第2、3節(jié)　表面張力和毛細(xì)現(xiàn)象　材料及其應(yīng)用

第2、3節(jié)表面張力和毛細(xì)現(xiàn)象材料及其應(yīng)用核心素養(yǎng)點(diǎn)擊

物理觀念1.知道液體的表面張力，了解表面張力形成的原因。2.了解浸潤(rùn)和不浸潤(rùn)現(xiàn)象。3.知道毛細(xì)現(xiàn)象及形成的原因。4.了解液晶的主要性質(zhì)、特點(diǎn)及應(yīng)用。5.了解材料科學(xué)的有關(guān)知識(shí)及應(yīng)用?？茖W(xué)思維1.會(huì)分析浸潤(rùn)和不浸潤(rùn)產(chǎn)生的原因。2.會(huì)用分子動(dòng)理論解釋毛細(xì)現(xiàn)象?？茖W(xué)探究探究液體表面張力的收縮趨勢(shì)?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任1.體會(huì)新材料的發(fā)展對(duì)人類生活和社會(huì)發(fā)展的影響。2.用毛細(xì)現(xiàn)象解釋生活中常見(jiàn)的有關(guān)現(xiàn)象。1．填一填(1)表面層①定義：液體與氣體接觸的表面存在的一個(gè)

。②特點(diǎn)：表面層分子的分布比液體內(nèi)部

。(2)表面張力①定義：液體表面各部分間相互

的力。②作用效果：因?yàn)楸砻鎻埩Φ淖饔?，液體表面總有要收縮到表面積

的趨勢(shì)。而體積相等的各種形狀的物體中，球形物體的表面積

。因此小水珠、小露珠等都呈現(xiàn)

。若露珠過(guò)大，重力影響不能忽略，則呈

，完全失重環(huán)境下，可形成標(biāo)準(zhǔn)的

形。薄層稀疏吸引最小最小球形橢球形球2．判一判(1)表面張力是液體分子間的作用力的宏觀表現(xiàn)。

(

)(2)表面張力使液體表面具有向外擴(kuò)張的趨勢(shì)。

(

)(3)有些昆蟲(chóng)可以在水面上自由走動(dòng)，是由于它們受到了液體表面張力的作用。(

)3．想一想雨傘的傘面上有很多細(xì)小的孔，為什么下雨時(shí)，雨水不會(huì)從孔里漏下來(lái)？提示：因?yàn)橛晁畬⒓喚€浸濕后，在紗絲孔隙中形成水膜，水膜的表面張力使雨水不會(huì)漏下來(lái)?！獭痢?．填一填(1)浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)相關(guān)的概念①浸潤(rùn)：液體潤(rùn)濕并

在固體表面上的現(xiàn)象。②不浸潤(rùn)：液體不潤(rùn)濕、

在固體表面上的現(xiàn)象。③附著層：液體跟固體接觸時(shí)，在

會(huì)形成一液體薄層。④內(nèi)聚力：附著層中的液體分子受到的

分子的吸引力。⑤附著力：附著層中的液體分子受到的

分子的吸引力。⑥如果內(nèi)聚力大于附著力，這時(shí)跟固體接觸的液體表面有

的趨勢(shì)，形成不浸潤(rùn)現(xiàn)象。反之，則形成浸潤(rùn)現(xiàn)象。附著不附著接觸處液體內(nèi)部固體縮小(2)毛細(xì)現(xiàn)象的定義和特點(diǎn)①定義：浸潤(rùn)液體在細(xì)管里

的現(xiàn)象和不浸潤(rùn)液體在細(xì)管里

的現(xiàn)象。②毛細(xì)管：能夠發(fā)生

的管。③特點(diǎn)：水在玻璃管中會(huì)出現(xiàn)

面；水銀在玻璃管中則會(huì)出現(xiàn)

面。且管的內(nèi)徑越小，前者水面越

，后者水銀面越

。2．判一判(1)水銀是不浸潤(rùn)液體。

(

)(2)同一種液體對(duì)不同的固體，可能是浸潤(rùn)的，也可能是不浸潤(rùn)的。

(

)(3)只有浸潤(rùn)液體在細(xì)管中才會(huì)產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象。

