高中物理选修三 题库 第二章 第5节　液体

第5节液体[学习目标要求]1.通过观察和实验，知道液体表面有收缩的趋势，了解液体表面张力的概念、方向及意义。2.知道浸润和不浸润现象及毛细现象，并能解释上述现象。3.知道液晶的概念和特征，了解液晶的应用。一、液体的表面张力1.表面层：液体表面有一层跟气体接触的薄层。在表面层，分子的距离r略大于r0，分子间的作用力表现为引力。2.表面张力：由于表面层分子分布比较稀疏，分子间的作用力表现为相互吸引而使液体表面绷紧的力。3.方向：和液面相切，且与分界面垂直，如图所示。4.作用效果：使液面具有收缩的趋势。【判一判】(1)表面张力的作用是使液面具有收缩的趋势。(√)(2)表面张力是分子力的宏观表现。(√)(3)表面张力是液体表面各部分分子间存在的相互排斥力。(×)(4)昆虫可以在水面上自由走动是表面张力作用引起的。(√)二、浸润和不浸润及毛细现象1.浸润：一种液体会润湿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：一种液体不会润湿某种固体，也就不会附着在固体的表面上，这种现象叫作不浸润。3.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。毛细管内外液面的高度差与毛细管的内径有关，毛细管内径越小，高度差越大。【判一判】(1)如果固体对液体分子的引力较弱，就会形成浸润现象。(×)(2)浸润液体都能发生毛细现象，不浸润液体都不能发生毛细现象。(×)(3)浸润液体和不浸润液体在细管中都上升。(×)三、液晶1.液晶的概念：像液体一样具有流动性，其光学性质与某些晶体相似，具有各向异性的有机化合物，称为液晶。2.液晶分子的排列特点从某个方向上看液晶分子排列比较整齐，但从另一个方向看，液晶分子的排列是杂乱无章的。3.液晶的应用(1)液晶显示器：用于电子手表、电子计算器、电脑等。(2)利用温度改变时液晶颜色会发生改变的性质来探测温度。(3)液晶在电子工业、航空工业、生物医学等领域有广泛应用。探究1液体的表面张力■情境导入(1)把一条细棉线的两端分别系在铁丝环的两侧，要使棉线处于略为松弛的状态。然后将铁丝环浸入肥皂液里，再拿出来时环上就留下了一层肥皂液的薄膜。这时薄膜上的棉线仍是松弛的(图甲)。用烧热的针刺破棉线一侧的薄膜(图乙)，观察薄膜和棉线发生的变化。(2)把一个棉线圈系在铁丝环上，使环上布满肥皂液的薄膜，这时膜上的棉线圈仍是松弛的(图丙)。用烧热的针刺破棉线圈里的薄膜，观察棉线圈外的薄膜和棉线圈发生的变化(图丁)。观察肥皂膜和棉线的变化答案(1)另一半肥皂膜就会立即收缩把松弛的棉线绷紧，并且始终向着肥皂膜收缩。(2)棉线圈被圈外的薄膜拉紧，使棉线圈呈圆形。■归纳拓展1.液体表面张力的成因分析液体的表面张力(1)分子间距离特点：由于分子的热运动，液体表面层分子分布比内部分子稀疏。(2)在液体内部，分子间平均距离r略小于r0，分子间的作用力表现为斥力；在表面层，分子比较稀疏，分子间距离r略大于r0，分子间的作用力表现为引力。(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，使液体表面形成了一层绷紧的“膜”。(4)表面张力的方向：表面张力的方向和液面相切，如果在液体表面任意画一条线MN，MN两侧的液体之间的引力方向如图所示。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。【例1】(2021·江苏启东中学高二月考)液体表面具有收缩趋势的原因是()A.液体可以流动B.液体表面层分子间距离小于液体内部分子间距离C.液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离D.与液面接触的容器壁的分子对液体表面层分子有吸引力答案C解析由于蒸发只在液体表面进行，因此液体表面分子比较稀疏，分子间的距离大于平衡距离r0，液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势，故C正确，A、B错误；液体表面张力与器壁对分子的作用力无关，故D错误。【例2】如图所示，水平放置在水中的玻璃板，用弹簧秤拴着从容器底部缓慢向上拉出水面，则弹簧秤读数最大的时候玻璃板在()A.容器底部B.水中 C.水的表面D.空中答案C解析当玻璃板在底部时，由平衡条件得F弹＋F浮＋F支＝G可知弹力小于重力；当玻璃板在水中且没有接触杯底时，由平衡条件得F弹＋F浮＝G可知弹力小于重力；当玻璃杯刚好要离开水面时，设玻璃板与水分子之间的吸引力为F分F弹＝G＋F分可知弹力大于重力；当玻璃板在空中时，弹力等于重力。故A、B、D错误，C正确。【针对训练1】(2021·江苏泰州中学高二月考)关于液体的表面张力，下列说法中正确的是()A．布伞伞面的布料有缝隙但不漏雨水，是表面张力的结果B．表面张力的方向与液面垂直C．硬币能够静止在水面上是液体浮力与其重力平衡的结果D．由于液体表面分子间距离小于平衡位置间距r0，故液体表面存在表面张力答案A解析布伞伞面的布料有缝隙但不漏雨水，是表面张力的结果，故A正确；表面张力的方向与液面相切，而不是与液面垂直，故B错误；硬币能够静止在水面上是液体表面张力与其重力平衡的结果，故C错误；由于液体表面分子间距离略大于平衡位置间距r0，故液体表面存在表面张力，故D错误。

