物理选择性必修 第三册5 液体导学案

5　液体

[学习目标]　1.了解液体的表面张力现象，能解释液体表面张力产生的原因.2.了解浸润和不浸润现象及毛细现象产生的原因.3.了解液晶的特点及其应用．

一、液体的表面张力

1．表面层：液体表面跟气体接触的薄层．

2．表面张力：(1)定义：在表面层，分子比较稀疏，分子间的作用力表现为引力，这种力使液体表面绷紧，叫作液体的表面张力．

(2)方向：总是跟液体相切，且与分界面垂直．

二、浸润和不浸润

1．浸润和不浸润

(1)浸润：一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上的现象．

(2)不浸润：一种液体不会润湿某种固体，不会附着在这种固体的表面上的现象．

(3)当液体和与之接触的固体的相互作用比液体分子之间的相互作用强时，液体能够浸润固体．反之，液体则不浸润固体．

2．毛细现象：浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象．

三、液晶

1．液晶：是介于固态和液态之间的一种物质状态．

2．特点：(1)液晶态既具有液体的流动性，又在一定程度上具有晶体分子的规则排列的性质．

(2)具有光学各向异性．

1．判断下列说法的正误．

(1)表面张力的作用是使液面具有收缩的趋势，是分子力的宏观表现．(　√　)

(2)昆虫可以在水面上自由走动是表面张力在起作用．(　√　)

(3)水对所有固体都浸润．(　×　)

(4)毛细管插入水中，管的内径越大，管内水面升高的越高．(　×　)

(5)液晶是液体和晶体的混合物．(　×　)

2．要增强雨伞的防水作用，伞面可选择对水是________(选填“浸润”或“不浸润”)的布料；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　不浸润　表面张力

一、液体的表面张力

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．

图1

请结合图片思考：

(1)液体表面层内的分子间距离和分子力各有什么特点？

(2)小昆虫、缝衣针在水面上不下沉与小木块浮在水面上的道理相同吗？

答案　(1)液体表面层内分子间距离大于r0，分子间作用力表现为引力．

(2)不同．小昆虫、缝衣针能在水面上不下沉是液体表面张力在起作用．小木块浮在水面上是重力和水的浮力平衡的结果．

知识深化

1．液体表面张力的成因分析

液体表面层分子比较稀疏，分子间的作用力表现为引力，该引力使液面产生了表面张力，使液体表面形成一层绷紧的膜．

2．表面张力及其作用

(1)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．例如，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，在完全失重条件下才呈球形)．

(2)表面张力的大小除了跟边界线长度有关外，还跟液体的种类、温度有关．

(3)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

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

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　液体表面层分子比液体内部稀疏，分子间距离r略大于r0，故分子力表现为引力，表面张力的方向沿液面的切线方向，与分界面垂直．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．

(多选)下列现象中，能说明液体存在表面张力的有(　　)

A．水黾(一种昆虫)可以停在水面上

B．叶面上的露珠呈球形

C．滴入水中的红墨水很快散开

D．悬浮在水中的花粉做无规则运动

答案　AB

解析　由于表面张力的存在，使得液体表面如同一张绷紧的橡皮膜，富有弹性且具有使液体收缩到最小的趋势，水黾可以停在水面上，叶面上的露珠呈球形都是由于表面张力存在造成的，故选项A、B正确；滴入水中的红墨水很快散开是扩散现象，悬浮在水中的花粉做无规则运动是由于水分子在做无规则运动造成的，选项C、D错误．

二、浸润和不浸润

导学探究

(1)把一块玻璃分别浸入水和水银里再取出来，可观察到从水银中取出的玻璃上没有附着水银，从水中取出的玻璃上会沾上一层水．为什么会出现上述不同的现象呢？

(2)如图3所示，在灌溉完土地后农民伯伯往往利用翻松地表土壤的方法来保存土壤里的水分，你知道这是为什么吗？

图3

答案　(1)水银不浸润玻璃，而水浸润玻璃．

(2)把地表土壤锄松，破坏了土壤表层的毛细管，地下的水分就不会沿毛细管上升到地面而被蒸发掉．

知识深化

1．浸润和不浸润的形成原因

(1)附着层内分子受力情况

液体和固体接触时，附着层的液体分子除受液体内部的分子吸引外，还受到固体分子的吸引．

(2)浸润的成因

当固体分子吸引力大于液体内部分子力时，这时表现为液体浸润固体．

(3)不浸润的成因

当固体分子吸引力小于液体内部分子力时，这时表现为液体不浸润固体．

特别提醒　浸润和不浸润是发生在两种材料(液体与固体)之间的，与这两种物质的性质都有关系，不能单说哪一种材料浸润或不浸润．例如：水能浸润玻璃，但不能浸润石蜡；水银不能浸润玻璃，但能浸润铅．

