2024年高中物理新教材同步 選擇性必修第三冊(cè) 第2章 5 液體

5液體[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解液體的表面張力現(xiàn)象，能解釋液體表面張力產(chǎn)生的原因(重點(diǎn))。2.了解浸潤(rùn)和不浸潤(rùn)現(xiàn)象及毛細(xì)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因(難點(diǎn))。3.了解液晶的特點(diǎn)及其應(yīng)用。一、液體的表面張力如圖，早晨草葉上的露珠呈球形，水黽在水上能夠靜止不動(dòng)，這兩個(gè)看上去毫無關(guān)聯(lián)的事情有什么本質(zhì)上的聯(lián)系？答案早晨草葉上的露珠呈球形和水黽在水面上能夠靜止不動(dòng)，都是由于液體的表面張力的作用。1．表面層：液體表面跟氣體接觸的薄層，如圖所示。2．表面張力：(1)定義：使液體表面繃緊的力，叫作液體的表面張力。(2)方向：總是跟液面相切，且與分界面垂直。如圖所示，在液體表面任意畫一條線MN，MN兩側(cè)的液體之間的引力方向如圖所示。(3)成因：液體表面層分子比較稀疏，分子間的作用力表現(xiàn)為引力，該引力使液面產(chǎn)生了表面張力，使液體表面形成一層繃緊的膜。3．作用效果：使液面具有收縮的趨勢(shì)，使液體表面積趨于最小。4．影響因素：表面張力的大小除了跟邊界線長(zhǎng)度有關(guān)外，還跟液體的種類、溫度有關(guān)。1．小昆蟲、縫衣針在水面上不下沉與小木塊浮在水面上的道理相同嗎？答案不同。小昆蟲、縫衣針能在水面上不下沉是液體表面張力在起作用。小木塊浮在水面上是重力和水的浮力平衡的結(jié)果。2．在空間實(shí)驗(yàn)室里，水滴的形狀是一個(gè)完美的球形。生活中我們還經(jīng)常看到荷葉上的露珠呈扁平球形等現(xiàn)象。你能解釋這是為什么嗎？答案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。太空中，物體完全失重，表面張力使液滴呈球形。地面上，表面張力盡管仍然存在。但重力使露珠呈扁平球形。3．把玻璃管的裂口放在火焰上燒熔，它的尖端就會(huì)變鈍(如圖)。這是什么緣故？答案由玻璃熔化變成液體后，其表面受到表面張力的作用，使表面收縮，玻璃管尖端變鈍。例1下列關(guān)于液體表面張力的說法中，正確的是()A．液體表面張力的存在，使得表面層內(nèi)分子的分布比內(nèi)部要密集些B．液體表面層分子間的距離大于液體內(nèi)部分子間的距離，分子力表現(xiàn)為引力，產(chǎn)生表面張力C．液體表面層分子間只有引力而無斥力是產(chǎn)生表面張力的原因D．液體表面張力的方向指向液體內(nèi)部，使液體表面有收縮趨勢(shì)答案B解析液體表面層分子間的距離大于液體內(nèi)部分子間的距離，分子力表現(xiàn)為引力，從而產(chǎn)生表面張力，B正確，A錯(cuò)誤；液體表面層分子間既有引力又有斥力，但引力大于斥力，從而表現(xiàn)為引力，C錯(cuò)誤；液體表面張力的方向總是跟液面相切，D錯(cuò)誤。例2(多選)(2022·北京高二期末)下列現(xiàn)象中，能說明液體存在表面張力的有()A．水黽(一種昆蟲)可以停在水面上B．葉面上的露珠呈球形C．滴入水中的紅墨水很快散開D．懸浮在水中的花粉做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)答案AB解析由于表面張力的存在，使得液體表面如同一張繃緊的膜，富有彈性且具有使液體收縮到最小的趨勢(shì)，水黽可以停在水面上，葉面上的露珠呈球形都是由于存在表面張力，故選項(xiàng)A、B正確；滴入水中的紅墨水很快散開是擴(kuò)散現(xiàn)象，懸浮在水中的花粉做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)是由于水分子在做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，故選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。