2024-2025學(xué)年新教材高中物理第2章固體與液體第2節(jié)表面張力和毛細(xì)現(xiàn)象第3節(jié)材料及其應(yīng)用學(xué)案魯科版選擇性必修3

PAGE10-第2節(jié)表面張力和毛細(xì)現(xiàn)象第3節(jié)材料及其應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.[物理觀念]知道液體表面的收縮趨勢，理解液體表面存在表面張力現(xiàn)象．2.[科學(xué)思維]從微觀角度了解液體表面張力的成因．3.[物理觀念]知道什么是浸潤和不浸潤現(xiàn)象，能用浸潤和不浸潤原理說明生活中常見的現(xiàn)象．4.[科學(xué)思維]知道附著層的特點(diǎn)，理解浸潤和不浸潤現(xiàn)象產(chǎn)生的緣由．5.[物理觀念]知道毛細(xì)現(xiàn)象，會(huì)用毛細(xì)現(xiàn)象特點(diǎn)說明生活中常見的現(xiàn)象．6.[科學(xué)看法與責(zé)任]初步了解液晶的微觀結(jié)構(gòu)，了解液晶具有的物理特征，知道液晶的一般用途．一、液體表面的收縮趨勢1．試驗(yàn)：視察肥皂膜的變更(1)現(xiàn)象①鐵絲框上的肥皂膜會(huì)把滑桿拉回．②肥皂膜里的棉線圈，當(dāng)刺破棉線圈內(nèi)肥皂膜，棉線圈外的肥皂膜使棉線張緊，形成圓形．(2)結(jié)論：液體的表面類似于張緊的彈性薄膜，具有收縮的趨勢．2．試驗(yàn)結(jié)論由試驗(yàn)知，液體表面有一種收縮的趨勢，正是這種收縮，使露珠、浮滴等外形呈現(xiàn)球形．二、表面張力1．表面層(1)定義：液體與氣體接觸的表面存在的一個(gè)薄層．(2)特點(diǎn)：表面層分子的分布比液體內(nèi)部稀疏．2．表面張力(1)定義：液體表面各部分間相互吸引的力．(2)作用效果：由于表面張力的作用，液體表面總要收縮到盡可能小的面積．而體積相等的各種形態(tài)的物體中，球形物體的表面積最?。虼诵∷?、小露珠等都呈現(xiàn)球形．若露珠過大，重力影響不能忽視，則呈橢球形．完全失重環(huán)境下，可形成標(biāo)準(zhǔn)的球形．三、浸潤與不浸潤1．定義(1)浸潤：液體附著在固體表面上的現(xiàn)象．(2)不浸潤：液體不附著在固體表面上的現(xiàn)象．2．產(chǎn)生的緣由(1)三個(gè)相關(guān)概念①附著層：當(dāng)液體跟固體接觸時(shí)，在接觸處形成的液體薄層．②內(nèi)聚力：附著層中的液體分子受到的液體內(nèi)部分子的吸引力．③附著力：附著層中的液體分子受到的固體分子的吸引力．(2)產(chǎn)生緣由分析：由于內(nèi)聚力與附著力的大小不同①當(dāng)內(nèi)聚力大于附著力時(shí)，液體不浸潤固體．②當(dāng)內(nèi)聚力小于附著力時(shí)，液體浸潤固體．四、毛細(xì)現(xiàn)象1．定義浸潤液體在細(xì)管里上升的現(xiàn)象和不浸潤液體在細(xì)管里下降的現(xiàn)象．2．毛細(xì)管能夠發(fā)生毛細(xì)現(xiàn)象的管．3．特點(diǎn)水在玻璃管中會(huì)出現(xiàn)凹形彎月面；水銀在玻璃管中則會(huì)出現(xiàn)凸形彎月面．且管的內(nèi)徑越小，前者水面越高，后者水銀面越低．五、液晶1．定義既具有像液體那樣的流淌性和連續(xù)性，又具有晶體那樣的各向異性特點(diǎn)的流體．2．性質(zhì)外界條件的微小變更，會(huì)引起液晶分子排列的變更，從而變更液晶的某些性質(zhì)，例如溫度、壓力、摩擦、電磁作用、容器的表面差異等，都可以變更液晶的光學(xué)性質(zhì)．3．應(yīng)用(1)液晶顯示器．(2)液晶測溫．六、材料種類和新材料及其應(yīng)用1．材料的分類(1)按材料特性分為：結(jié)構(gòu)材料和功能材料．(2)按應(yīng)用領(lǐng)域分為：信息材料、能源材料、建筑材料、生物材料、航空航天材料等．(3)按習(xí)慣分為：金屬材料、無機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料和復(fù)合材料．