高中物理 2.4《液体的性质液晶》粤教版选修3-3

用心 爱心 专心 1 液体的性质液体的性质 液晶液晶 例例 1 1 把一根缝衣针小心地放在水面上 可以把水面压弯而不沉没 为什么 分析分析 根据液面被压弯后对缝衣针产生的力的特点即可解释 答答 当针放在水面上把水面压弯时 仍处于水的表面层以上 就好像放在弹性薄膜 上一样 作用在针上的力有 1 重力 G 竖直向下 2 水面的托力 N 由于水 面的表面张力使被压弯的水面收缩 有使它力图恢复原来的水平状态的趋势 压弯处 水面产生的表面张力方向如图所示 使弯曲液面对针产生竖直向上的托力 3 水 面压弯后水产生的静压力 F 结果 缝衣针就在重力 水面托力 水的静压力的共 同作用下处于平衡状态 所以可以不致沉没 说明说明 1 由于缝衣针常与手指接触 使针的表面附有一层油脂 可以不被水浸 润 所以仍能处于水的表面层以上 如果用酒精棉花把缝衣针洗擦干净后小心地用镊 子夹放在水面上 由于针的表面层已不再有油脂 会被水浸润 缝衣针就会沉没下去 了 2 不能认为针的重力被液体的表面张力相平衡 因为表面张力是液面各部分 之间的相互作用力 并不作用在针上 3 由于钢针很细 置于水面上形成的水面 高度差很小 因此产生的静压力很小可忽略不计 例例 2 2 网孔较小的筛子里盛有少量的水时 水不会从网孔中流出 试解释这一现 象 解解 网孔较小的筛子里盛有少量水时 在每个网孔下面都有微微凸出的水滴 如图 1 所示 如果将凸出网孔的水 滴从靠近根部的地方分隔为上下两部分 那么在它们的分界线处 下部水滴表面 要受到上部水滴根部表面的表面张力 f 的作用 如图 2 所示 由于表面张力 f 的竖 直分力可与下部水滴的重量保持平衡 所以水才不会从筛子的网孔中流出 例例 3 3 如图 1 所示 如果用一根细玻璃管将两个半径大小不同的肥皂泡连通起来 那么这两个肥皂泡的大小将如何变化 解解 在肥皂泡的表面 上 各部分液面间的表 面张力是跟液面相切的 若取单位面积表面作分 析可知 作用于单位面 用心 爱心 专心 2 积表面边界上的表面张力 f 的合力 F 将使这一表面对泡内的气体产生一附加压力 从而形成附加压强 如图 2 所示 球形肥皂泡的半径越小 表面的曲率越大 每单 位面积表面边界上表面张力 f 的台力 F 越大 即单位面积表面产生的附加压力越大 因而肥皂泡表面对泡内气体的附加压强也就越大 由此可知 对半径较小的肥皂泡来 说 泡内的气体将被压入到半径较大的肥皂泡中去 从而变得越来越小 直至消 失 半径较大的肥皂泡则随着气体被压入而逐渐变大 例例 4 4 如图 把橄榄油滴入水和酒精的混合液里 当混合液的密度与橄榄油密度相 同时 滴入的橄榄油呈球状悬浮在液体中 为什么 分析分析 根据油滴的受力情况和表面层的特点即可解释 答答 滴入混合液中的油滴 受到竖直向下的重力和液体 对它竖直向上的浮力作用 由于油的密度与液体的密度相同 使得油滴好像处于失重 状态 油滴在表面张力的作用力 收缩液面有使液面尽量减小的趋势 因为在同体积 的几何体中 球表面的面积最小 所以油滴在表面张力作用下收缩成球状悬浮在混合 液内 说明说明 表面张力的大小与液面边界线长度 设为 L 成正比 可以表示为 f L 式中 称为表面张力系数 它表示液面单位长度的边界线上所受的表面张力的大 小 的大小与液体性质 温度以及液体内是否有杂质有关 温度升高时 液体的 表面张力系数减小 实验中用烧热的针容易刺破液膜 就是这个道理 通常情况下 液体内含有杂质时的表面张力系数也会减小 例例 5 5 在宇宙飞船中放一个盛有液体的容器 将会出现什么现象 分析分析 应分液体浸润容器和不浸润容器两情况 根据物体处于失重状态 在分子力 作用下的表现加以讨论 答答 当液体浸润容器时 附着层内分子较液体内部分子分布密时 分子斥力占优势 使液面沿器壁扩展 由于盛有液体的容器置于宇宙飞船中 处于失重状态 液体重力 为零 在表面张力的作用下 液体会不断地沿着器壁上升 直至全部流失 当液体不浸润容器时 附着层内分子较液体内部分子分布稀时 分子引力占优势 具 有收缩趋势 而液体又处于失重状态 所以它不再粘附在器壁上 整个附着层变成表 面层 使液体收缩成一个球形液滴 说明说明 在内径较小的容器里 浸润液体形成凹弯月面 不浸 润液体形成凸弯月面 观察液面的位置时 浸润液体以凹弯月 面底部为准 不浸润液体以凸弯月面顶部为准 如图所示 例例 6 6 在表面张力的作用下 水沿毛细管上升后 水的温度 将 用心 爱心 专心 3 A 升高 B 降低 C 不变 D 上述三情况都可能 分析分析 水沿毛细管上升后 这部分水的势能增加 由于整个系统没有从外界吸收能 量 因此 这部分水增加的势能只能由水的内能转化而来 所以 水沿毛细管上升的 过程中 水温将稍微下降 说明说明 本题如不从能的转化和守恒上考虑 会觉得很棘手 由于在毛细管中的水的 势能增加量很小 所以水温的变化也极为微小 例例 7 7 将一充满水银的细管气压计下端浸在水银容器中 其读数为 p0 0 950 105Pa 试求 1 水银柱的高度 2 考虑到毛细现象后 试问真实大气压强为多大 已知细管直径 d 2 0mm 接触 角 水银的表面张力系数 0 490N m 3 若允许测量的相对误差为 0 1 则管径所能允许的最小值 dmin是多少 分析分析 若不考虑毛细现象 水银柱所产生的压强就等于大气压强 若考虑毛细现象 由于水银与玻璃相互间不浸润 水银柱的高度比没有毛细现象时有所降低 所降低的 那部分水银柱的重力等于水银的表面张力 解 解 1 由于 gh p0 所以 5 0 3 0 950 10 0 712 13 6 109 8 p hmm g 2 水银与玻璃相互间不浸润 所以考虑到毛细现象的作用 水银柱的高度比没有 毛细现象时有所降低 故真实的大气压强为 pg hh 2 2 g h gD 4 ghD 5 3 4 0 5 0 950 10 2 10 pa 5 0 9500 01 10 pa 0 96 105 pa 用心 爱心 专心 4 答 水银柱的高度是 0 712m 真实大气压强应是 0 960 105Pa 为使 0 1 细管半径不得小于 1 04cm 例例 8 8 以下说法正确的是 A 玻璃是晶体 它有规则的几何形状 B 单晶体和多晶体都具有各向异性的物理性质 C 荷叶上的小水滴呈球形 这是表面张力使液面收缩的结果 D 形成液体表面张力的原因是由于液体表现层的分子分布比内部稀疏 分析分析 由单晶体 多晶体 非晶体的主要区别可知 加工后的玻璃有规则的几何外 形 但物理性质各向同性 且没有溶点 故选项 A 错误