二、浸潤(rùn)和不浸潤(rùn)如圖所示，將水滴在潔凈的玻璃板上，水逐漸散開并附著在玻璃板上；將水滴在涂了蠟的玻璃板上，水滴可以在蠟面上滾來滾去，而不能附著在蠟面上。這說明了什么？答案水可以潤(rùn)濕玻璃，但水不潤(rùn)濕蠟。1．浸潤(rùn)和不浸潤(rùn)(1)浸潤(rùn)：一種液體會(huì)潤(rùn)濕某種固體并附著在固體的表面上的現(xiàn)象。(2)不浸潤(rùn)：一種液體不會(huì)潤(rùn)濕某種固體，不會(huì)附著在這種固體的表面上的現(xiàn)象。(3)當(dāng)液體和與之接觸的固體的相互作用力比液體分子之間的相互作用力強(qiáng)時(shí)，液體能夠浸潤(rùn)固體。反之則形成不浸潤(rùn)現(xiàn)象，表現(xiàn)為液體不浸潤(rùn)固體。(4)一種液體是否浸潤(rùn)某種固體，與這兩種物質(zhì)的性質(zhì)都有關(guān)系。2．毛細(xì)現(xiàn)象(1)定義：浸潤(rùn)液體在細(xì)管中上升的現(xiàn)象，以及不浸潤(rùn)液體在細(xì)管中下降的現(xiàn)象。(2)特點(diǎn)：管的內(nèi)徑越小，毛細(xì)現(xiàn)象越明顯。(3)產(chǎn)生原因：如圖所示，甲是浸潤(rùn)情況，此時(shí)管內(nèi)液面呈凹形，液體表面張力形成向上的拉力，這個(gè)力使管中液體向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)管中液體上升到一定高度時(shí)，液體所受重力與這個(gè)使它向上的力平衡，液面穩(wěn)定在一定的高度；乙是不浸潤(rùn)情況，管內(nèi)液面呈凸形，合力的作用使液體受到向下的力，因而管內(nèi)液面比管外低。1.如圖所示，在灌溉完土地后農(nóng)民伯伯往往利用翻松地表土壤的方法來保存土壤里的水分，你知道這是為什么嗎？答案把地表土壤鋤松，破壞了土壤表層的毛細(xì)管，地下的水分就不會(huì)沿毛細(xì)管上升到地面而被蒸發(fā)掉。2．要想把凝固在衣料上的蠟跡去掉，可以把兩層棉紙分別放在蠟跡處衣服的上面和下面，然后用熱熨斗在棉紙上來回燙熨。為什么這樣做可以去掉衣料上的蠟跡？答案因?yàn)榉旁谝铝仙系奈叫詷O好的紙內(nèi)有許多細(xì)小的孔道起著毛細(xì)管的作用，當(dāng)蠟或油脂受熱熔化成液體后，由于毛細(xì)現(xiàn)象，它們就被紙吸掉了。例3(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，水和水銀在毛細(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()答案AD解析浸潤(rùn)液體在細(xì)管中上升以及不浸潤(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，故A、D正確，B、C錯(cuò)誤。例4(2022·臨沂市高二期中)2022年3月23日，“天宮課堂”第二課開講，“太空教師”翟志剛、王亞平、葉光富在中國(guó)空間站再次為廣大青少年帶來一堂精彩的太空科普課，其中有一個(gè)實(shí)驗(yàn)是王亞平在太空擰毛巾，擰出的水形成一層水膜，附著在手上，像手套一樣，晃動(dòng)也不會(huì)掉。關(guān)于形成這種現(xiàn)象的原因，下列說法正確的是()A．在空間站水滴不受重力B．水和手發(fā)生浸潤(rùn)現(xiàn)象，且重力影響很小C．水和手發(fā)生不浸潤(rùn)現(xiàn)象，且重力影響很小D．