探究2浸润和不浸润及毛细现象■情境导入在水中浸入两个同样细的玻璃细管，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在弯管中上升的最高点还要高，那么弯管中的水会不会流出？答案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，这时表面张力的合力竖直向上，使水不能流出。■归纳拓展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.毛细现象项目浸润不浸润现象液体在毛细管中上升液体在毛细管中下降举例浸润液体液面在毛细管里上升不浸润液体液面在毛细管里下降特点对于一定的液体和一定材质的管壁，管的内径越细，毛细管内外液面差越大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。如图甲所示，当毛细管插入浸润液体中，附着层里的排斥力使附着层沿管壁上升，这部分液体上升引起液面弯曲，呈凹形弯月面使液体表面变大，与此同时由于表面层的表面张力的收缩作用，管内液体也随之上升。直到表面张力向上的力与管内升高的液体的重力相等时，达到平衡，液体停止上升，稳定在一定的高度。利用类似的分析，也可以解释不浸润液体在毛细管里下降的现象(如图乙所示)【例3】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.全对答案B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。①③④说法正确，故选B。【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，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，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，在不浸润现象中，附着层内分子受到固体分子吸引力较液体内部分子较吸引力小，分子分布比注体内部更疏，因而在附着层里液体分子表现出相互吸引的力，附着层具有收缩的趋势。B、C错误，D正确。探究3液晶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。【例4】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．液晶就是液态的晶体D．液晶具有液体的流动性，具有晶体的各向异性答案D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。故选项D正确。1.(液体的表面张力)(2021·江苏南通市高二期末)以下现象中，与表面张力无关的是()A.处于完全失重状态的水银滴呈球形B.某些小型昆虫可以在水面上行走C.玻璃管的裂口在火焰上烧熔，它的尖端会变钝D.用扁平的碎瓦片打水漂，可以多次在水面上向前弹跳答案D解析处于完全失重状态的水银滴呈球形，是表面张力作用的结果，A有关；由于表面张力作用，水面形成一层膜，某些小型昆虫可以在水面上行走，B有关；玻璃管的裂口在火焰上烧熔，在表面张力作用下，表面积有收缩到最小的趋势，它的尖端会变钝，C有关；用扁平的碎瓦片打水漂，可以多次在水面上向前弹跳，不是表面张力现象，D无关。2．(浸润与不浸润及毛细现象)下列关于浸润(不浸润)现象与毛细现象的说法正确的是()A．水可以浸润蜂蜡但不能浸润玻璃B．浸润液体和不浸润液体都有可能发生毛细现象C．浸润液体都能发生毛细现象，不浸润液体都不能发生毛细现象D．浸润液体和不浸润液体在细管中都上升答案B解析水可以附着在玻璃表面上，也就是说水可以浸润玻璃，但不会附着在蜂蜡上，也就是说不浸润蜂蜡。浸润液体和不浸润液体都能发生毛细现象，在细管中沿管壁上升的是浸润液体，在细管中沿管壁下降的是不浸润液体。故选项B正确。3．(浸润与不浸润及毛细现象)若液体对某种固体是浸润的，当液体装在由这种固体物质做成的细管中时，则()A．附着层分子密度小于液体内分子的密度B．附着层分子的作用力表现为引力C．管中的液体表面一定是下凹的D．液体跟固体接触的面积有缩小的趋势答案C解析这是浸润现象，这时固体分子与液体分子间的引力相当强，造成附着层内分子的分布比液体内部密，这样就会使附着层分子间出现相互排斥力，使液体跟固体接触的面积有扩大的趋势。故选项C正确。4．(液晶)关于液晶的分子排列，下列说法正确的是()A．液晶分子的排列是杂乱无章的B．