(

)上升下降毛細(xì)現(xiàn)象凹凸高低×√×3．選一選(多選)下圖中，液體浸潤(rùn)固體的是

(

)解析：由題圖可以看出：B、C中附著層有擴(kuò)張的趨勢(shì)，而A、D中附著層具有面積減小的趨勢(shì)，故B、C浸潤(rùn)固體。答案：BC

1．填一填(1)定義：既具有像液體那樣的

性和

性，又具有晶體那樣的各向異性特點(diǎn)的流體。(2)性質(zhì)：外界條件的微小變化，會(huì)引起液晶分子

的變化，從而改變液晶的某些性質(zhì)。例如溫度、壓力、摩擦、電磁作用、容器的表面差異等，都可以改變液晶的

性質(zhì)。(3)應(yīng)用：①

；②液晶測(cè)溫。流動(dòng)連續(xù)排列光學(xué)液晶顯示器2．判一判(1)液晶是一種晶體。

(

)(2)液晶分子的空間排列是穩(wěn)定的，具有各向異性。

(

)(3)液晶的光學(xué)性質(zhì)隨溫度的變化而變化。

(

)3．想一想液晶電視已經(jīng)走進(jìn)尋常百姓家，液晶顯示器是如何顯示各種顏色的呢？提示：在外加電壓影響下，液晶的分子排列會(huì)發(fā)生改變，讓液晶像開(kāi)關(guān)一樣阻隔光線或讓光線穿過(guò)，彩色液晶顯示屏的每一個(gè)像素都由三個(gè)單元格構(gòu)成，分別對(duì)應(yīng)紅色、綠色和藍(lán)色的濾光片，利用三原色原理就可組合出不同的色彩?！痢痢?．填一填(1)材料的種類①按照材料的特性，可以把材料分為

材料和

材料兩類。②按照材料的應(yīng)用領(lǐng)域，可以把材料分為

材料、

材料、建筑材料、生物材料、航空航天材料等。③按照習(xí)慣，把材料分為

材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料和復(fù)合材料。結(jié)構(gòu)功能信息能源金屬(2)材料的應(yīng)用①半導(dǎo)體：是一種微電子材料，主要是硅和砷化鎵，其中硅是制造晶體管和__________的主要材料。②納米材料：納米是

單位，1nm＝

m，粒度在1～100nm的材料稱為納米材料。③石墨烯：由

構(gòu)成的材料，具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，可制作

和

。集成電路長(zhǎng)度10－9單層碳原子傳感器晶體管2．判一判(1)半導(dǎo)體的電阻率介于金屬導(dǎo)體和絕緣體之間。

(

)(2)納米是較大的長(zhǎng)度單位。

(

)(3)石墨烯是已知強(qiáng)度最高的材料之一。

(

)√√×3．選一選(多選)半導(dǎo)體就是導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，以下關(guān)于其導(dǎo)電性能的說(shuō)法正確的是

(

)A．半導(dǎo)體導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，性能穩(wěn)定B．在極低的溫度下，純凈的半導(dǎo)體像絕緣體一樣不導(dǎo)電C．在較高溫度時(shí)，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能會(huì)大大增強(qiáng)，甚至接近金屬的導(dǎo)電性能D．半導(dǎo)體中摻入雜質(zhì)后，其導(dǎo)電性能會(huì)減弱解析：半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能受溫度、光照及摻入雜質(zhì)的影響，性能不穩(wěn)定，故A錯(cuò)誤；摻入雜質(zhì)后半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能會(huì)大大增強(qiáng)，故D錯(cuò)誤。答案：BC

為什么曲別針沒(méi)有沉入到燒杯的底部？為什么水黽可以停在水面上？提示：水表面張力的存在使曲別針沒(méi)有沉入到燒杯底部，水黽可以停在水面上。

[重難釋解]液體表現(xiàn)張力的理解方向和液面相切，垂直于液面上的各條分界線效果表面張力使液體表面具有收縮趨勢(shì)，使液體表面積趨于最小，而在體積相同的條件下，球形的表面積最小大小與邊界線的長(zhǎng)度、液體的種類、溫度都有關(guān)系[解析]

