高中物理 第3章 液体 第2节 毛细现象 第3节 液晶教师用书 鲁科版选修3-3

第2节毛细现象第3节液晶学 习 目 标知 识 脉 络1.知道什么是浸润和不浸润现象，能用浸润和不浸润原理解释生活中常见的现象(重点)2.知道附着层的特点，理解浸润和不浸润现象产生的原因(难点)3.知道毛细现象，会用毛细现象解释生活中常见的现象(重点)4.初步了解液晶的微观结构，了解液晶具有的物理特征，知道液晶的一般用途(难点)浸 润 与 不 浸 润1定义(1)浸润：液体附着在固体表面上的现象(2)不浸润：液体不附着在固体表面上的现象2产生的原因(1)三个相关概念附着层：当液体跟固体接触时，在接触处形成的液体薄层内聚力：附着层中的液体分子受到的液体内部分子的吸引力附着力：附着层中的液体分子受到的固体分子的吸引力(2)产生原因分析：由于内聚力与附着力的大小不同当内聚力大于附着力时，液体不浸润固体当内聚力小于附着力时，液体浸润固体1水是浸润液体，水银是不浸润液体()2在内径小的容器里，如果液体能浸润器壁，液面呈凸形()3如果固体分子对液体分子间的引力比较弱，就会形成不浸润现象()液体是否浸润固体，取决于什么？【提示】液体能否浸润固体，取决于两者的性质，而不单纯由液体或固体单方面性质决定例如：水能浸润玻璃，但不能浸润石蜡；水银不能浸润玻璃，但能浸润锌探讨1：把一块玻璃分别浸入水和水银里再取出来，观察到从水银中取出来的玻璃上没有附着水银，从水中取出的玻璃上沾着一层水为什么会出现上述两种不同的现象呢？【提示】出现上述两种不同现象的原因：玻璃和水发生了浸润，玻璃和水银不浸润探讨2：从哪方面解释是否发生浸润现象？【提示】从分子力的大小方面解释1液体能否浸润固体由内聚力和附着力大小决定(1)内聚力大于附着力附着层的分子比液体内部稀疏，附着层内出现与液体表面张力相似的收缩力，此时跟固体接触的液体表面有缩小的趋势，形成不浸润(2)内聚力小于附着力附着层中的分子比液体内部更密，附着层中出现液体分子相互推斥的力，此时跟固体接触的液面有扩展的趋势，形成浸润2微观解释当液体与固体接触时，附着层中的液体分子受固体分子的吸引比液体内部分子弱，结果附着层中的液体分子比其内部稀疏，这时在附着层中就出现跟表面张力相似的收缩力，使跟固体接触的液体表面有缩小的趋势，因而形成不浸润现象相反，如果受到固体分子的吸引相对较强，附着层里的分子就比液体内部更密，在附着层里就出现液体分子互相排斥的力，这时跟固体接触的表面有扩展的趋势，从而形成浸润现象总之，浸润和不浸润现象是分子力作用的宏观表现1玻璃上不附着水银，发生这种不浸润现象的原因是()A水银具有流动性B玻璃表面光滑C水银与玻璃接触时，附着层里水银分子受到玻璃分子的引力较弱D水银与玻璃接触时，附着层里的分子比水银内部稀疏E附着层中分子之间表现为引力，具有收缩趋势【解析】发生不浸润现象的原因是附着层里的分子受固体分子的引力较小，使附着层里的液体分子比液体内部稀疏，附着层里的液体分子间表现为引力附着层在引力作用下收缩，从而出现不浸润现象故A、B错，C、D、E正确【答案】CDE2以下各种说法中正确的是()A因为水银滴在玻璃板上成椭球状，所以说水银是一种不浸润液体B水滴在玻璃板上不能形成水珠，而是成一片，故水是一种浸润液体C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D在人造卫星中，由于一切物体都处于完全失重状态，所以一个固定着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E当A液体和B固体接触时，发生浸润现象还是发生不浸润现象，关键取决于B固体分子对附着层A液体分子的吸引力比液体内的分子对附着层分子吸引力大些还是小些【解析】水银不浸润玻璃，但可能浸润其他固体，所以A错，B错，C对；在处于完全失重状态的人造卫星上，如果液体浸润其器壁，液体和器壁的附着层就会扩张，沿着器壁流散，故必须盖紧，D正确；E选项正确说明了发生浸润和不浸润现象的微观原理【答案】CDE分析浸润与不浸润问题的要点归纳(1)同一种固体，对有些液体浸润，对有些液体不浸润；同一种液体，对一些固体是浸润的，对另一些固体是不浸润的(2)液体浸润固体，附着层面积要扩张；不浸润固体，附着层面积要收缩(3)发生浸润还是不浸润是看固体分子和液体内部分子对附着层分子的吸引力的强弱毛 细 现 象1定义浸润液体在细管里上升的现象和不浸润液体在细管里下降的现象2毛细管能够发生毛细现象的管3特点水在玻璃管中会出现凹形弯月面；水银在玻璃管中则会出现凸形弯月面且管的内径越小，前者水面越高，后者水银面越低1毛细现象只指浸润液体在细管里上升的现象()2管内径越小，毛细现象越明显()3建筑房屋时地基上铺一层油毡是防止毛细现象()要想把凝在衣料上的蜡去掉，可以把两层棉纸分别放在蜡迹的上面和下面，然后用热熨斗在棉纸上来回熨烫为什么这样做可以去掉衣料上的蜡呢？