2018-2019版高中物理 第三章 固體和液體 3 液晶 4 液體的表面張力學(xué)案 教科版選修3-3
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1、 3 液 晶 4 液體的表面張力 [學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.了解液晶的特點(diǎn)及其應(yīng)用.2.了解液體的基本性質(zhì).3.理解液體的微觀結(jié)構(gòu).4.知道液體的表面張力,了解表面張力形成的原因. 一、液晶 1.液晶 (1)液晶態(tài):處于固態(tài)與液態(tài)之間的過渡狀態(tài). (2)液晶:處于液晶態(tài)的物質(zhì). 2.分子結(jié)構(gòu) 分子排列在液晶中的有序性介于固體和液體之間. 3.液晶顯示 (1)液晶分子的排列會因外界條件的變化而變化,由此引起液晶光學(xué)性質(zhì)的改變. (2)液晶顯示器的應(yīng)用非常廣泛. 二、液體的微觀結(jié)構(gòu) 1.分子距離:液體不易被壓縮,表明液體分子之間的距離很?。? 2.液體具有流動(dòng)性:液體不像固
2、體那樣具有一定的形狀,而且液體能夠流動(dòng). 3.分子力:液體分子間的作用力比固體分子間的作用力要?。? 三、奇異的表面張力現(xiàn)象及其成因 1.概念:液體的表面好像張緊的橡皮膜,它具有收縮的趨勢.液體表面存在的這種收縮力叫做表面張力. 2.特點(diǎn):使液體的表面積趨向最?。? 3.成因:在液體的表面層分子間距較大,分子間表現(xiàn)為引力. [即學(xué)即用] 1.判斷下列說法的正誤. (1)液晶即為液體.(×) (2)液體之所以不易被壓縮是因?yàn)橐后w分子間無空隙.(×) (3)表面張力的作用是使液面具有收縮的趨勢.(√) (4)表面張力是分子力的宏觀表現(xiàn).(√) (5)昆蟲可以在水面上自由走動(dòng)是表
3、面張力在起作用.(√) 2.雨傘布料經(jīng)緯線間空隙很小,小水珠落在傘面上由于________的作用,不能透過空隙. 答案 表面張力 一、液晶 [導(dǎo)學(xué)探究] 液晶是指液態(tài)晶體,這種說法對嗎? 答案 這種說法不對,液晶不是晶體,只是與某些晶體相似,具有各向異性. [知識深化] 1.液晶的主要性質(zhì) (1)液晶具有晶體的各向異性. (2)液晶具有液體的流動(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章的. (4)液晶的物理性質(zhì):液晶的物理性質(zhì)很容易在外界的影響(如電場、壓力、光照、溫度等)下
4、發(fā)生改變. 2.液晶的主要應(yīng)用 (1)向列型液晶在外加電壓影響下,液晶的分子排列會發(fā)生改變,使液晶由透明變?yōu)椴煌该鳎サ綦妷河只謴?fù)透明.利用向列型液晶的這種性質(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)可以探測溫度. 特別提醒 (1)液晶既具有液體的特點(diǎn),也具有晶體的特點(diǎn),但它既不是液體,也不是晶體,它是獨(dú)立于液體和晶體之外的一種特殊流體. (2)天然液晶不多,大多是人工合成的,現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)幾千種有機(jī)化
5、合物具有液晶態(tài). 例1 (多選)關(guān)于液晶的分子排列,下列說法正確的是( ) A.液晶分子在特定方向排列整齊 B.液晶分子的排列不穩(wěn)定,外界條件的微小變動(dòng)會引起液晶分子排列的變化 C.液晶分子的排列整齊且穩(wěn)定 D.液晶的物理性質(zhì)穩(wěn)定 答案 AB 解析 液晶分子在特定方向上排列比較整齊,故選項(xiàng)A正確;液晶分子排列不穩(wěn)定,外界條件的微小變動(dòng)會引起液晶分子排列的變化,故選項(xiàng)B正確,C錯(cuò)誤;液晶分子排列的不穩(wěn)定導(dǎo)致其物理性質(zhì)不穩(wěn)定,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 二、液體的微觀結(jié)構(gòu) [導(dǎo)學(xué)探究] 為什么液體具有一定的體積、不易壓縮,卻沒有一定的形狀? 答案 液體微粒像固體的一樣也是緊密靠近的,所以