在空間站中水的表面張力變大，使得水“粘”在手上答案B解析在空間站水滴仍受重力作用，只是重力用來提供向心力，處于失重狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；由題意，擰出的水形成一層水膜，附著在手上，像手套一樣，說明水在手表面有擴(kuò)展趨勢(shì)，說明水和手發(fā)生浸潤(rùn)現(xiàn)象，且重力影響很小，故B正確，C錯(cuò)誤；液體水在手表面有擴(kuò)展趨勢(shì)，而不是收縮趨勢(shì)，故不是因?yàn)樗谋砻鎻埩ψ兇蟮木壒?，故D錯(cuò)誤。三、液晶1．概念：液晶是介于固態(tài)和液態(tài)之間的一種物質(zhì)狀態(tài)。2．微觀結(jié)構(gòu)：構(gòu)成液晶的分子為有機(jī)分子，大多為棒狀，由于這種長(zhǎng)棒狀的分子結(jié)構(gòu)，使得分子集合體在沒有外界干擾的情況下趨向分子相互平行排列。3．特點(diǎn)(1)液晶既具有液體的流動(dòng)性，又在一定程度上具有晶體分子的規(guī)則排列的性質(zhì)。(2)液晶具有光學(xué)上的各向異性，液晶分子的排列不穩(wěn)定，微小的外界變動(dòng)都會(huì)改變分子排列，從而改變液晶的某些性質(zhì)。4．應(yīng)用(1)液晶顯示器：用于電子手表、電子計(jì)算器、電腦等。(2)利用溫度改變時(shí)液晶顏色會(huì)發(fā)生改變的性質(zhì)來探測(cè)溫度。(3)液晶在電子工業(yè)、航空工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。(1)液晶的各種物理性質(zhì)均表現(xiàn)為各向異性。(×)(2)液晶具有液體的流動(dòng)性，液晶的分子排列與液態(tài)相同。(×)(3)液晶是液體和晶體的混合物。(×)例5(多選)液晶電視不斷降價(jià)，逐步走進(jìn)了千家萬戶。液晶電視的關(guān)鍵部件是液晶層，下列關(guān)于液晶層工作原理的說法正確的是()A．液晶分子的空間排列是穩(wěn)定的，具有各向異性B．液晶的光學(xué)性質(zhì)隨溫度的變化而變化C．液晶的光學(xué)性質(zhì)隨外加電壓的變化而變化D．利用液晶對(duì)光具有各向異性的特點(diǎn)答案CD解析液晶分子在特定方向排列比較整齊，具有各向異性，但分子的排列是不穩(wěn)定的，故A錯(cuò)誤；外界條件的微小變化都會(huì)引起液晶分子排列的變化，從而改變液晶的某些性質(zhì)。溫度、壓力、外加電壓等因素變化時(shí)，都會(huì)改變液晶的光學(xué)性質(zhì)。液晶電視依據(jù)的是液晶的光學(xué)性質(zhì)隨外加電壓的變化而變化，故C正確，B錯(cuò)誤；液晶顯示器就是利用液晶對(duì)光具有各向異性的特點(diǎn)，故D正確。課時(shí)對(duì)點(diǎn)練考點(diǎn)一液體的表面張力1．(2022·遂寧市高二期末)下列關(guān)于表面張力的說法正確的是()A．表面張力是液體內(nèi)部分子間作用力引起的B．表面張力能讓液面具有收縮趨勢(shì)，在太空失重環(huán)境下，液滴呈球形C．表面張力方向與液體表面垂直且向上D．表面張力是由于液體表面層分子間距離小于液體內(nèi)部分子間距離，且小于分子平衡距離，表面層液體分子作用力表現(xiàn)為斥力而產(chǎn)生答案B解析表面張力是由于液體表面層分子間距離大于液體內(nèi)部分子間距離，表面層液體分子作用力表現(xiàn)為引力而產(chǎn)生的，A、D錯(cuò)誤；表面張力能讓液面具有收縮趨勢(shì)，在太空失重環(huán)境下，液滴呈球形，B正確；表面張力方向沿液體表面切線方向，C錯(cuò)誤。2．(多選)下列現(xiàn)象中，由于液體的表面張力而引起的是()A．液體與固體、氣體不同，它在不同容器內(nèi)，盡管形狀不同，但體積相同B．兩滴水銀相互接觸，立即合并成一滴C．新的棉織品水洗后都要縮水D．