力是液体表面各部分之间相互吸引的力，选项A错误；液体的表面层分子要比内部稀疏些，分子间的距离较内部分子间距离大，表面层分子间表现为引力，选项B错误；液体的表面张力总使液面具有收缩的趋势，选项C正确；液体表面张力的方向总是与液面相切，跟液面分界线相垂直，选项D错误。]

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积有收缩到最小的趋势。

1．(多选)(2020·广东韶关期中)如图所示，关于液体表面张力，下列说法中正确的有(　　)

甲　　　　　　　乙

丙　　　　　　　丁

A．甲图中露珠呈球形，这是地球引力作用的结果

B．乙图中液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，产生表面张力

C．丙图中水黾可以停在水面上，是由于水的浮力作用

D．丁图中液体表面张力方向与液面相切

BD　[甲图中露珠呈球形，这是液体表面张力作用的结果，A错误；乙图中液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，分子间作用力表现为引力，从而产生表面张力，B正确；丙图中水黾可以停在水面上，是由于水的表面张力作用，C错误；表面张力产生在液体表面层，它的方向与液面相切，且与分界面垂直，D正确。]

考点2　浸润和不浸润、毛细现象、液晶

1．浸润和不浸润现象成因分析

(1)附着层内分子受力情况：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。

甲　　　 乙

(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。如图所示，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，液体会受到一向上的作用力，因而管内液面要比管外高；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一向下的力，因而管内液面比管外低。

3．液晶

液晶是介于液体与固体之间的一种中间态的物质，在特定方向上分子排列整齐，其物理性质表现为各向异性，另一方向上分子排列是杂乱的，具有液体的特征，所以晶体还具有流动性，但液晶并不是液体和晶体的混合物。

【典例2】　(多选)同一种液体，滴在固体A的表面时，出现如图甲所示的情况，当把毛细管B插入这种液体中时，液面又出现如图乙所示的情况。若固体A和毛细管B都很干净，则(　　)

甲　　　　乙

A．固体A和毛细管B可能是由同种材料制成的

B．固体A和毛细管B一定不是由同种材料制成的

C．图甲是液体对固体A的浸润现象

D．图乙是液体对毛细管B的浸润现象

思路点拨：根据图甲、乙所示的现象，判断该液体对甲、乙是否浸润，进而分析甲、乙是否由同种材料制成；根据浸润和不浸润时分子力的作用情况判断分子间的引力大小。

BD　[由题给现象可知该液体对固体A不浸润，对毛细管B浸润，则A、B一定不是由同种材料制成的，选项B、D是正确的。]

浸润现象的分析要点

(1)一种液体是否浸润某种固体，与这两种物质的性质都有关系，例如：水银不浸润玻璃，但浸润铅；水浸润玻璃，但不浸润石蜡。

(2)浸润和不浸润可以用附着层的液体分子的分布来解释，浸润的本质是扩展，不浸润的本质是收缩。

角度一　浸润与不浸润

2．浸润现象和不浸润现象在日常生活中是常见的，下列几种现象的说法，正确的是(　　)

A．水银不能浸润玻璃，说明水银是不浸润液体

B．水可以浸润玻璃，说明附着层内分子间的作用表现为引力

C．脱脂棉球脱脂的目的，是使它从不能被水浸润变为可以被水浸润

D．建筑房屋时在地基上铺一层涂着沥青的纸，是利用了毛细现象

C　[水银不能浸润玻璃，说明水银和玻璃的附着层里分子间吸引力较大，形成不浸润，但是不能说明水银是不浸润液体，故A错误；水可以浸润玻璃，说明附着层内分子间的作用表现为斥力，故B错误；脱脂棉能够吸取药液，在于脱脂后把它从不能被水浸润变成了可以被水浸润，以便吸取药液，故C正确；砖的内部也有许多细小的孔道，会起到毛细管的作用，在砌砖的地基上铺一层油毡或涂过沥青的厚纸，可以防止地下水分沿着夯实的地基以及砖墙的毛细管上升，以保持房屋干燥，是为了防止毛细现象，故D错误。故选C。]

角度二　液晶

3．(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有序排列，但却位置无序，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

BD　[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；液晶分子的排列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，并不是所有物质都是液晶态；天然存在的液晶很少，多数液晶是人工合成的，目前已达到5 000多种。故正确答案为BD。]

1．(多选)下列现象由液体的表面张力造成的是(　　)