6、液體具有一定的體積,不易壓縮.但液體微粒之間的相互作用不像固體中的那么強(qiáng),微粒會從一個(gè)平衡位置轉(zhuǎn)移到另一個(gè)平衡位置,所以液體具有流動(dòng)性,沒有一定的形狀. [知識深化] 1.液體分子之間的相互作用不像固體中的微粒那樣強(qiáng),液體分子只在很小的區(qū)域內(nèi)做有規(guī)則的排列,這種區(qū)域是暫時(shí)形成的,邊界和大小隨時(shí)改變,有時(shí)瓦解,有時(shí)又重新形成.液體由大量的這種暫時(shí)形成的小區(qū)域構(gòu)成,這種小區(qū)域雜亂無章地分布著,因而液體表現(xiàn)出各向同性. 2.液體具有一定的體積:液體分子的排列更接近于固體,液體中的分子密集在一起,相互作用力大,主要表現(xiàn)為在平衡位置附近做微小的振動(dòng),所以液體具有一定的體積,不容易被壓縮. 3.液
7、體分子間的距離小,相互作用力很大,液體分子的熱運(yùn)動(dòng)與固體類似,主要表現(xiàn)為在平衡位置附近做微小的振動(dòng).但液體分子沒有長期固定的平衡位置,在一個(gè)平衡位置附近振動(dòng)一小段時(shí)間以后,又轉(zhuǎn)移到另一個(gè)平衡位置附近去振動(dòng),即液體分子可以在液體中移動(dòng),沒有一定的形狀,這就是液體具有流動(dòng)性的原因. 特別提醒 液體中的擴(kuò)散現(xiàn)象是由液體分子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的.分子在液體里的移動(dòng)比在固體中容易得多,所以液體的擴(kuò)散要比固體的擴(kuò)散快. 例2 關(guān)于液體,下列說法正確的是( ) A.液體的性質(zhì)介于氣體和固體之間,更接近氣體 B.液體表現(xiàn)出各向異性 C.液體分子的熱運(yùn)動(dòng)與固體類似,主要表現(xiàn)為在固定的平衡位置附近做微小振動(dòng)
8、D.液體的擴(kuò)散比固體的擴(kuò)散快 答案 D 解析 液體分子間距離與固體分子間距離接近,都不易被壓縮,故A錯(cuò);液體由大量暫時(shí)形成的小區(qū)域構(gòu)成,這種小區(qū)域雜亂無章的分布著,因而液體表現(xiàn)出各向同性,故B錯(cuò);液體分子與固體分子都在平衡位置附近做微小振動(dòng),所不同的是液體分子沒有固定的平衡位置,故C錯(cuò);液體的擴(kuò)散要比固體的擴(kuò)散快,故D對. 三、奇異的表面張力現(xiàn)象及其成因 [導(dǎo)學(xué)探究] 如圖1所示是液體表面附近分子分布的大致情況.請結(jié)合圖片思考:液體表面層內(nèi)的分子距離和分子力各有什么特點(diǎn)? 圖1 答案 表面層內(nèi)分子間距離大于r0,分子間作用力表現(xiàn)為引力. [知識深化] 1.液體表面張力的形成
9、 (1)分子分布特點(diǎn):由于蒸發(fā)現(xiàn)象,表面層分子的分布比液體內(nèi)部稀疏,即表面層分子間的距離比液體內(nèi)部分子間的距離大. (2)分子力特點(diǎn):液體內(nèi)部分子間引力、斥力基本上相等,而液體表面層分子之間距離較大,分子力表現(xiàn)為引力. (3)表面特性:表面層分子之間的引力使液面產(chǎn)生了表面張力,使液體表面好像一層繃緊的膜.所以說表面張力是表面層內(nèi)分子力作用的結(jié)果. (4)表面張力的方向:表面張力的方向和液面相切,垂直于液面上的各條分界線,如圖2所示. 圖2 2.表面張力的作用:表面張力使液體表面具有收縮趨勢,使液體表面積趨于最?。隗w積相同的條件下,球形的表面積最?。绱党龅姆试砼莩是蛐危卧?/p>
