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  • 2021-06-01 发布

2020版高中物理 第三章 固体和液体 3 液晶 4 液体的表面张力学案 教科版选修3-3

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‎3 液 晶 ‎4 液体的表面张力 ‎[学习目标] 1.了解液晶的特点及其应用.2.了解液体的基本性质.3.理解液体的微观结构.4.知道液体的表面张力,了解表面张力形成的原因.‎ 一、液晶 ‎1.液晶 ‎(1)液晶态:处于固态与液态之间的过渡状态.‎ ‎(2)液晶:处于液晶态的物质.‎ ‎2.分子结构 分子排列在液晶中的有序性介于固体和液体之间.‎ ‎3.液晶显示 ‎(1)液晶分子的排列会因外界条件的变化而变化,由此引起液晶光学性质的改变.‎ ‎(2)液晶显示器的应用非常广泛.‎ 二、液体的微观结构 ‎1.分子距离:液体不易被压缩,表明液体分子之间的距离很小.‎ ‎2.液体具有流动性:液体不像固体那样具有一定的形状,而且液体能够流动.‎ ‎3.分子力:液体分子间的作用力比固体分子间的作用力要小.‎ 三、奇异的表面张力现象及其成因 ‎1.概念:液体的表面好像张紧的橡皮膜,它具有收缩的趋势.液体表面存在的这种收缩力叫做表面张力.‎ ‎2.特点:使液体的表面积趋向最小.‎ ‎3.成因:在液体的表面层分子间距较大,分子间表现为引力.‎ ‎[即学即用]‎ ‎1.判断下列说法的正误.‎ ‎(1)液晶即为液体.(×)‎ ‎(2)液体之所以不易被压缩是因为液体分子间无空隙.(×)‎ ‎(3)表面张力的作用是使液面具有收缩的趋势.(√)‎ ‎(4)表面张力是分子力的宏观表现.(√)‎ 8‎ ‎(5)昆虫可以在水面上自由走动是表面张力在起作用.(√)‎ ‎2.雨伞布料经纬线间空隙很小,小水珠落在伞面上由于________的作用,不能透过空隙.‎ 答案 表面张力 一、液晶 ‎[导学探究] 液晶是指液态晶体,这种说法对吗?‎ 答案 这种说法不对,液晶不是晶体,只是与某些晶体相似,具有各向异性.‎ ‎[知识深化]‎ ‎1.液晶的主要性质 ‎(1)液晶具有晶体的各向异性.‎ ‎(2)液晶具有液体的流动性.‎ ‎(3)液晶分子的排列特点:液晶分子的排列特点是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.‎ ‎(4)液晶的物理性质:液晶的物理性质很容易在外界的影响(如电场、压力、光照、温度等)下发生改变.‎ ‎2.液晶的主要应用 ‎(1)向列型液晶在外加电压影响下,液晶的分子排列会发生改变,使液晶由透明变为不透明,去掉电压又恢复透明.利用向列型液晶的这种性质可以制成各种液晶显示器.‎ ‎(2)胆甾型液晶在温度改变时会改变颜色.随着温度的升高,色彩按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序变化,温度下降时又按相反顺序变色,而且灵敏度很高,在不到‎1℃‎的温差内就可以显出整个色谱.利用液晶的这种温度效应可以探测温度.‎ 特别提醒 (1)液晶既具有液体的特点,也具有晶体的特点,但它既不是液体,也不是晶体,它是独立于液体和晶体之外的一种特殊流体.‎ ‎(2)天然液晶不多,大多是人工合成的,现已发现几千种有机化合物具有液晶态.‎ 例1 (多选)关于液晶的分子排列,下列说法正确的是(  )‎ A.液晶分子在特定方向排列整齐 B.液晶分子的排列不稳定,外界条件的微小变动会引起液晶分子排列的变化 C.液晶分子的排列整齐且稳定 D.液晶的物理性质稳定 答案 AB 解析 液晶分子在特定方向上排列比较整齐,故选项A正确;液晶分子排列不稳定,外界条件的微小变动会引起液晶分子排列的变化,故选项B正确,C错误;液晶分子排列的不稳定导致其物理性质不稳定,故选项D错误.‎ 8‎ 二、液体的微观结构 ‎[导学探究] 为什么液体具有一定的体积、不易压缩,却没有一定的形状?‎ 答案 液体微粒像固体的一样也是紧密靠近的,所以液体具有一定的体积,不易压缩.但液体微粒之间的相互作用不像固体中的那么强,微粒会从一个平衡位置转移到另一个平衡位置,所以液体具有流动性,没有一定的形状.‎ ‎[知识深化]‎ ‎1.液体分子之间的相互作用不像固体中的微粒那样强,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.液体由大量的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,因而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的振动,所以液体具有一定的体积,不容易被压缩.