小昆蟲能在水面上自由走動(dòng)答案BCD解析同一體積的液體在不同容器內(nèi)有不同的形狀，這是由液體分子的排列規(guī)律決定的，與表面張力無關(guān)，而兩滴水銀接觸后合并、新的棉織品水洗后縮水、小昆蟲在水面上走動(dòng)，都是由液體的表面張力引起的，故選B、C、D。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部分用熱針刺破，棉線的形狀是下列選項(xiàng)圖中的()答案D解析肥皂膜未被刺破時(shí)，作用在棉線兩側(cè)的表面張力互相平衡，棉線可以有任意形狀。當(dāng)把a(bǔ)部分肥皂膜刺破后，在b部分肥皂膜表面張力的作用下，棉線將繃緊。因液體表面有面積收縮到最小的趨勢(shì)，選項(xiàng)D正確?？键c(diǎn)二浸潤(rùn)、不浸潤(rùn)及毛細(xì)現(xiàn)象4．(多選)(2022·運(yùn)城市高二月考)下列說法中正確的有()A．因?yàn)樗y滴在玻璃板上成橢球狀，所以說水銀是一種不浸潤(rùn)液體B．液體對(duì)固體是否發(fā)生浸潤(rùn)現(xiàn)象，是由液體和固體兩者的性質(zhì)共同決定的C．在人造衛(wèi)星中，由于一切物體都處于完全失重狀態(tài)，所以一個(gè)固定著的容器中裝有浸潤(rùn)其器壁的液體時(shí)，必須用蓋子蓋緊，否則容器中的液體一定會(huì)沿器壁流散D．當(dāng)A液體和B固體接觸時(shí)，是發(fā)生浸潤(rùn)現(xiàn)象還是發(fā)生不浸潤(rùn)現(xiàn)象，關(guān)鍵決定于B固體分子對(duì)附著層A液體分子的吸引力是比液體內(nèi)的分子對(duì)附著層分子吸引力大些還是小些答案BCD解析浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)是由液體和固體共同決定的。液體浸潤(rùn)固體，附著層面積要擴(kuò)張，不浸潤(rùn)固體附著層面積要收縮；水銀不浸潤(rùn)玻璃，但可能浸潤(rùn)其他固體，故A錯(cuò)誤，B正確。在處于完全失重狀態(tài)的人造衛(wèi)星上，如果液體浸潤(rùn)其器壁，液體和器壁的附著層就會(huì)擴(kuò)張，沿著器壁流散，故必須用蓋子蓋緊，故C正確。D選項(xiàng)說明了發(fā)生浸潤(rùn)和不浸潤(rùn)現(xiàn)象的微觀原理，故D正確。5．(多選)(2022·臨沂市高二月考)把極細(xì)的玻璃管分別插入水中與水銀中，如圖所示，能正確表示毛細(xì)現(xiàn)象的是()答案AC6．(多選)下列情況屬于毛細(xì)現(xiàn)象的是()A．墨水瓶被打翻了，用粉筆可以把墨水吸干B．洗頭的時(shí)候，頭發(fā)聚在一起C．植物根部的養(yǎng)分，能升到植物的上部D．自來水筆灌墨水時(shí)，把皮管按幾下，墨水就被吸到皮管里去了答案AC解析墨水瓶被打翻了，用粉筆可以把墨水吸干，屬于毛細(xì)現(xiàn)象，選項(xiàng)A正確；洗頭的時(shí)候，頭發(fā)聚在一起，是表面張力的作用，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；植物根部的養(yǎng)分，能升到植物的上部，是毛細(xì)現(xiàn)象，選項(xiàng)C正確；自來水筆灌墨水時(shí)，把皮管按幾下，墨水就被吸到皮管里去了，這是大氣壓的作用，選項(xiàng)D錯(cuò)誤?？键c(diǎn)三液晶7．液晶在現(xiàn)代生活中扮演著重要的角色，下列對(duì)于液晶的認(rèn)識(shí)正確的是()A．液晶態(tài)就是固態(tài)和液態(tài)的混合B．液晶具有光學(xué)各向同性的性質(zhì)C．液晶分子的空間排列是穩(wěn)定的，具有各向異性D．