由于液體表面層內(nèi)分子間距離比較大，液體表面張力使得液體表面具有收縮的趨勢(shì)，故松弛的棉線圈變?yōu)閳A形，C項(xiàng)正確。[答案]

C表面張力問(wèn)題的分析方法(1)產(chǎn)生條件：存在液體與空氣相接觸的表面。(2)產(chǎn)生原因：表面層中液體分子之間距離較大，整體表現(xiàn)為引力，形成各部分相互吸引的特點(diǎn)。(3)現(xiàn)象：有使液體的表面收縮到最小的趨勢(shì)。[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．關(guān)于液體的表面張力現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是

(

)A．液體表面層的分子分布比內(nèi)部密B．液體表面層的張力有使其體積收縮到最小的趨勢(shì)C．液體表面層分子之間只有引力而無(wú)斥力D．液體表面層的張力有使其表面積收縮到最小的趨勢(shì)解析：液體表面層的分子分布比內(nèi)部稀疏，分子間距離大于r0，分子間引力大于斥力，表面張力使液體表面積收縮到最小，故D項(xiàng)正確。答案：D

2．(多選)下列現(xiàn)象中，由于液體的表面張力所造成的是

(

)A．兩滴水銀相接觸，立即合并到一起B(yǎng)．熔化的蠟從燃燒的蠟燭上流下來(lái)，冷卻后呈球形C．用熔化的玻璃制成各種玻璃器皿D．水珠在荷葉上呈球形解析：用熔化的玻璃制成各種器皿，跟各種模型有關(guān)，并非表面張力造成的，故本題選A、B、D三項(xiàng)。答案：ABD

3.如圖所示，金屬框上陰影部分表示肥皂膜。它被棉線分割成a、b兩部分。若將肥皂膜的a部分用針刺破，棉線的形狀是下圖中的

(

)解析：刺破后，由于表面張力使液面收縮，故圖中D正確。答案：D

(1)把一塊玻璃分別浸入水和水銀里再取出來(lái)，觀察到從水銀中取出來(lái)的玻璃上沒(méi)有附著水銀，從水中取出的玻璃上沾著一層水。為什么會(huì)出現(xiàn)上述兩種不同的現(xiàn)象呢？提示：玻璃和水發(fā)生了浸潤(rùn)，玻璃和水銀不浸潤(rùn)。(2)要想把凝在衣料上的蠟去掉，可以把兩層棉紙分別放在蠟跡的上面和下面，然后用熱熨斗在棉紙上來(lái)回熨燙。為什么這樣做可以去掉衣料上的蠟?zāi)?？提示：放在衣料上、下面的棉紙?nèi)有許多細(xì)小的孔起著毛細(xì)管的作用，當(dāng)蠟受熱熔化成液體后，由于毛細(xì)現(xiàn)象，它們就會(huì)被棉紙吸掉。

[重難釋解]1．附著層內(nèi)分子的受力情況液體和固體接觸時(shí)，附著層的液體分子除受液體內(nèi)部的分子吸引外，還受到固體分子的吸引。2．浸潤(rùn)的成因當(dāng)附著層中的液體分子受到固體分子的吸引力大于液體內(nèi)部分子的吸引力時(shí)，附著層內(nèi)液體分子比液體內(nèi)部分子稠密，附著層中分子之間表現(xiàn)為斥力，具有擴(kuò)展的趨勢(shì)，這時(shí)表現(xiàn)為液體浸潤(rùn)固體。3．不浸潤(rùn)的成因當(dāng)附著層中的液體分子受到固體分子的吸引力小于液體內(nèi)部分子的吸引力時(shí)，附著層內(nèi)液體分子比液體內(nèi)部分子稀疏，附著層中分子之間表現(xiàn)為引力，具有收縮的趨勢(shì)，這時(shí)表現(xiàn)為液體不浸潤(rùn)固體。4．毛細(xì)現(xiàn)象(1)兩種表現(xiàn)：浸潤(rùn)液體在細(xì)管中上升和不浸潤(rùn)液體在細(xì)管中下降。(2)產(chǎn)生原因：毛細(xì)現(xiàn)象的產(chǎn)生與表面張力及浸潤(rùn)現(xiàn)象都有關(guān)系。如圖所示，甲是浸潤(rùn)情況，此時(shí)管內(nèi)液面呈凹形，因?yàn)樗谋砻鎻埩ψ饔?，液體會(huì)受到一向上的合力，因而管內(nèi)液面要比管外高；乙是不浸潤(rùn)情況，管內(nèi)液面呈凸形，表面張力的作用使液體受到一向下的合力，因而管內(nèi)液面比管外低。[解析]

