人教版 (2019)选择性必修 第三册5 液体学案

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第三册5 液体学案，共17页。

学习目标：1.了解液体的微观结构．
2．通过观察和实验了解表面张力、浸润和不浸润现象及毛细现象．
3．能解释表面张力、浸润和不浸润现象及毛细现象．
4．知道液晶的一般用途.
学科素养：1.知道表面张力、浸润、不浸润、毛细现象及液晶的概念和实验证据，并能解释相关的自然现象．(物理观念)
2．理解液体的微观结构，能解释表面张力、浸润与不浸润产生的原因．掌握液晶对光学具有各向异性，并能解决相关问题．(科学思维)
3．掌握探究表面张力和毛细现象的实验，学会与他人交流合作，提高动手能力和观察探究能力．(科学探究)
4．通过对自然现象的分析，体验科学规律的应用价值，培养探索科学的兴趣．(科学态度与责任)
自主梳理
知识点一 液体的表面张力
1．表面层：液体表面跟气体接触的________．
2．液体内部和表面层内分子力的比较
在液体内部，分子间的平均距离略小于r0，分子间的作用力表现为________；在表面层，分子比较________，分子间距离略大于r0，分子间的作用力表现为________．
3．液体的表面张力
(1)定义：液体表面的这种使液体表面________的力叫作液体的表面张力．
(2)作用效果：使液体表面具有________．
(3)力的方向：总是跟液面________，且与分界面________．
答案：1.薄层
2．斥力 稀疏 引力
3．(1)绷紧 (2)收缩趋势 (3)相切 垂直
知识点二 浸润和不浸润
1．浸润和不浸润
(1)浸润：一种液体会________某种固体并附着在固体的表面上，这种现象叫作浸润．
(2)不浸润：一种液体不会________某种固体，也就不会附着在这种固体的表面上，这种现象叫作________．
提醒：浸润和不浸润是分子力作用的表现．
2．毛细现象
(1)定义：浸润液体在细管中________的现象，以及不浸润液体在细管中________的现象，称为毛细现象．
(2)毛细管内、外液面的高度差与毛细管的内径有关，毛细管的内径越小，高度差________．
答案：1.(1)润湿 (2)润湿 不浸润
2．(1)上升 下降 (2)越大
知识点三 液晶
1．液晶：像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似，具有________的物质叫液晶．这是介于液态和固态间的一种物质状态．
2．出现液晶态的条件：液晶是一种特殊物质，有些物质在特定的________范围之内具有液晶态；另一些物质，在适当的溶剂中溶解时，在一定________范围内具有液晶态．
3．液晶的微观结构：通常________分子的物质容易具有液晶态．
4．应用：除用做________外，在生物医学、电子工业等领域都有重要的应用．
答案：1.各向异性
2．温度 浓度
3．棒状
4．显示元件
重难点研习
研习1 液体的表面张力
导学探究
小昆虫可以浮在水面上不下沉，如图所示．小木块也可以浮在水面上不下沉．想一想它们浮在水面上的道理相同吗？
提示：不同．小昆虫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自身重力和水对小木块的浮力平衡的结果．
要点归纳
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，如图所示．
研习指导
[典例1] 关于液体的表面张力，下列说法正确的是( )
A．液体表面张力是液体各部分之间的相互吸引力
B．液体表面层分子的分布比内部稀疏，分子力表现为零
C．不论是水还是水银，表面张力都会使表面收缩
D．表面张力的方向与液面相垂直
解析：液体表面张力是液体表面各部分之间相互吸引的力，选项A错误；液体的表面层分子要比内部稀疏些，分子间的距离较内部分子间距离大，表面层分子间表现为引力，选项B错误；液体的表面张力总有使液面具有收缩的趋势，选项C正确；液体表面张力的方向总是与液面相切，跟液面分界线相垂直，选项D错误．
答案:C
教师指导
分析表面张力注意的问题
(1)表面张力是液体表面层中大量分子间引力的宏观表现．
(2)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．
(3)表面张力的方向与液面相切．
针对训练
1．(多选)下列说法正确的是( )
A．产生表面张力的原因是表面层内液体分子间的平均距离小于r0
