2019-2020学年高中物理 第三章 固体和液体 第3节 液 晶 第4节 液体的表面张力学案 教科版选修3-3

第3节 液晶 第4节 液体的表面张力1.知道液晶的分子结构特点，了解液晶的特性及应用2.了解液体的微观结构3通过观察和实验，知道液体的表面张力现象，能用液体的微观结构解释液体的表面张力现象一、液晶1什么是液晶：像液体一样具有流动性，一种介于固态和液态之间的中间态物质2液晶的分子结构：分子位置的有序性丧失，与液体中大体相同的方式自由地来回运动，但仍倾向于保持在固体中确定的取向，分子排列在液晶中的有序性介于固体和液体之间如图所示. 3液晶显示：液晶分子的排列会因温度、压强、摩擦、电磁作用、容器表面的差异等外界条件的微小变动而发生变化，液晶显示就是通过加电压来改变其光学性质的二、液体的表面张力1液体的微观结构：液体分子间距离很小，分子间作用力比固体分子间作用力要弱液体有一定的体积，不易压缩，具有流动性，比固体扩散速度快2奇异的表面张力现象：使液体表面具有收缩趋势的引力叫表面张力3液体表面张力的成因：液体表面层中的分子要比液体内部稀疏些在表面层，分子间相互作用力表现为引力这些相互吸引力的宏观表现就是液体的表面张力如图所示对液晶的认识 1特点(1)液晶具有液体的流动性；(2)液晶具有光学上的各向异性；(3)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；(4)有些物质在特定的温度范围之内具有液晶态；有些物质溶解在适当的溶剂中，在一定的浓度范围内具有液晶态；不是所有物质都具有液晶态；(5)天然存在的液晶很少，多数液晶是人工合成的2液晶的应用液晶可以用作显示元件，液晶在生物医学、电子工业、航空工业中都有重要作用，液晶可以作为显示元件，有一种液晶，受外加电压的影响，会由透明状态变成浑浊状态，去掉电压，又恢复透明，当输入电信号，加上适当电压，透明的液晶变得浑浊，从而显示出设定的文字或数码(多选)关于液晶，下列说法中正确的是()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正确综上所述，该题的答案为c、d.答案cd本题易误选a、b.错误原因一是盲目认为液晶是晶体，二是由于液晶分子空间排列是有序的，具有各向异性，因此认为是晶体忽视了可自由移动性 1.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液晶是一种特殊的物质，具有光学的各向同性d所有物质在一定条件下都能成为液晶解析：选b.有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，人们把处于这种状态的物质叫液晶，所以a项错误；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，所以b项正确；有许多不同类型的液晶相，这可以通过其不同的光学性质(如双折射现象)来区分，具有晶体的光学各向异性，所以c项错误；有些化合物像液体一样具有流动性，并不是所有物质在一定条件下都能成为液晶，所以d项错误对液体微观结构及性质的理解1液体的微观结构液体中的分子跟固体一样是密集在一起的，液体分子的热运动主要表现为在平衡位置附近做微小的振动，但液体分子只在很小的区域内有规则的排列，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2液体的宏观特性(1)各向同性：液体由大量暂时形成的杂乱无章分布的小区域构成，所以液体表现出各向同性(2)一定体积：液体分子的排列更接近于固体，液体中的分子密集在一起，分子间距接近于r0，相互间的束缚作用强，主要表现为在平衡位置附近做微小振动，所以液体具有一定的体积(3)流动性：液体分子能在平衡位置附近做微小的振动，但没有长期固定的平衡位置，液体分子可以在液体中移动，这是液体具有流动性的原因(4)扩散特点：液体中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 对于液体，下列说法不正确的是()a液体的性质介于固体和气体之间b液体分子在平衡位置附近做微小振动和移动，因而液体具有流动性c液体表面层分子间距离小于液体内部分子间距离，表面张力为斥力d液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，表面张力为引力解析由于液体分子平均距离一般大于固体分子平均距离，小于气体分子平均距离，其性质介于固、气之间，所以a对；液体分子没有确定的平衡位置，故具有流动性，b对；表面层内的分子距离大于液体内部的分子距离，分子力表现为引力，表面张力是分子力的宏观表现，故表面张力为引力，c错、d对答案c注意对气体、液体和固体微观结构及性质的理解 2.关于液体，下列各种说法中正确的是()a液体性质介于气体与固体之间，更接近于气体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的振动d液体的扩散比固体的扩散快解析：选d.液体的性质介于气体与固体之间，更接近于固体，a错液体分子只在很小的区域内有规则地排列，并且这些小区域又杂乱无章地分布，因而液体表现出各向同性，b错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，但平衡位置在不断移动，c错液体分子在液体中移动较固体分子在固体中移动更容易，液体的扩散较固体快，d对对表面张力的理解和应用1液体的表面张力的形成(1)分子分布特点：由于蒸发现象，液体表面分子分布比内部分子稀疏(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(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所示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，在失重条件下才呈球形(2)表面张力的形成原因是表面层(液体跟空气接触的一个薄层)中分子间距离大，分子间的相互作用表现为引力(3)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(1)在体积相等的各种形状的物体中，球形物体的表面积最小，所以草叶上的露珠、小水银滴等，都因表面张力使液面收缩而呈球形(2)表面张力是跟液面相切的如果液面是平面，表面张力就在这个平面上；如果液面是曲面，表面张力就在这个曲面的切面上作用在任何一部分液面上的表面张力，总是跟这部分液面的分界线垂直(3)表面张力是根据效果命名的力，是液体的表面层内大量分子力的宏观表现(多选)下列说法正确的是()a表面张力就是分子力b水面托起缝衣针表明表面张力与缝衣针的重力相平衡c表面张力的大小跟液面上分界线的长短有关d液体表面好像张紧的橡皮膜具有收缩趋势解析表面张力是液体表面层内分子引力的宏观表现，不能说表面张力就是分子力故a选项错误；缝衣针在水面上静止是液膜对其弹力与重力平衡，b选项错误；表面张力的大小与液面上分界线的长短有关，且表面张力有使液面收缩的趋势，因此c、d选项正确答案cd本题主要考查了表面张力的产生、大小和作用效果正确理解表面张力是解题的关键 3.