液體對(duì)固體是否發(fā)生浸潤(rùn)現(xiàn)象，是由液體和固體共同決定的，A錯(cuò)誤；如果液體浸潤(rùn)容器壁就會(huì)形成凹面，且液體在容器中上升，B正確；如果固體分子對(duì)液體表面層分子的引力大于液體內(nèi)部分子的引力，附著層內(nèi)的分子較密，分子力表現(xiàn)為斥力，會(huì)看到液體的浸潤(rùn)現(xiàn)象，C錯(cuò)誤；內(nèi)徑不同的幾支細(xì)玻璃管，管內(nèi)水柱的高度不同，管越細(xì)，高度越高，毛細(xì)現(xiàn)象越明顯，D錯(cuò)誤。[答案]

B(1)對(duì)同一種固體，有些液體浸潤(rùn)，有些液體不浸潤(rùn)；同一種液體，對(duì)一些固體是浸潤(rùn)的，對(duì)另一些固體是不浸潤(rùn)的。例如，水能浸潤(rùn)玻璃，但不能浸潤(rùn)石蠟；水銀不能浸潤(rùn)玻璃，但能浸潤(rùn)鉛。(2)浸潤(rùn)情況下，管內(nèi)液面呈凹形，管內(nèi)液面要比管外高；不浸潤(rùn)情況下，管內(nèi)液面呈凸形，管內(nèi)液面比管外低。毛細(xì)管內(nèi)外液面的高度差與毛細(xì)管的內(nèi)徑有關(guān)，毛細(xì)管內(nèi)徑越小，高度差越大。[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．(多選)用干凈的玻璃毛細(xì)管做毛細(xì)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以看到

(

)A．毛細(xì)管插入水中，管越細(xì)，管內(nèi)水面越高，管越粗，管內(nèi)水面越低B．毛細(xì)管插入水銀中，管越細(xì)，管內(nèi)水銀面越高，管越粗，管內(nèi)水銀面越低C．毛細(xì)管插入跟它浸潤(rùn)的液體中時(shí)，管內(nèi)液面上升，插入跟它不浸潤(rùn)的液體中時(shí)，管內(nèi)液面下降D．毛細(xì)管插入跟它不浸潤(rùn)的液體中時(shí)，管內(nèi)液面上升，插入跟它浸潤(rùn)的液體中時(shí)，管內(nèi)液面下降解析：毛細(xì)管插入跟它浸潤(rùn)的液體中時(shí)，管內(nèi)液面上升，插入跟它不浸潤(rùn)的液體中時(shí)，管內(nèi)液面下降，C選項(xiàng)正確；玻璃毛細(xì)管插入水中，液面上升，管越細(xì)，管內(nèi)水面越高，相反，管越粗，管內(nèi)水面越低，A正確。答案：AC

2．(多選)水對(duì)玻璃是浸潤(rùn)液體而水銀對(duì)玻璃是不浸潤(rùn)液體，它們?cè)诿?xì)管中將產(chǎn)生上升或下降的現(xiàn)象，現(xiàn)把不同粗細(xì)的三根毛細(xì)管分別插入水和水銀中，如圖所示，正確的現(xiàn)象應(yīng)是