液晶分子的排列不稳定，外界条件的微小变化都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B解析液晶分子在特定方向上排列比较整齐，故选项A错误；液晶分子的排列不稳定，外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化，故选项B正确，C错误；液晶的物理性质不稳定，例如：有一种液晶，在外加电压的影响下，会由透明状态变成混浊状态，去掉电压，又恢复透明状态，故选项D错误。课时定时训练(限时25分钟)1．下面关于液体表面层的一些说法正确的是()A．液体表面张力，总是垂直于液体的表面B．表面层分子间有引力存在的同时也有斥力，但是引力大于斥力，所以有表面张力C．液体表面层的分子分布比液体内部都要密，是产生表面张力的原因D．处于液体表面层的分子，比起液体内部的分子应有较小的势能答案B解析表面张力产生的原因是由于液体表面层的分子分布较液体内部稀疏，分子间距大于平衡距离，分子间的引力大于斥力，表面层大量分子相互作用的合力表现为沿液体表面方向拉紧的力，液体内部分子成为表层分子，需要克服引力做功，因此势能增加。故B正确。2．下列现象中，关于液体的表面张力说法错误的是()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水的表面张力作用的结果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B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，A、C正确；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，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)，D正确。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，分子力表现为斥力C．液体的表面张力随温度的升高而减小D．液体的表面张力随温度的升高而增大答案C解析表面张力是液体表面层分子间的作用力，A错误；液体表面层内分子较液体内部稀疏，故分子力表现为引力，B错误；温度的升高，液体表面层的分子间的距离增大，引力作用随之减小，所以表面张力减小，C正确，D错误。4．(2021·河北石家庄二中高二月考)关于液体和固体，下列说法正确的是()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，也是密集在一起的C．液体分子的热运动有长期固定的平衡位置D．液体分子间的相互作用可以忽略，故液体具有流动性答案B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那样强，故B正确，A错误；液体具有流动性的原因是液体分子热运动的平衡位置不固定，但液体分子间作用力不可以忽略，故C、D错误。5.如图所示，金属框内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，棉线的形状是选项图中的()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。当把肥皂膜的a部分刺破后，在肥皂膜的b部分的表面张力的作用下，棉线将被绷紧。因液体表面有收缩到面积最小的趋势，所以棉线被拉成凹的圆弧形状，故D正确。6.(2021·江苏南通市高二期末)图甲是吹肥皂泡游戏的画面，表达了小朋友童年时对美好生活的向往，如图乙，在玻璃杯内注入肥皂水，再用铁丝做成的圆环放进玻璃杯中，沾满肥皂水后取出，可以吹出大小不一、在空中做无规则运动的肥皂泡，则()A.肥皂水不能浸润玻璃B.肥皂泡的无规则运动属于布朗运动C.肥皂泡呈球状与液体的表面张力有关D.肥皂泡表面液体分子间只存在引力，没有斥力答案C解析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，由图乙可知，肥皂水在玻璃杯中沿着杯壁上升，可以浸润玻璃，故A错误；布朗运动是指悬浮在液体或气体中的固体小颗粒的无规则运动，故肥皂泡的无规则运动不属于布朗运动，B错误；液体的表面张力有使液体的表面积减小到最小的趋势，肥皂泡在空中呈球状是由于液体表面张力引起的，故C正确；分子间同时存在着相互作用的斥力和引力，它们都随分子间距离的减小而增大，但斥力增加的快，故D错误。7．下列说法正确的是()A．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各向同性B．浸润和不浸润是分子力作用的表现，如果附着层内分子间的距离小于液体内部分子间的距离，这样的液体与固体之间表现为浸润C．浸润液体在细管中下降的现象，以及不浸润液体在细管内上升的现象，称为毛细现象D．液体具有流动性是因为液体分子间没有相互作用力答案B解析液晶是一类特殊的物质形态，它像液体一样具有流动性，而其光学性质和某些晶体相似具有各向异性，故A错误；浸润和不浸润