B．产生表面张力的原因是表面层内液体分子间的平均距离大于r0
C．产生表面张力的原因是表面层内液体分子间只有引力没有斥力
D．表面张力使液体的表面有收缩的趋势
答案：BD
解析：液体与气体接触会在表面处形成一个特殊的薄层，称为表面层，在液体表面层内，分子的分布比液体内部稀疏，它们之间的距离r>r0，分子间作用力表现为引力，因此液体表面有收缩的趋势，故B、D正确．
研习2 浸润和不浸润、毛细现象
导学探究
如图所示，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？
提示：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．
要点归纳
1．浸润和不浸润现象成因分析
(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：当固体分子对液体分子的吸引力大于液体内部分子力时，附着层内液体分子比液体内部分子稠密，附着层中分子之间表现为斥力，具有扩张的趋势，这时表现为液体浸润固体．
(3)不浸润的成因：当固体分子对液体分子的吸引力小于液体内部分子力时，附着层内液体分子比液体内部分子稀疏，附着层中分子之间表现为引力，具有收缩的趋势，这时表现为液体不浸润固体．
2．毛细现象
(1)两种表现：浸润液体在细管中上升，不浸润液体在细管中下降．
(2)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．如图所示，甲是浸润情况，此时管内液面呈凹形，因为水的表面张力作用，液体会受到一向上的作用力，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一向下的力，因而管内液面比管外低．
研习指导
[典例2] 对于液体在器壁附近的液面发生弯曲的现象，如图所示，对此有下列几种解释，其中正确的是( )
①Ⅰ图中表面层分子的分布比液体内部疏 ②Ⅱ图中表面层分子的分布比液体内部密 ③Ⅰ图中附着层分子的分布比液体内部密 ④Ⅱ图中附着层分子的分布比液体内部疏
A．只有①对 B．只有①③④对
C．只有③④对 D．全对
解析：浸润的情况下，液体会沿着管壁上升，这是由于附着层内分子相互排斥，同时表面层内分子相互吸引的结果；不浸润的情况下，液体会沿着管壁下降，这是由于附着层内分子和表面层内分子均相互吸引的结果．由于液体内部分子力约为零，因此当附着层分子比内部疏时，分子力表现为引力，当附着层分子比内部密时，分子力表现为斥力．
答案：B
教师指导
浸润现象的分析要点
(1)一种液体是否浸润某种固体，与这两种物质的性质都有关系，例如：水银不浸润玻璃，但浸润铅；水浸润玻璃，但不浸润石蜡．
(2)浸润和不浸润可以用附着层的液体分子的分布来解释，浸润的本质是扩张，不浸润的本质是收缩．
针对训练
2．下列对浸润与不浸润现象的认识正确的是( )
A．水是浸润液体，水银是不浸润液体
B．浸润现象中，附着层里分子比液体内部稀疏
C．不浸润现象中，附着层里的分子受到固体分子的吸引较液体内部分子的吸引强
D．不浸润现象中，附着层里分子间表现出吸引力；浸润现象中，附着层里分子间表现出排斥力
答案：D
解析：一种液体是否浸润某种固体，与这两种物质的性质均有关，不能肯定哪种液体是浸润液体或不浸润液体，选项A错误；在浸润现象中，附着层内分子受到固体分子吸引力较液体内部分子吸引力大，分子分布比液体内部更密集，因而在附着层里液体分子表现出相互排斥的力，附着层有扩展的趋势，选项B、C错误，D正确．
3．(多选)把极细的玻璃管插入水中与水银中，如图所示，正确表示毛细现象的是( )
答案：AC
解析：因为水能浸润玻璃，无论管内外均为浸润，选项A正确，B错误；水银不浸润玻璃，选项C正确；选项D中外面浸润，里面不浸润，所以是不可能的，选项D错误．
研习3 液晶的特点及应用
导学探究
如图所示，液晶是现代生活的一个重要角色，从最初的电子手表到如今的笔记本电脑、液晶电视、可视电话……液晶一步步地深入了我们的生活，为什么“液体”和“晶体”联系在一起了？

提示：某些化合物像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，这样就把“液体”和“晶体”联系在一起了．
要点归纳
1．液晶的特点
(1)液晶具有液体的流动性．
(2)液晶具有晶体的光学各向异性．
(3)液晶的物理性质很容易在外界条件(如电场、压力、光照、温度)的影响下发生改变．
(4)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．