10、潔凈玻璃板上的水銀滴呈球形.但由于受重力的影響,往往呈扁球形,在失重條件下才呈球形. 3.表面張力的大?。撼烁纸缇€長度有關(guān)外,還跟液體的性質(zhì)和溫度有關(guān).一般情況下,溫度越高,表面張力就越?。硗?,雜質(zhì)也會明顯地改變液體的表面張力大?。热鐫崈舻乃泻艽蟮谋砻鎻埩?,而沾有肥皂液的水的表面張力就比較?。簿褪钦f,潔凈水的表面具有更大的收縮趨勢. 特別提醒 (1)表面張力不是指個(gè)別分子間的相互引力,而是表面層中大量分子間的引力的宏觀表現(xiàn).凡液體與氣體接觸的表面都存在表面張力. (2)液體不同層面的分子疏密程度不同. (3)在液體內(nèi)部,引力和斥力大小相近.在液體表面層,整體上表現(xiàn)為引力是液
11、體表面張力產(chǎn)生的原因. 例3 關(guān)于液體的表面張力,下列說法正確的是( ) A.表面張力是液體內(nèi)部各部分之間的相互作用力 B.液體表面層分子的分布比內(nèi)部稀疏,分子力表現(xiàn)為引力 C.液體的表面張力隨溫度的升高而增大 D.表面張力的方向與液面垂直 答案 B 解析 液體表面層分子較液體內(nèi)部稀疏,故分子力表現(xiàn)為引力,表面張力的方向沿液面的切線方向,與分界線垂直.表面張力是液體表面層分子間的作用力,隨溫度的升高,液體表面層分子間的距離增大,引力作用隨之減小,所以表面張力減小,故B正確,A、C、D錯(cuò)誤. 例4 如圖3所示,金屬框架的A、B間系一個(gè)棉線圈,先使框架布滿肥皂膜,然后將P和Q兩部
12、分的肥皂膜刺破,線的形狀將變成下列選項(xiàng)圖中的( ) 圖3 答案 C 解析 由于液體表面張力的作用,液體表面有收縮到最小的趨勢,故C正確. 1.(液晶)(多選)關(guān)于液晶,下列說法中正確的有( ) A.液晶是一種晶體 B.液晶分子的空間排列是穩(wěn)定的,具有各向異性 C.液晶的光學(xué)性質(zhì)隨溫度的變化而變化 D.液晶的光學(xué)性質(zhì)隨外加電壓的變化而變化 答案 CD 解析 液晶的微觀結(jié)構(gòu)介于晶體和液體之間,雖然液晶分子在特定方向排列比較整齊,具有各向異性,但分子的空間排列是不穩(wěn)定的,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;外界條件的微小變化都會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、
13、外加電壓等因素變化時(shí),都會改變液晶的光學(xué)性質(zhì). 2.(液體的微觀結(jié)構(gòu))(多選)關(guān)于液體和固體,以下說法正確的是( ) A.液體分子間的相互作用比固體分子間的相互作用強(qiáng) B.液體分子同固體分子一樣,也是密集在一起 C.液體分子的熱運(yùn)動(dòng)沒有長期固定的平衡位置 D.液體的擴(kuò)散比固體的擴(kuò)散快 答案 BCD 解析 液體具有一定的體積,是液體分子密集在一起的緣故,但液體分子間的相互作用不像固體分子的那樣強(qiáng),所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;液體具有流動(dòng)性是因?yàn)橐后w分子熱運(yùn)動(dòng)的平衡位置不固定,正是因?yàn)槲⒘T谝后w里的移動(dòng)比在固體中容易,所以其擴(kuò)散速度比固體的擴(kuò)散速度快,選項(xiàng)C、D均正確. 3.(液體的
14、表面張力)如圖4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,棉線的形狀是下圖中的哪一個(gè)( ) 圖4 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,棉線將被繃緊.又液體表面有收縮到面積最小的趨勢,正確選項(xiàng)為D. 一、選擇題 考點(diǎn)一 液晶 1.(多選)下列說法正確的是( ) A.液晶與晶體的結(jié)構(gòu)相同 B.液晶與液體的結(jié)構(gòu)相同 C.液晶與晶體、液體的結(jié)構(gòu)均不同 D.液晶在某些性質(zhì)上與晶體相同,在某些性質(zhì)上與液體相同 答