2．毛细现象的产生原因

毛细现象的产生与表面张力及浸润现象都有关系．

如图4所示，甲是浸润情况，此时管内液面呈凹形，因为液体的表面张力的作用，液体会受到向上的作用力，因而管内液面要比管外高；乙是不浸润情况，管内液面呈凸形，表面张力的作用使液体受到向下的力，因而管内液面比管外低．

图4

(多选)(2019·石家庄市高二下期末)关于图5，下列说法正确的是(　　)

图5

A．图甲为浸润现象，图乙为不浸润现象

B．图甲为不浸润现象，图乙为浸润现象

C．图甲中附着层的液体分子比液体内部的分子间距小

D．图乙中附着层的液体分子比液体内部的分子间距小

答案　AC

解析　由题图可知，图甲为浸润现象，图乙为不浸润现象，A正确，B错误；根据浸润与不浸润的特点可知，浸润时，附着层的液体分子比液体内部的分子间距小，不浸润时，附着层的液体分子比液体内部的分子间距大，C正确，D错误．

(多选)在做毛细现象实验时，我们可以看到的现象是(　　)

A．毛细管插入水中，管内径越小，管内水面升高的越高；管内径越粗，管内水面升高的越低

B．毛细管插入水银中，管内径越小，管内水银面升高的越高；管内径越粗，管内水银面升高的越低

C．毛细管插入浸润的液体中时管内液面上升，插入跟它不浸润的液体中时，管内液面降低

D．毛细管插入跟它不浸润的液体中时管内液面上升，插入浸润的液体中时管内液面下降

答案　AC

解析　毛细管插入水中，管内径越小，管内水面升高的越高；管内径越粗，管内水面升高的越低，故选项A正确；将毛细管插入水银中，管内液面会下降，故选项B错误；毛细管插入浸润的液体中时管内液面上升，插入跟它不浸润的液体中时，管内液面会降低，故选项C正确，D错误．

三、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，只是在物理性质上与某些晶体相似，具有各向异性．

知识深化

1．液晶的特点

(1)液晶是介于固态和液态之间的一种物质状态，既具有液体的流动性，又在一定程度上具有晶体分子的规则排列．

(2)液晶具有光学上的各向异性，液晶分子的排列不稳定，微小的外界变动都会改变分子排列，从而改变液晶的某些性质．

2．液晶的应用

(1)研究离子的渗透性．

(2)液晶显示．

(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，具有晶体的各向异性

答案　CD

解析　晶体属于典型的固体，其分子排列呈一定的点阵结构，有规律，而液晶分子的结构是介于液态的杂乱与晶体的规律排列之间的，其像液体一样具有流动性，而在光学等物理性质上又与晶体相似，具有各向异性．

1．(液体的表面张力)(多选)(2020·佛山市顺德区容山中学高二期中)关于液体表面张力，下列说法正确的有(　　)

图6

A．图6甲中露珠呈球形，这是地球引力作用的结果

B．乙图中的液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，产生表面张力

C．丙图中水黾可以停在水面上，是由于水的浮力作用

D．丁图中液体表面张力方向与液面平行

答案　BD

解析　题图甲中露珠呈球形，这是液体表面张力的结果，故A错误；题图乙中液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，分子力表现为引力，从而产生表面张力，故B正确；题图丙中水黾可以停在水面上，是由于水的表面张力作用，故C错误；题图丁中液体表面张力方向与液面平行，故D正确．

2．(液体的表面张力)如图7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，棉线的形状是下列选项图中的(　　)

图7

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．因液体表面有面积收缩到最小的趋势，选项D正确．

3．(浸润、不浸润及毛细现象)(2019·西安中学高二下期末)水对玻璃是浸润液体，而水银对玻璃是不浸润液体，它们在毛细管中将发生上升或下降现象，现把粗细不同的三根毛细管插入水或水银中，液柱如图所示，其中正确的现象应是(　　)