(5)并不是所有物质都有液晶态，通常棒状分子、碟状分子和平板状分子的物质容易具有液晶态．
2．液晶的应用
(1)利用液晶上加电压时，旋光特性消失，实现显示功能，如电子手表、计算器、微电脑等．
(2)利用温度改变时，液晶颜色会发生改变的性质来测温度．
研习指导
[典例3] (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
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，选项C、D正确．
答案：CD
教师指导
对液晶的两点说明
(1)液晶是既具有液体的流动性和连续性，又具有晶体各向异性的流体．
(2)向列型液晶在外加电压下会由透明变为不透明，但液晶本身不会发光．
针对训练
4．下列关于液晶的说法中正确的是( )
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，某些方向上杂乱，液晶本身不能发光，所以选项A、C、D错误，B正确．
巩固练习
1．清晨，草叶上的露珠是由空气中的水汽凝结成的水珠．这一物理过程中，水分子间的( )
A．引力消失，斥力增大
B．斥力消失，引力增大
C．引力、斥力都减小
D．引力、斥力都增大
答案：D
解析：当水汽凝结成水珠时，水分子之间的距离减小，分子间的引力和斥力同时增大，只是斥力比引力增大得更快一些，D正确．
2．(多选)关于浸润现象，下列说法正确的是( )
A．水是浸润液体，水银是不浸润液体
B．水是不浸润液体，水银是浸润液体
C．浸润现象中，附着层里的分子比液体内部密集
D．不浸润现象中，附着层里的分子比液体内部稀疏
答案：CD
解析：某种液体是浸润液体还是不浸润液体是相对的，水对玻璃来说是浸润液体，对蜂蜡来说是不浸润液体，水银对玻璃来说是不浸润液体，对铅来说是浸润液体，故A、B错误；浸润现象中，附着层里的分子比液体内部密集，不浸润现象中，附着层里的分子比液体内部稀疏，C、D正确．
3．(多选)下列现象中，由于液体表面张力而引起的是( )
A．同一体积的液体在不同形状的容器内，形状不同
B．两滴水银相互接触，立即合成一滴
C．新的棉织品水洗后都要缩水
D．小昆虫能在水面上自由走动
答案：BCD
解析：同一体积的液体在不同容器内有不同的形状，这是由液体分子的排列规律决定的，与表面张力无关，A错误；两滴水银的接触、新的棉织品水洗后、小昆虫在水面上走动，都将受到液体的表面张力的作用，B、C、D正确．
4．(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，是液体表面张力的作用，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．
5．在密闭的容器内，放置一定量的液体，如图(a)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( )
A．仍然如图(a)所示
B．只能如图(b)中A所示
C．可能如图(b)中C或D所示
D．可能如图(b)中A或B所示
答案：D
解析：容器与液体所受重力均提供容器与液体做匀速圆周运动的向心力，液体仅受表面张力的作用，使其自由表面收缩到最小状态，如果液体对容器是浸润的，那么将出现图B的情况，如果液体对于固体是不浸润的，那么就表现为图A的情况，故选D.
6．液晶电视不断降价，逐步走进了千家万户．液晶电视的关键部件是液晶层，下列关于液晶层的工作原理说法中正确的是( )
A．液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性
B．液晶的光学性质随温度的变化而变化
C．液晶的光学性质随外加电压的变化而不变
D．液晶的光学性质随外加电压的变化而变化
答案：D
解析：液晶分子在特定方向排列比较整齐，具有各向异性，但分子的排列是不稳定的，选项A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，液晶电视依据的是液晶的光学性质随外加电压的变化而变化工作的，D正确，B、C错误．
7．在水中浸入两个同样粗细的毛细管，一个是直的，另一个是弯的，如图所示，水在直管中上升的高度比弯管的最高点还要高，那么弯管中的水将( )
A．会不断地流出
B．不会流出
C．不一定会流出
D．无法判断会不会流出
答案：B
解析：因为水滴从弯管管口N处落下之前，弯管管口的水面在重力作用下要向下凸出，这时液体表面张力的合力竖直向上，从直管中水柱上升的高度可以看出，水的表面张力完全可以使弯管中的不能流出，选项B正确．