15、案 CD 解析 液晶的結(jié)構(gòu)既不同于晶體結(jié)構(gòu),也不同于液體結(jié)構(gòu),故A、B錯(cuò)誤,C正確;液晶在力學(xué)性質(zhì)上與液體相同,具有流動(dòng)性、連續(xù)性,在光學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)上又具有各向異性,因而又具有晶體的某些性質(zhì),所以D正確. 2.關(guān)于液晶的下列說法中正確的是( ) 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 答案 B 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,在某些方向上分子排列雜亂,液晶本身不能發(fā)光,所以選項(xiàng)A、C、D錯(cuò),選項(xiàng)B正確. 3.(多選)關(guān)于晶體、
16、液晶、液體,下列說法正確的是( ) A.晶體和液晶的性質(zhì)是完全相同的 B.液晶就是液體,具有液體的所有性質(zhì) C.液晶是介于晶體與液體之間的一種中間態(tài) D.液晶具有液體的流動(dòng)性,在光學(xué)性質(zhì)上具有晶體的各向異性 答案 CD 考點(diǎn)二 液體的表面張力 4.關(guān)于液體表面的特征,下列說法正確的是( ) A.液體表面層的分子分布比內(nèi)部密 B.液體有使其體積收縮到最小的趨勢 C.液體表面層分子之間只有引力而無斥力 D.液體有使其表面積收縮到最小的趨勢 答案 D 解析 液體表面層的分子分布比內(nèi)部稀疏,故A錯(cuò);液體由于表面張力作用,有使其表面積收縮到最小的趨勢,故B錯(cuò),D對;液體表面
17、層分子之間既有引力也有斥力,只是由于分子間距離較大,表現(xiàn)為引力,故C錯(cuò). 5.液體表面張力產(chǎn)生的原因是( ) A.液體表面層內(nèi)分子比液體內(nèi)部緊密,分子間斥力大于引力 B.液體表面層內(nèi)分子比液體內(nèi)部緊密,分子間引力大于斥力 C.液體表面層內(nèi)分子比液體內(nèi)部稀疏,分子間引力大于斥力 D.液體表面層內(nèi)分子比液體內(nèi)部稀疏,分子間斥力大于引力 答案 C 解析 液體表面層內(nèi)分子比液體內(nèi)部稀疏,液體表面層內(nèi)分子間的相互作用表現(xiàn)為引力,即分子間的引力比斥力大,故正確答案為C. 6.下列說法正確的是( ) A.表面張力就是分子力 B.小昆蟲在水面上能自由行走是因?yàn)槠渲亓Υ笮】珊雎圆挥?jì) C
18、.表面張力的方向與液面上的分界線平行 D.液體表面好像張緊的橡皮膜具有收縮趨勢 答案 D 7.(多選)下列說法正確的是( ) A.小昆蟲能在水面上自由來往而不陷入水中,是液體的表面張力在起作用 B.小木塊能夠浮于水面上,是液體的表面張力與其重力平衡的結(jié)果 C.縫衣針浮在水面上不下沉,是重力和水的浮力平衡的結(jié)果 D.噴泉噴射到空中的水形成一個(gè)個(gè)球形的小水珠,是表面張力作用的結(jié)果 答案 AD 解析 仔細(xì)觀察可以發(fā)現(xiàn),小昆蟲在水面上站定或行進(jìn)過程中,其腳部位置比周圍水面稍下陷,但仍在水面上而未陷入水中,就像踩在柔韌性非常好的膜上一樣,因此,這是液體的表面張力在起作用,浮在水面上的
19、縫衣針與小昆蟲情況一樣,故A選項(xiàng)正確,C選項(xiàng)錯(cuò)誤;小木塊浮于水面上時(shí),木塊的下部分實(shí)際上已經(jīng)陷入水中(排開一部分水),受到水的浮力作用,是浮力與重力平衡的結(jié)果,并不是表面張力在起作用,因此B選項(xiàng)錯(cuò)誤;噴泉噴到空中的水散落時(shí),每一小部分的表面都有表面張力在起作用,且又近似處于完全失重狀態(tài),因而形成球狀水珠(體積一定的情況下,球形表面積最小,表面張力的作用使液體表面有收縮到最小面積的趨勢),故D選項(xiàng)正確. 二、非選擇題 8.(液體的表面張力)試解釋為什么手套被雨水浸濕后很難從手上脫下. 答案 見解析 解析 因?yàn)闈袷痔椎睦w維間的空隙中有水,水跟空氣接觸的表面層具有收縮趨勢,這種收縮趨勢使手套纖維間距離縮小,于是手套的表面積減小,使手套緊箍在手上很難脫下. 8
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