答案　D

解析　水银对玻璃是不浸润液体，不浸润液体在毛细管内附着层液体的分子密度较小，液体分子间距较大(大于r0)，此时附着层内的分子相互作用表现为引力，液面呈现收缩的趋势，即液面下降，故不浸润液体在毛细管内下降，而且毛细管越细，不浸润液体在毛细管内下降的高度越大，故A、C错误；水对玻璃是浸润液体，浸润液体在毛细管内上升，而且毛细管越细，浸润液体在毛细管内上升的高度越大，故B错误，D正确．

4．(液晶)(多选)以下关于液晶的说法正确的是(　　)

A．液晶态的存在只与温度有关

B．因为液晶在一定条件下发光，所以可以用来制作显示器

C．人体的某些组织中存在液晶

D．人们可以利用某些物质在水溶液中形成的薄片状液晶来研究离子的渗透性，进而了解机体对药物的吸收等生理过程

答案　CD

解析　液晶态可以在一定的温度范围或一定的浓度范围内存在，A错误；因为液晶的多种光学效应，所以被用来制作显示器，但液晶本身不能发光，B错误；人体的某些组织中存在液晶，C正确；在现代科技中，科学家利用某些物质在水溶液中形成的薄片状液晶来研究离子的渗透性，D正确．

考点一　液体的表面张力

1．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．

2．下列现象中，不是由于液体的表面张力造成的是(　　)

A．船浮于水面上

B．硬币或钢针浮于水面上

C．绸布伞有缝隙但不漏雨水

D．锋利的玻璃片，用酒精灯烧一段时间后变钝了

答案　A

解析　船浮于水面上是浮力造成的，故选A.

3．(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靠的是液体的表面张力作用

B．小木块能够浮于水面上是液体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　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，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正确，C错误；小木块浮于水面上时，木块的下部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，而非表面张力在起作用，故B错误；喷泉喷到空中的水分散时，每一小部分的表面都有表面张力在起作用且水近似处于完全失重状态，因而形成球状水珠(体积一定情况下以球形表面积为最小，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正确．

4．如图1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1

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．

考点二　浸润、不浸润及毛细现象

5．(多选)下列说法正确的有(　　)

A．因为水银滴在玻璃板上呈椭球状，所以说水银是一种不浸润液体

B．液体对固体是否发生浸润现象，是由液体和固体两者的性质共同决定的

C．在运行的人造卫星中，由于一切物体都处于完全失重状态，所以当一个固定的容器中装有浸润其器壁的液体时，必须用盖子盖紧，否则容器中的液体一定会沿器壁流散

D．当液体A和固体B接触时，是否发生浸润现象，取决于固体B的分子对附着层液体分子的作用力与液体内部的分子对附着层分子作用力之间的大小关系

答案　BCD

解析　液体浸润固体，附着层有扩展的趋势；液体不浸润固体，附着层有收缩的趋势，固体分子和液体内部分子都对附着层分子有作用力，是否发生浸润取决于两者之间的关系，水银不浸润玻璃，但有可能浸润其他固体，浸润与不浸润是由液体和固体两者的性质共同决定的，所以选项A错误，B、D正确．在处于完全失重状态的人造卫星上，如果液体浸润容器器壁，液体会沿着器壁流散，故必须盖紧盖子，选项C正确．

6．(多选)将不同材料制成的甲、乙两细管插入相同的液体中，甲管内液面比管外液面低，乙管内液面比管外液面高，则(　　)

A．液体对甲材料是浸润的

B．液体对乙材料是浸润的

C．甲管中发生的不是毛细现象，而乙管中发生的是毛细现象

D．若甲、乙两管的内径变小，则甲管内液面更低，乙管内液面更高

答案　BD

解析　液体对固体浸润的情况下，在细管中液面将上升，所以A错，B对；毛细现象是指浸润液体在细管中上升，以及不浸润液体在细管中下降的现象，C错；在液体和毛细管材料一定的情况下，管越细毛细现象越明显，D对．

7．(多选)下列情况属于毛细现象的是(　　)