【提示】放在衣料上、下面的棉纸内有许多细小的孔起着毛细管的作用，当蜡受热熔化成液体后，由于毛细现象，它们就会被棉纸吸掉探讨1：为什么翻松地表土壤可以保存土壤中的水分？【提示】把地表土壤锄松，破坏了土壤表层的毛细管，从而阻止了水分上升到地面而被蒸发掉探讨2：用内径很细的玻璃管做成的水银气压计，其示数比实际气压偏高还是偏低，为什么？ 【提示】偏低因为水银不浸润玻璃，在细玻璃管中水银柱偏低，故示数偏低1毛细现象浸润液体在毛细管里上升后，形成凹月面，不浸润液体在毛细管里下降后形成凸月面的现象2毛细现象产生的原因浸润液体与毛细管内壁接触时，液体表面发生弯曲，呈凹形液体表面就像一张张紧了的凹形的弹性薄膜，表面张力的收缩作用总是力图使凹形表面的面积缩小，对表面下的液体产生向上的提拉作用(如图321所示)，于是管内液体上升，直到表面张力向上的提拉作用与管内升高的液柱所受的重力达到平衡时，管内液体才停止上升，稳定在一定的高度不浸润液体在毛细管里下降则是由于表面张力的收缩作用总是力图使凸形表面的面积减小，对表面下的液体产生向下的作用导致的(如图322所示) 图321 图3223下列现象中与毛细现象有关的是()【导学号：30110032】A砖块吸水B毛巾的一只角浸入水中，水会沿毛巾上升，使毛巾湿润C洗净的衣服在太阳下被晒干D自来水笔从墨水瓶里把墨水吸入笔中E植物体能通过根、茎输送水分【解析】砖块、毛巾、棉花、木材、植物根和茎等物体内部有许多细小的孔道，可起到毛细管的作用，水会在这些细小的管道中上升，A、B、E正确；洗净的衣服在太阳下被晒干，这是蒸发现象，C错；自来水笔是靠大气压强把墨水吸入笔中的，故D错【答案】ABE4对毛细管的有关说法，错误的是 ()A毛细管越细，产生的毛细现象就越显著B毛细管必须用玻璃材料制作 C毛细管的形状必须是直的，不能有弯曲D如果毛细管足够细，则管内液面一定升得更高E如果毛细管足够细，则管内液面可能降得更低【解析】毛细管越细，毛细现象越明显，但管内液面有的升、有的降，A、E正确，D错；对毛细管的要求是细到明显发生毛细现象，跟毛细管的材料与曲直无关，B、C错因选错误的，故选B、C、D.【答案】BCD毛细现象问题的分析1成因：由于液体对毛细管材料表现出浸润或不浸润现象，导致液体在毛细管中上升或下降2现象：浸润时液面上升，不浸润时液面下降3影响因素：液面在毛细管中上升或下降的高度与液体和固体的材料有关，也和毛细管的粗细有关液 晶1定义既具有像液体那样的流动性和连续性，又具有晶体那样的各向异性特点的流体2分类向列型、胆甾型、近晶型3性质外界条件的微小变化，会引起液晶分子排列的变化，从而改变液晶的某些性质，例如温度、压力、摩擦、电磁作用、容器的表面差异等都可以改变液晶的光学性质4应用(1)液晶显示器(2)液晶测温1液晶是液体和晶体的混合物()2液晶分子在特定方向排列比较整齐()3电子手表中的液晶在外加电压的影响下，能够发光()液晶显示的基本原理是什么？【提示】向列型液晶在外加电压影响下，液晶的分子排列会发生改变，使液晶由透明变为不透明，去掉电压又恢复透明控制电压，就可以控制光线能否穿过液晶现在，液晶应用在人类生活和生产中的方方面面彩电、电脑显示器都使用液晶屏幕图323探讨：液晶可以作为显示元件，这利用了液晶的什么性质？