‎ ‎3.液体分子间的距离小,相互作用力很大,液体分子的热运动与固体类似,主要表现为在平衡位置附近做微小的振动.但液体分子没有长期固定的平衡位置,在一个平衡位置附近振动一小段时间以后,又转移到另一个平衡位置附近去振动,即液体分子可以在液体中移动,没有一定的形状,这就是液体具有流动性的原因.‎ 特别提醒 液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.‎ 例2 关于液体,下列说法正确的是(  )‎ A.液体的性质介于气体和固体之间,更接近气体 B.液体表现出各向异性 C.液体分子的热运动与固体类似,主要表现为在固定的平衡位置附近做微小振动 D.液体的扩散比固体的扩散快 答案 D 解析 液体分子间距离与固体分子间距离接近,都不易被压缩,故A错;液体由大量暂时形成的小区域构成,这种小区域杂乱无章的分布着,因而液体表现出各向同性,故B错;液体分子与固体分子都在平衡位置附近做微小振动,所不同的是液体分子没有固定的平衡位置,故C错;液体的扩散要比固体的扩散快,故D对.‎ 三、奇异的表面张力现象及其成因 ‎[导学探究] 如图1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:液体表面层内的分子距离和分子力各有什么特点?‎ 8‎ 图1‎ 答案 表面层内分子间距离大于r0,分子间作用力表现为引力.‎ ‎[知识深化]‎ ‎1.液体表面张力的形成 ‎(1)分子分布特点:由于蒸发现象,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.所以说表面张力是表面层内分子力作用的结果.‎ ‎(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2所示.‎ 图2‎ ‎2.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.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.‎ ‎3.表面张力的大小:除了跟分界线长度有关外,还跟液体的性质和温度有关.一般情况下,温度越高,表面张力就越小.另外,杂质也会明显地改变液体的表面张力大小.比如洁净的水有很大的表面张力,而沾有肥皂液的水的表面张力就比较小.也就是说,洁净水的表面具有更大的收缩趋势.‎ 特别提醒 (1)表面张力不是指个别分子间的相互引力,而是表面层中大量分子间的引力的宏观表现.凡液体与气体接触的表面都存在表面张力.‎ ‎(2)液体不同层面的分子疏密程度不同.‎ ‎(3)在液体内部,引力和斥力大小相近.在液体表面层,整体上表现为引力是液体表面张力产生的原因.‎ 例3 关于液体的表面张力,下列说法正确的是(  )‎ A.表面张力是液体内部各部分之间的相互作用力 B.液体表面层分子的分布比内部稀疏,分子力表现为引力 8‎ C.液体的表面张力随温度的升高而增大 D.表面张力的方向与液面垂直 答案 B 解析 液体表面层分子较液体内部稀疏,故分子力表现为引力,表面张力的方向沿液面的切线方向,与分界线垂直.表面张力是液体表面层分子间的作用力,随温度的升高,液体表面层分子间的距离增大,引力作用随之减小,所以表面张力减小,故B正确,A、C、D错误.‎ 例4 如图3所示,金属框架的A、B间系一个棉线圈,先使框架布满肥皂膜,然后将P和Q两部分的肥皂膜刺破,线的形状将变成下列选项图中的(  )‎ 图3‎ 答案 C 解析 由于液体表面张力的作用,液体表面有收缩到最小的趋势,故C正确.‎ ‎1.(液晶)(多选)关于液晶,下列说法中正确的有(  )‎ A.液晶是一种晶体 B.液晶分子的空间排列是稳定的,具有各向异性 C.液晶的光学性质随温度的变化而变化 D.液晶的光学性质随外加电压的变化而变化 答案 CD 解析 液晶的微观结构介于晶体和液体之间,虽然液晶分子在特定方向排列比较整齐,具有各向异性,但分子的空间排列是不稳定的,选项A、B错误;外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化,从而改变液晶的某些性质;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.‎ ‎2.(液体的微观结构)(多选)关于液体和固体,以下说法正确的是(  )‎ A.液体分子间的相互作用比固体分子间的相互作用强 B.液体分子同固体分子一样,也是密集在一起 8‎ C.液体分子的热运动没有长期固定的平衡位置 D.