A．墨水打翻了，用粉笔可以把墨水吸干

B．洗头的时候，头发聚在一起

C．植物根部的养分，能升到植物的上部

D．自来水笔灌墨水时，把皮管按几下，墨水就被吸到皮管里去了

答案　AC

解析　墨水打翻了，用粉笔可以把墨水吸干，属于毛细现象，选项A正确；洗头的时候，头发聚在一起，是表面张力的作用，选项B错误；植物根部的养分，能升到植物的上部，是毛细现象，选项C正确；自来水笔灌墨水时，把皮管按几下，墨水就被吸到皮管里去了，这是大气压的作用，选项D错误．

考点三　液晶

8．关于液晶，下列说法正确的是(　　)

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，但不稳定

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　液晶是一种介于液体和固体之间的特殊物质，液晶分子在特定方向排列比较整齐，但不稳定，液晶的光学性质随外加电压的变化而变化，但液晶本身不发光，并不是所有物质都能成为液晶，故选B.

9．下列关于液晶的说法中正确的是(　　)

A．液晶的分子排列与固态相同

B．液晶的分子排列与液态相同

C．液晶的物理性质在外界的影响下很容易发生改变

D．液晶具有光学各向同性

答案　C

解析　液晶是介于固态和液态之间的中间态，其分子排列介于二者之间，并且排列是不稳定的，容易在外界影响下发生改变，液晶具有光学各向异性，故A、B、D错误，C正确．

10．(多选)下列说法正确的是(　　)

A．浸润和不浸润现象是分子间相互作用的表现

B．一定质量的0 ℃的水的内能等于相同质量的0 ℃的冰的内能

C．干旱天气里锄松土壤，破坏土壤中的毛细管，有利于保存地下水分

D．一些昆虫可以停在水面上，是由于水面存在表面张力的缘故

答案　ACD

解析　浸润和不浸润现象是分子间相互作用的表现，与分子力有关，A正确；一定质量的0 ℃的冰变成水需要吸收热量，故一定质量的0 ℃的水的内能大于相同质量的0 ℃的冰的内能，B错误；干旱天气里锄松土壤是为了破坏土壤中的毛细管，来阻碍水分的蒸发，有利于保存地下水分，C正确；一些昆虫可以停在水面上，是水面存在表面张力的缘故，D正确．

11．(多选)(2020·吴江汾湖高级中学高二月考)关于液体的特点，下列描述正确的是(　　)

A．每一个液体分子都没有固定的位置，液体分子的平衡位置时刻变动

B．液体表面层的分子分布要比液体内部分子分布紧密些

C．从燃烧的蜡烛上滴下来的蜡，冷却后呈球形是由于表面张力造成的

D．在夏季，人穿棉线衣服感觉舒适是因为汗水对棉线浸润

答案　ACD

解析　液体分子永不停息地做无规则的热运动，没有固定的平衡位置，故A正确；由于液体表面张力的存在，所以液体表面层的分子分布要比液体内部分子分布稀疏，故B错误；从燃烧的蜡烛上滴下来的蜡，冷却后呈球形是由于表面张力造成的，故C正确；因为汗水对棉线是浸润的，所以在夏季，人穿棉线衣服感觉舒适，故D正确．

12．(2020·临沂市第一中学高二月考)在密闭的容器内，放置一定量的液体，如图2a所示，若将此容器置于在轨道上正常运行的人造地球卫星上，则容器内液体的分布情况应是(　　)

图2

A．仍然如图a所示  B．只能如图b所示

C．可能如图d或e所示  D．可能如图b或c所示

答案　D

13．(2020·广州市培正中学高二月考)关于图3四幅图中现象的分析，下列说法正确的是(　　)

图3

A．甲图中水黾停在水面而不沉，是浮力作用的结果

B．乙图中将棉线圈中肥皂膜Q刺破后，扩成一个圆孔，是表面张力作用的结果

C．丙图中毛细管中液面高于管外液面的是毛细现象，低于管外液面的不是毛细现象

D．丁图中玻璃管的裂口在火焰上烧熔后，它的尖端会变钝，是一种浸润现象

答案　B

解析　因为液体表面张力的存在，有些小昆虫才能无拘无束地在水面上行走自如，故A错误；将棉线圈中肥皂膜Q刺破后，扩成一个圆孔，是表面张力作用的结果，故B正确；毛细管中，浸润液体呈凹液面且高于管外液面，不浸润液体呈凸液面且低于管外液面，都属于毛细现象，故C错误；玻璃管的裂口在火焰上烧熔后，它的尖端会变钝，是表面张力的原因，不是浸润现象，故D错误．