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

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

‎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