(

)解析：浸潤(rùn)液體在細(xì)管中上升或不浸潤(rùn)液體在細(xì)管中下降的現(xiàn)象為毛細(xì)現(xiàn)象，管子越細(xì)，現(xiàn)象越明顯，A、D兩項(xiàng)正確，B、C兩項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：AD

3.(多選)同一種液體，滴在固體A的表面時(shí)，出現(xiàn)如圖甲所示的情況；當(dāng)把毛細(xì)管B插入這種液體時(shí)，液面又出現(xiàn)如圖乙所示的情況，若A固體和B毛細(xì)管都很干凈，則下列說(shuō)法正確的是

(

)A．固體A和B管可能是同種材料B．固體A和B管一定是不同種材料C．固體A的分子對(duì)液體附著層內(nèi)的分子的引力比B管的分子對(duì)液體附著層內(nèi)的分子的引力小些D．液體對(duì)毛細(xì)管B有浸潤(rùn)現(xiàn)象解析：由甲、乙兩圖可知：該液體對(duì)固體A不浸潤(rùn)，對(duì)毛細(xì)管B浸潤(rùn)，故A、B一定不是同種材料，A錯(cuò)誤，B正確；根據(jù)對(duì)浸潤(rùn)和不浸潤(rùn)的微觀解釋及宏觀表現(xiàn)，可知C、D正確。答案：BCD

現(xiàn)在，液晶應(yīng)用在人類生活和生產(chǎn)中的方方面面。彩電、電腦顯示器都使用液晶屏幕。液晶可以作為顯示元件，這利用了液晶的什么性質(zhì)？提示：當(dāng)這種液晶受外加電壓的影響時(shí)，會(huì)由透明狀態(tài)變成混濁狀態(tài)而不再透明，去掉電壓，又恢復(fù)透明，當(dāng)輸入電信號(hào)，加上適當(dāng)電壓，透明的液晶變得混濁，從而顯示出設(shè)定的文字或數(shù)碼。

[重難釋解]1．液晶的主要性質(zhì)(1)液晶具有晶體的各向異性的特點(diǎn)原因是在微觀結(jié)構(gòu)上，從某個(gè)方向看，液晶的分子排列比較整齊，有特殊的取向。(2)液晶具有液體的流動(dòng)性原因是從另一方向看液晶分子排列是雜亂的，因而液晶又具有液體的性質(zhì)，具有一定的流動(dòng)性。

(3)液晶分子的排列特點(diǎn)