【提示】当这种液晶受外加电压的影响时，会由透明状态变成混浊状态而不再透明，去掉电压，又恢复透明，当输入电信号，加上适当电压，透明的液晶变得混浊，从而显示出设定的文字或数码1液晶的主要性质(1)液晶具有晶体的各向异性的特点原因是在微观结构上，从某个方向看，液晶的分子排列比较整齐，有特殊的取向(2)液晶具有液体的流动性原因是从另一方向看液晶分子排列是杂乱的，因而液晶又具有液体的性质，具有一定的流动性(3)液晶分子的排列特点液晶分子的排列特点是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(4)液晶的物理性质情况液晶的物理性质很容易受外界的影响(如电场、压力、光照、温度)发生改变2液晶的主要应用(1)利用向列型液晶的性质可以制成各种液晶显示器(2)胆甾型液晶在温度改变时会改变颜色随着温度的升高，色彩按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序变化，温度下降时又按相反顺序变色，而且灵敏度很高，在不到1 的温差内就可以显出整个色谱利用液晶的这种温度效应可以探测温度5下列叙述中正确的是()A棒状分子、碟状分子和平板分子的物质呈液晶态B利用液晶在外加电压变化时由透明变浑浊可制作电子表、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E从各个方向看，液晶分子的排列都是比较整齐的【解析】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，但不是所有的都能呈液晶态，故A错；对液晶分子，某个方向看排列比较整齐，从另一个方向看排列是杂乱无章的，E错【答案】BCD6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E液晶是独立于液体和晶体之外的一种特殊流体【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；液晶不是液体，也不是晶体，E对【答案】CDE(1)液晶既有液体的流动性和连续性，表现不够稳定，又具有晶体的一些各向异性特点，是某些特殊的有机化合物(2)液晶的物理性质很容易在外界的影响(如电场、压力、光照、温度)下发生改变. 学业分层测评(七)(建议用时：45分钟)学业达标1关于浸润和不浸润，下列说法错误的是()A水是浸润液体，水银是不浸润液体B在内径小的容器里，如果液体能浸润器壁，液面呈凸形C如果固体分子跟液体分子间的引力比较弱，就会形成浸润现象D鸭的羽毛上有一层很薄的脂肪，使羽毛不被水浸润E生产雨伞时，应选择不容易被雨水浸润的布料【解析】同一种液体对不同的固体，可能浸润也可能不浸润，A错；液体浸润器壁，液面呈凹形，B错；固体分子跟液体分子间的引力较弱，会形成不浸润现象，所以C选项错；脂肪不被水浸润，故D正确；为了更好地防水，E正确选错误的，所以选A、B、C.【答案】ABC2下列是毛细现象的是()A水银温度计里的液柱升高B卫生纸的吸水性比普通纸要好C植物从根部吸收养分，运输到叶子D墨水从粉笔的一端自动蔓延到另一端E虹吸现象【解析】水银温度计里的液柱升高靠的是水银的热胀冷缩原理A错；卫生纸及粉笔中有很多毛细管，吸水性很强，是毛细现象，普通纸的毛细管少，吸水性差；植物从根部吸收养分运输到叶子是利用毛细现象；虹吸现象是与液体压强有关的现象，主要依据连通器原理，E错故选B、C、D.【答案】BCD3同一种液体，滴在固体A的表面时，出现如图324甲所示的情况；当把毛细管B插入这种液体时，液面又出现图324乙的情况若A固体和B毛细管都很干净，则()图324AA固体和B管可能是同种材料 BA固体和B管一定不是同种材料CA固体和B管一定是同种材料D固体A的分子对液体附着层内的分子的引力比B管的分子对液体附着层内的分子的引力小些E液体对B毛细管是浸润现象【解析】由所给现象可知该溶液对固体A不浸润，对固体B浸润；毛细现象是浸润和不浸润与表面张力共同作用的结果【答案】BDE4若一种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() 【导学号：30110033】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附着层内分子的作用力表现为斥力D管中的液体一定是凹弯月面的E液体跟固体接触的面积有扩大的趋势【解析】浸润现象中固体分子与液体分子间引力相当强，造成附着层内分子的分布比液体内部更密，附着层内分子之间表现为斥力，使液体跟固体接触的面积有扩大的趋势故C、D、E正确【答案】CDE5下列有关液晶的一些性质的说法中，正确的是()A液晶分子的空间排列是稳定的B液晶的光学性质随温度的变化而变化C液晶的光学性质随所加电场的变化而变化D液晶的光学性质随所加压力的变化而变化E液晶不能用来探测温度【解析】液晶分子既排列有序，又可以自由移动，故A错误；利用液晶的温度效应可以探测温度，E