液体的扩散比固体的扩散快 答案 BCD 解析 液体具有一定的体积,是液体分子密集在一起的缘故,但液体分子间的相互作用不像固体分子的那样强,所以选项A错误,B正确;液体具有流动性是因为液体分子热运动的平衡位置不固定,正是因为微粒在液体里的移动比在固体中容易,所以其扩散速度比固体的扩散速度快,选项C、D均正确.‎ ‎3.(液体的表面张力)如图4所示,金属框上阴影部分表示肥皂膜,它被棉线分割成a、b两部分.若将肥皂膜的a部分用热针刺破,棉线的形状是下图中的哪一个(  )‎ 图4‎ 答案 D 解析 肥皂膜未被刺破时,作用在棉线两侧的表面张力互相平衡,棉线可以有任意形状.当把a部分肥皂膜刺破后,在b部分肥皂膜表面张力的作用下,棉线将被绷紧.又液体表面有收缩到面积最小的趋势,正确选项为D.‎ 一、选择题 考点一 液晶 ‎1.(多选)下列说法正确的是(  )‎ A.液晶与晶体的结构相同 B.液晶与液体的结构相同 C.液晶与晶体、液体的结构均不同 D.液晶在某些性质上与晶体相同,在某些性质上与液体相同 答案 CD 解析 液晶的结构既不同于晶体结构,也不同于液体结构,故A、B错误,C 8‎ 正确;液晶在力学性质上与液体相同,具有流动性、连续性,在光学性质、电学性质上又具有各向异性,因而又具有晶体的某些性质,所以D正确.‎ ‎2.关于液晶的下列说法中正确的是(  )‎ 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 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 答案 B 解析 液晶是某些特殊的有机化合物,在某些方向上分子排列规则,在某些方向上分子排列杂乱,液晶本身不能发光,所以选项A、C、D错,选项B正确.‎ ‎3.(多选)关于晶体、液晶、液体,下列说法正确的是(  )‎ A.晶体和液晶的性质是完全相同的 B.液晶就是液体,具有液体的所有性质 C.液晶是介于晶体与液体之间的一种中间态 D.液晶具有液体的流动性,在光学性质上具有晶体的各向异性 答案 CD 考点二 液体的表面张力 ‎4.关于液体表面的特征,下列说法正确的是(  )‎ A.液体表面层的分子分布比内部密 B.液体有使其体积收缩到最小的趋势 C.液体表面层分子之间只有引力而无斥力 D.液体有使其表面积收缩到最小的趋势 答案 D 解析 液体表面层的分子分布比内部稀疏,故A错;液体由于表面张力作用,有使其表面积收缩到最小的趋势,故B错,D对;液体表面层分子之间既有引力也有斥力,只是由于分子间距离较大,表现为引力,故C错.‎ ‎5.液体表面张力产生的原因是(  )‎ A.液体表面层内分子比液体内部紧密,分子间斥力大于引力 B.液体表面层内分子比液体内部紧密,分子间引力大于斥力 C.液体表面层内分子比液体内部稀疏,分子间引力大于斥力 D.液体表面层内分子比液体内部稀疏,分子间斥力大于引力 答案 C 解析 液体表面层内分子比液体内部稀疏,液体表面层内分子间的相互作用表现为引力,即分子间的引力比斥力大,故正确答案为C.‎ 8‎ ‎6.下列说法正确的是(  )‎ A.表面张力就是分子力 B.小昆虫在水面上能自由行走是因为其重力大小可忽略不计 C.表面张力的方向与液面上的分界线平行 D.液体表面好像张紧的橡皮膜具有收缩趋势 答案 D ‎7.(多选)下列说法正确的是(  )‎ A.小昆虫能在水面上自由来往而不陷入水中,是液体的表面张力在起作用 B.小木块能够浮于水面上,是液体的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,是重力和水的浮力平衡的结果 D.喷泉喷射到空中的水形成一个个球形的小水珠,是表面张力作用的结果 答案 AD 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A选项正确,C选项错误;小木块浮于水面上时,木块的下部分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,并不是表面张力在起作用,因此B选项错误;喷泉喷到空中的水散落时,每一小部分的表面都有表面张力在起作用,且又近似处于完全失重状态,因而形成球状水珠(体积一定的情况下,球形表面积最小,表面张力的作用使液体表面有收缩到最小面积的趋势),故D选项正确.‎ 二、非选择题 ‎8.(液体的表面张力)试解释为什么手套被雨水浸湿后很难从手上脱下.‎ 答案 见解析 解析 因为湿手套的纤维间的空隙中有水,水跟空气接触的表面层具有收缩趋势,这种收缩趋势使手套纤维间距离缩小,于是手套的表面积减小,使手套紧箍在手上很难脱下.‎ 8‎