液晶的光學(xué)性質(zhì)隨光照強(qiáng)度的變化而變化答案D解析液晶態(tài)是介于液態(tài)與固態(tài)之間的一種物質(zhì)狀態(tài)，不是固態(tài)和液態(tài)的混合，A錯(cuò)誤；液晶既具有液體的流動(dòng)性，又具有與某些晶體相似的性質(zhì)，如具有光學(xué)各向異性等，B錯(cuò)誤；外界條件的微小變化會(huì)引起液晶分子排列的變化，從而改變液晶的某些性質(zhì)，溫度、光照、外加電壓等因素變化時(shí)，都會(huì)改變液晶的光學(xué)性質(zhì)，故C錯(cuò)誤，D正確。8．(2022·江蘇省響水中學(xué)高二月考)下列屬于液晶分子示意圖的是()答案B解析液晶既像液體一樣可以流動(dòng)，又具有某些晶體結(jié)構(gòu)特征。液晶是介于液態(tài)與結(jié)晶態(tài)之間的一種物質(zhì)狀態(tài)。液晶可以流動(dòng)，固體不能流動(dòng)，液晶分子排列和固態(tài)分子排列不相同，但液晶不可以像液體一樣任意流動(dòng)，所以和液態(tài)分子排列不相同，從圖像觀察，A、C的圖像分子排列整齊，是固體分子排列示意圖，D的圖像分子排列雜亂無章，是液體分子示意圖，顯然液晶分子示意圖為B圖像。9．(多選)(2022·張家口市高二期末)隨著科技的發(fā)展，人類對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)不斷深入，使很多現(xiàn)象有了較為正確的解釋。下列說法正確的是()A．脫脂棉脫脂的目的在于使它從不被水浸潤(rùn)變?yōu)榭梢员凰?rùn)，以便吸取藥液B．給農(nóng)田松土的目的是破壞土壤里的毛細(xì)管，使地下的水分不會(huì)被快速引上來而蒸發(fā)掉C．D．液晶像液體一樣具有流動(dòng)性，而其光學(xué)性質(zhì)與某些晶體相似，具有各向同性答案ABC解析脫脂棉脫脂的目的在于使它從不被水浸潤(rùn)變?yōu)榭梢员凰?rùn)，以便吸取藥液，故A正確；給農(nóng)田松土的目的是破壞土壤里的毛細(xì)管，使地下的水分不會(huì)被快速引上來而蒸發(fā)掉，故B正確；布制的雨傘傘面能明顯看到線的縫隙，但雨傘不漏雨水是因?yàn)橐后w存在表面張力的作用，故C正確；液晶像液體一樣具有流動(dòng)性，而其光學(xué)性質(zhì)又與某些晶體相似，具有各向異性，故D錯(cuò)誤。10．(2022·廣州市培正中學(xué)高二月考)關(guān)于四幅圖中現(xiàn)象的分析，下列說法正確的是()A．甲圖中水黽停在水面而不沉，是浮力作用的結(jié)果B．乙圖中將棉線圈中肥皂膜Q刺破后，擴(kuò)成一個(gè)圓孔，是表面張力作用的結(jié)果C．丙圖中毛細(xì)管中液面高于管外液面的是毛細(xì)現(xiàn)象，低于管外液面的不是毛細(xì)現(xiàn)象D．丁圖中玻璃管的裂口在火焰上燒熔后，它的尖端會(huì)變鈍，是一種浸潤(rùn)現(xiàn)象答案B解析因?yàn)橐后w表面張力的存在，水黽才能停在水面上，故A錯(cuò)誤；將棉線圈中肥皂膜Q刺破后，擴(kuò)成一個(gè)圓孔，是表面張力作用的結(jié)果，故B正確；毛細(xì)管中，浸潤(rùn)液體呈凹液面且高于管外液面，不浸潤(rùn)液體呈凸液面且低于管外液面，都屬于毛細(xì)現(xiàn)象，故C錯(cuò)誤；玻璃管的裂口在火焰上燒熔后，它的尖端會(huì)變鈍，是表面張力的原因，不是浸潤(rùn)現(xiàn)象，故D錯(cuò)誤。11．(多選)(2022·中山市華僑中學(xué)期末)2022年3月23日，天宮號(hào)空間站上的三名宇航員王亞平、翟志剛、葉光富，又給全國(guó)的觀眾帶來了一堂精彩的天宮授課，其中宇航員們做了一個(gè)“液橋”實(shí)驗(yàn)。將水分別擠在兩塊透明板上，水球狀似倒扣著的碗，如圖甲所示。將兩板慢慢靠近，兩個(gè)水球“碗底”挨“碗底”，液橋形成，一座中間細(xì)、兩頭粗的“橋”將兩塊板相連，如圖乙所示；再將兩板拉遠(yuǎn)，液橋變得更細(xì)、更長(zhǎng)，仍然沒有斷開。下列說法正確的是()A．液橋形成的根本原因是空間站中的失重環(huán)境B．液橋形成的根本原因是水的表