A．两滴水银相接触，立即会合并到一起

B．熔化的蜡从燃烧的蜡烛上流下来，冷却后呈球形

C．用熔化的玻璃制成各种玻璃器皿

D．水珠在荷叶上呈球形

ABD　[两滴水银相接触，立即会合并到一起，是表面张力的原因，A正确；熔化的蜡从燃烧的蜡烛上流下来，冷却后呈球形，是因为表面张力使液体表面具有收缩的趋势，B正确；用熔化的玻璃制成各种玻璃器皿，跟各种模型有关，不是表面张力造成的，C错误；水珠在荷叶上呈球形，是因为表面张力使液体表面具有收缩的趋势，D正确。]

2．(新情境题，以“防护口罩”为背景，考查浸润与不浸润)戴一次性医用防护口罩是预防新型冠状病毒肺炎的有效措施之一，合格的一次性医用防护口罩内侧所用材料对水都是不浸润的，如图所示为一水滴在某一次性防护口罩内侧的照片，对此以下说法正确的是(　　)

A．照片中的口罩一定为不合格产品

B．照片中附着层内分子比内部的稀疏

C．照片中水滴表面分子比内部的密集

D．水对所有材料都是不浸润的

B　[根据题意可知，合格的一次性医用防护口罩内侧所用材料对水都是不浸润的，题图中水不浸润口罩内侧，所以照片中的口罩在此方面合格，A错误；照片中附着层(表面)内分子比水的内部稀疏，B正确，C错误；浸润与不浸润现象是相对的，所以水不是对所有材料都是不浸润的，D错误。]

3．(多选)关于液晶的特点及应用，下列说法正确的是(　　)

A．棒状分子、碟状分子和平板状分子的物质呈液晶态

B．利用液晶在温度变化时由透明变浑浊的特性可制作电子表、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

BCD　[通常棒状分子、碟状分子和平板状分子的物质容易具有液晶态，但不是任何时候都呈液晶态，故A错误，B、C、D正确。]

4．某同学将一个直玻璃细管插入水中，发现管中水面上升的高度(H)较大[如图(a)所示]。于是他用同样的玻璃毛细管做成一个弯管，将长臂端插入水中，使弯管顶部到水面的高度H′<H[如图(b)所示]，他认为将有水不断地从短臂管口流出。你说对吗？为什么？

[答案]　不对，因为水滴从弯管管口处落下之前，弯管管口的水面在重力作用下要向下凸出，这时表面张力的合力竖直向上，使水不能流出。

回归本节知识，自我完成以下问题：

1．表面张力的作用效果是什么？表面张力是怎样形成的？

提示：液体的表面张力使液面具有收缩趋势；表面张力是因为表面层分子间的作用力表现为引力。

2．某种液体浸润和不浸润是固定的吗？取决于什么？

提示：不是。同种液体，对有些固体是浸润的，对有些固体是不浸润的。浸润与不浸润取决于附着层中液体分子的受力情况。

生物也“懂”物理

如果一只动物不小心从树上掉了下来，它们当然不会知道这是地球重力的作用。不过，这并不意味着动物们不会利用物理规律来适应环境。当我们掌握了相关物理知识，将会理解一些令人觉得不可思议的动物“神技”和生活习性。

红颈瓣蹼鹬

红颈瓣蹼鹬是一种小型水禽，喙又细又长，以微型甲壳类生物为食。大部分水禽在收集了少量含有食物的水之后，会通过吸或用舌头将其送入喉咙，并过滤出其中的食物。而红颈瓣蹼鹬则是从水里“啄”出食物，然后用长长的喙一点点地夹食物，把食物送进喉咙。

红颈瓣蹼鹬为什么可以通过细长的嘴把食物送进喉咙里呢？它既不靠吸，也不用舌头，而是靠表面张力。红颈瓣蹼鹬在进食时，喙并不会张得很大。它会先让一滴含有浮游生物的水滴“粘”在它的上、下颌上，然后迅速张开喙。这时水滴散开，喙中的水滴会向后移动，离喉咙较近的那部分水带着食物进入喉咙。当喙再次合上时，就可以进行下次进食了。

红颈瓣蹼鹬虽然不懂物理，却会巧妙地利用水的表面张力来进食。这个例子说明了生物是如何巧妙地利用大自然的物理规律来适应环境的。

　红颈瓣蹼鹬是利用什么物理原理喝水觅食的？

提示：表面张力。