液晶分子的排列特點(diǎn)是從某個(gè)方向上看液晶分子的排列比較整齊；但是從另一個(gè)方向看，液晶分子的排列是雜亂無(wú)章的。

(4)液晶的物理性質(zhì)情況液晶的物理性質(zhì)很容易受外界的影響(如電場(chǎng)、壓力、光照、溫度)而發(fā)生改變。2．液晶的主要應(yīng)用(1)利用向列型液晶的性質(zhì)可以制成各種液晶顯示器。(2)膽甾型液晶在溫度改變時(shí)會(huì)改變顏色。隨著溫度的升高，色彩按紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫的順序變化，溫度下降時(shí)又按相反順序變色，而且靈敏度很高，在不到1℃的溫差內(nèi)就可以顯出整個(gè)色譜。利用液晶的這種溫度效應(yīng)可以探測(cè)溫度。3．新材料及其應(yīng)用新材料主要包括新型金屬材料、高分子合成材料、新型無(wú)機(jī)非金屬材料、復(fù)合材料、光電子材料等。(1)新型金屬材料：有鋁合金、鎂合金、鈦合金以及稀有金屬，它們?cè)趯?dǎo)電、航空航天、原子能方面有廣泛用途。(2)高分子合成材料：有合成橡膠、塑料和化學(xué)纖維等。它們?cè)诨鸺?、建筑、醫(yī)療、交通、服裝、農(nóng)業(yè)、國(guó)防上有廣泛用途。(3)新型無(wú)機(jī)非金屬材料：有工業(yè)陶瓷、光導(dǎo)纖維、半導(dǎo)體材料。它們?cè)谌細(xì)鈾C(jī)制造、磁流體發(fā)電機(jī)、通信、工業(yè)、科學(xué)研究等方面有廣泛用途。(4)復(fù)合材料：可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料。它們?cè)诤娇蘸教臁㈦娮庸I(yè)、生活用品、新能源技術(shù)、信息技術(shù)、海洋工程等方面有廣泛用途。(5)光電子材料：有光電子半導(dǎo)體材料、光纖、薄膜材料、液晶顯示材料。它們?cè)诠怆娮悠骷?、光通信、光?jì)算、激光技術(shù)等方面有廣泛用途。4．納米材料及其應(yīng)用(1)納米是長(zhǎng)度單位：1nm＝10－9m。(2)納米技術(shù)：在納米尺度(1～100nm)上制造材料和器件的技術(shù)。即重新排列原子而制造具有新分子結(jié)構(gòu)的技術(shù)。(3)納米材料有納米金屬、納米磁場(chǎng)材料、納米陶瓷材料、有機(jī)—無(wú)機(jī)納米復(fù)合物、納米傳感材料、納米醫(yī)用材料等。(4)納米材料應(yīng)用領(lǐng)域：能源、環(huán)保、通信、航空航天、醫(yī)療、日常生活等。[解析]

晶體分為單晶體和多晶體，單晶體有天然規(guī)則的幾何外形，而多晶體是由許多單晶體雜亂無(wú)章組合而成，多晶體沒(méi)有天然規(guī)則的幾何外形，A選項(xiàng)正確；晶體有固定的熔點(diǎn)，而非晶體沒(méi)有固定的熔點(diǎn)，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；液晶是一種介于固體與液體之間的中間態(tài)，它既具有液體的流動(dòng)性，又像某些晶體一樣具有光學(xué)各向異性，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。[答案]

AD[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．下列關(guān)于液晶的說(shuō)法，正確的是

(

)A．液晶是液體和晶體的混合物B．液晶分子在特定方向排列比較整齊C．電子手表中的液晶在外加電壓的影響下，能夠發(fā)光D．所有物質(zhì)在一定條件下都能成為液晶解析：液晶是某些特殊的有機(jī)化合物，在某些方向上分子排列規(guī)則，某些方向上雜亂。液晶本身不能發(fā)光，在外部因素影響下，能改變液晶的光學(xué)性質(zhì)，所以選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確。答案：B

2．(多選)下列敘述中正確的是

(

)A．棒狀分子、碟狀分子和平板狀分子的物質(zhì)呈液晶態(tài)B．利用液晶在外加電壓變化時(shí)由透明變渾濁可制作電子表、電子計(jì)算器的顯示元件

C．有一種液晶隨溫度的逐漸升高，其顏色按順序改變，利用這種性質(zhì)可用來(lái)探測(cè)溫度

D．利用液晶可檢查腫瘤，還可以檢查電路中的短路點(diǎn)解析：通常棒狀分子、碟狀分子和平板狀分子的物質(zhì)容易具有液晶態(tài)，但不是所有的都能呈液晶態(tài)，故A錯(cuò)誤；對(duì)液晶分子，從某個(gè)方向看排列比較整齊，從另一個(gè)方向看排列是雜亂無(wú)章的，B、C、D正確。答案：BCD

一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維(選自人教版新教材課后練習(xí))在玻璃的蒸發(fā)皿中，較小的水銀滴接近球形，較大的水銀滴呈扁平形(如圖)。那么，在處于失重狀態(tài)的宇宙飛船中，一大滴水銀會(huì)呈什么形狀？提示：較大的水銀滴在表面張力和重力共同作用下呈扁平形，在失重的宇宙飛船中，一大滴水銀會(huì)呈現(xiàn)球形。二、注重學(xué)以致用和思維建模1．(多選)關(guān)于液體表面張力，下列說(shuō)法正確的有

(

)A．甲圖中露珠呈球形，這是地球引力作