如图所示，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()解析：选d.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部分液膜刺破后，在b部分液膜表面张力的作用下，棉线将被绷紧因液体表面有收缩到面积最小的趋势，而在同周长的几何图形中，圆面积最大，所以棉线被拉成凹的圆弧形状正确选项为d.随堂检测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解析：选ab.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2关于液体的表面张力，下列说法正确的是()a由于液体的表面张力使表面层内液体分子间的平均距离小于r0b由于液体的表面张力使表面层内液体分子间的平均距离大于r0c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产生表面张力的原因是表面层内液体分子间作用力表现为引力解析：选d.由分子运动论可知，在液体与空气接触面附近的液体分子，液面上方的空气分子对它们的作用极其微弱，所以它们基本上只受到液体内部分子的作用，因而在液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rr0，分子间作用力表现为引力3下列叙述中不正确的是()a棒状分子、碟状分子和平板状分子的物质呈液晶态b利用液晶在温度变化时由透明变浑浊的特性可制作电子表、电子计算器的显示元件c有一种液晶，随温度的逐渐升高，其颜色按顺序改变，利用这种性质，可用来探测温度d利用液晶可检查肿瘤，还可以检查电路中的短路点解析：选a.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，但不是任何时候都呈液晶态，故a错4(多选)下列现象中，主要是液体表面张力起作用的是()a缝衣针漂浮在水面上b小木船漂浮在水面上c硬币浮在水面上d慢慢向小酒杯中注水，即使水面稍高出杯口，水也不会流出来解析：选acd.小缝衣针、硬币漂浮在水面上，针、硬币并没有浸入液体中，只受到水表面的作用力，故是表面张力现象，a、c正确；小船漂浮在水面上，受到的是水的浮力，b错误；表面张力的作用可以使液面收缩d正确5把玻璃管的裂口放在火焰上烧熔，它的尖端就变圆这是什么缘故？答案：玻璃管的断口烧熔后，熔化的玻璃的表面层在表面张力作用下收缩到最小表面积，从而使断裂处尖端变圆课时作业 一、单项选择题1我们在河边会发现有些小昆虫能静止于水面上，这是因为()a小昆虫的重力可忽略b小昆虫的重力与浮力平衡c小昆虫的重力与表面张力平衡d表面张力使水面收缩成“弹性薄膜”，对小昆虫产生一个向上的支持力，小昆虫的重力和支持力平衡解析：选d.小昆虫静止在水面上是因为小昆虫所受的合外力为零；表面张力不是作用于小昆虫上的力，而是作用于液体表面层中的力2下列说法正确的是()a液晶是晶体b液晶是液体c液晶是固体d液晶既不是固体也不是液体解析：选d.液晶既不是晶体，也不是液体3在天平的左盘挂一根铁丝，右盘放一砝码，且铁丝浸于液体中，此时天平平衡，如图所示，现将左端液体下移使铁丝刚刚露出液面，则()a天平仍然平衡b由于铁丝离开水面沾上液体，重量增加而使天平平衡被破坏，左端下降c由于铁丝刚离开液面，和液面间生成一液膜，此液膜的表面张力使天平左端下降d以上说法都不对解析：选c.由于铁丝刚好离开液面，和液面间生成一液膜，此液膜的表面张力使铁丝受到向下的作用力，所以天平左端下降二、多项选择题4以下关于液体的说法正确的是()a非晶体的结构跟液体非常类似，可以看做是粘滞性极大的液体b液体的物理性质一般表现为各向同性c液体的密度总是小于固体的密度d所有的金属在常温下都是固体解析：选ab.由液体的微观结构知a、b正确；有些液体的密度大于固体的密度，例如汞的密度就大于铁、铜等固体的密度，故c错误；金属汞在常温下就是液体，故d错误5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不论是什么液体，表面张力都会使表面收缩d表面张力的方向与液面垂直解析：选bc.表面张力是由于表面层中分子间距大，而在表面层分子间表现出的引力，a错误、b正确；由于表面张力的作用，使液体表面有收缩的趋势，c正确；表面张力的方向跟液面相切，d错误6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解析：选cd.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，而在光学性质等物理性质上又与晶体相似，具有各向异性7下列说法正确的是()a水和酒精混合后总体积变小了是由于水分子与酒精分子之间的作用使它们间的距离变小的缘故b船能浮在水面上是由于水的表面张力的合力与船的重力平衡的缘故c液体表面层分子间的距离比液体内部分子间的距离大d在水平玻璃板上，散落的水银呈球形或椭球形是由于水银的表面张力使之收缩的缘故解析：选cd.水和酒精混合总体积减小是因为水和酒精分子彼此进入到对方空隙中的原因；船能浮在水面上是因为浮力和重力平衡的缘故；散落在水平玻璃板上的水银呈球形或椭球形是表面张力的作用8关于液体的表面，下列说法正确的是()a液体的表面有收缩到最小表面积的