错误B、C、D均正确【答案】BCD6下列说法正确的是()A浸润液体在细管里能上升B不浸润液体在细管里能下降C建筑房屋时，在砌砖的地基上要铺一层油毡或涂过沥青的厚纸，这是为了增加毛细现象使地下水容易上升D农田里如果要保存地下的水分，就要把地面的土壤锄松，可以减少毛细现象的发生E洗涤剂能洗干净衣物，其原因是洗涤剂分子的引力将污垢粒子吸入水中【解析】毛细现象和液体的浸润、不浸润相联系，浸润液体在细管中能上升，不浸润液体在细管中下降，故A、B正确；建筑房屋的时候，在砌砖的地基上铺一层油毡或涂过沥青的厚纸，防止地下的水分沿着夯实的地基以及砖墙的毛细管上升，以使房屋保持干燥，C错误；土壤里有很多毛细管，地下的水分可以沿着它们上升到地面如果要保持地下的水分，就要把地面的土壤锄松，破坏这些土壤里的毛细管，D正确；洗涤剂的水溶液能够浸润污垢；E错误【答案】ABD7电子手表中常用的液晶显示元件，是在两电极间将_涂成文字或数码，加上适当_，透明的_变得混浊了，文字或数码就显示出来了【答案】液晶电压液晶8在水中浸入两个同样细的毛细管A、B，上端均开口，如图325所示，A管较长，水在A管中上升的高度超过B管上端的高度，试分析B管中的水是否喷出？图325【解析】水在A端中维持较高的原因是由于水对A管浸润，附着层内的水沿管壁上移，使表面积变大，而表面张力又使表面积趋于最小，因此水面升高当稳定后，水面的表面张力的合力向上，与升高的水柱重力平衡在B中假若水到端口喷出，水表面失去它的凹面，失去了向上的表面张力的合力，水柱也就不可能喷出，而是稳定在管口附近【答案】见解析能力提升9对于液体在器壁附近的液面发生弯曲的现象，如图326所示，对此有下列几种解释，其中正确的是() 【导学号：30110034】甲 乙图326A甲图中表面层分子的分布比液体内部疏B乙图中表面层分子的分布比液体内部密C甲图中附着层分子的分布比液体内部密D乙图中附着层分子的分布比液体内部疏E两图中附着层分子的分布均比液体内部密【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；液体内部分子力约为零，所以表面层分子比内部稀疏，分子力表现为引力，表面层分子比内部密，分子力表现为斥力故A、C、D正确【答案】ACD10下列有关浸润及不浸润的解释正确的是()A在夏季，人穿棉线衣服感觉舒适是因为汗水对棉线是浸润物体B单杠、双杠运动员上杠表演前，手及杆上涂镁粉，是因为水对镁粉是浸润物体C布制的雨伞伞面能明显看到线的缝隙，但雨伞不漏雨水是因为水对伞面不浸润D酒精灯的灯芯经常是用棉线做成，因为酒精对棉线是浸润物体E水银气压计中，水银在玻璃管中上升，是由于毛细现象【解析】雨伞不漏雨水是因为水浸润伞面后水的表面张力作用，C错；酒精灯灯芯经常用棉线做成，酒精对棉线是浸润物体，D对，A、B对；水银在气压计中上升是因为大气压的作用，E错【答案】ABD11简要回答下列问题：(1)农民用水浇地后，在地面将要晾干时，用锄锄地(就是把地面土弄松)，这起什么作用？(2)砖铺的地面为什么容易返潮？【解析】(1)土壤中有很多小缝隙如同毛细管，会把深层的水分输送到土壤表面，锄地可以破坏土壤中的毛细管，从而使土壤中的水分得到保持(2)因为土壤和砖块里都有许多细小孔道，这些细小孔道起着毛细管的作用，土壤中的水可以通过这些毛细管上升到地面上来，所以容易返潮【答案】见解析12两个完全相同的空心玻璃球壳，其中一个盛有一半体积的水，另一个盛有一半体积的水银，将它们封闭起来用航天飞机送到绕地球做匀速圆周运动的空间实验站中去，在如图327所示的四个图中(图中箭头指向地球中心)：图327(1)水在玻璃球壳中分布的情况，可能是_图(2)水银在玻璃球壳中分布的情况，可能是_图【解析】绕地球做匀速圆周运动的空间实验站中，球壳和其中的水、水银均处于完全失重状态水浸润玻璃，附着层有扩大的趋势；水银不浸润玻璃，附着层有收缩的趋势水和水银跟气体(空气或其他气体)接触的表面层都有收缩(使表面积最小)的趋势【答案】(1)C(2)B13要想把凝在衣料上面的蜡或油脂去掉，只要把两层吸墨纸分别放在这部分衣料的上面和下面，然后用热熨斗在吸墨纸上来回熨烫就可以了，为什么这样做可以去掉衣料上的蜡或油？【解析】熔化的蜡或油脂浸润吸墨纸，放在衣料上、吸墨纸内有许多细小的孔道起着毛细管的作用，当蜡或油脂受热熔化成液体后，由于毛细现象，它们就会被吸墨纸吸掉【答案】见解析