2．新材料(1)材料科學(xué)是探討材料的制造、結(jié)構(gòu)與性能三者之間相互關(guān)系的科學(xué)．(2)納米是長度單位，1nm＝10－9m，顆粒在1～100nm的材料稱為納米材料．(3)發(fā)生形變后幾乎能100%復(fù)原原狀的材料稱為形態(tài)記憶合金．(4)微電子材料：半導(dǎo)體．(5)力、熱、聲、光、磁等方面的某些性能會(huì)發(fā)生突變的納米材料．(6)材料、能源、信息被當(dāng)今國際社會(huì)公認(rèn)為現(xiàn)代文明的三大支柱．1．思索推斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)注滿氫氣的彩色氣球飄向空中是因表面張力所致． (×)(2)液晶分子在特定方向排列比較整齊． (√)(3)電子手表中的液晶在外加電壓的影響下，能夠發(fā)光． (×)(4)毛細(xì)現(xiàn)象只指浸潤液體在細(xì)管里上升的現(xiàn)象． (×)(5)在內(nèi)徑小的容器里，假如液體能浸潤器壁，液面呈凸形． (×)(6)假如固體分子對液體分子間的引力比較弱，就會(huì)形成不浸潤現(xiàn)象． (√)2．(多選)將一枚硬幣輕輕地平放在水面上，可以不下沉，下列關(guān)于與硬幣重力相平衡的力的說法，不正確是()A．水面支持力的產(chǎn)生是由于水的表面張力B．水的表面張力C．水的浮力和表面張力的合力D．水的浮力和空氣浮力的合力BCD[硬幣受到重力和水面賜予的支持力作用而平衡，表面張力是水面上各部分水之間的作用力的合力，而不是硬幣受到的力；當(dāng)然支持力的產(chǎn)生是由于水的表面張力所致；硬幣并沒有浸入水中，故不受浮力作用．故A正確，B、C、D錯(cuò)誤．]3．(多選)下列現(xiàn)象中與毛細(xì)現(xiàn)象有關(guān)的是()A．磚塊吸水B．毛巾的一只角浸入水中，水會(huì)沿毛巾上升，使毛巾潮濕C．洗凈的衣服在太陽下被曬干D．自來水筆從墨水瓶里把墨水吸入筆中AB[磚塊、毛巾、棉花、木材、植物根和莖等物體內(nèi)部有很多細(xì)小的管道，可起到毛細(xì)管的作用，水會(huì)在這些細(xì)小的管道中上升，A、B正確；洗凈的衣服在太陽下被曬干，這是蒸發(fā)覺象，C錯(cuò)誤；自來水筆是靠大氣壓強(qiáng)把墨水吸入筆中的，故D錯(cuò)誤．]表面張力雨傘的傘面上有很多細(xì)小的孔，為什么下雨時(shí)，雨水不會(huì)從孔里漏下來？提示：因?yàn)橛晁畬⒓喚€浸濕后，在紗線孔隙中形成水膜，水膜的表面張力使雨水不會(huì)漏下來．1．表面特性表面層分子之間的引力使液面產(chǎn)生了表面張力，使液體表面似乎一層繃緊的膜．所以說表面張力是表面層內(nèi)分子力作用的結(jié)果．2．表面張力的方向表面張力的方向和液面相切，垂直于液面上的各條分界線．如圖所示．3．表面張力的大小除了跟分界線長度有關(guān)外，還跟液體的性質(zhì)和溫度有關(guān)．一般狀況下，溫度越高，表面張力就越小．另外，雜質(zhì)也會(huì)明顯地變更液體的表面張力大?。热绺蓛舻乃泻艽蟮谋砻鎻埩?，而沾有肥皂液的水的表面張力就比較?。?．表面張力的作用表面張力使液體表面具有收縮趨勢，使液體表面積趨于最?。隗w積相同的條件下，球形的表面積最?。纠?】關(guān)于液體的表面張力，下列說法正確的是()A．在液體的表面層里，分子比較稀疏，分子間只有引力沒有斥力B．在液體的表面層里，分子比較密集，分子間只有斥力沒有引力C．液體的表面層中斥力大于引力，使得液體的表面收縮到最小，所以露珠呈球形D．液體的表面層中引力大于斥力，使得液體的表面收縮到最小，所以露珠呈球形D[與氣體接觸的液體表面分子比較稀疏，間距大于液體內(nèi)部分子間距離，液體表面層的分子間同時(shí)存在相互作用的引力與斥力，A、B錯(cuò)誤；但由于分子間的距離大于分子的平衡距離r0，分子引力大于分子斥力，分子力表現(xiàn)為引力，即存在表面張力，表面張力使液體表面有收縮的趨勢，所以露珠呈球形，C錯(cuò)誤，D正確．]液體表面層與液體內(nèi)部分子分布特點(diǎn)液體表面層液體內(nèi)部分子密度稀疏密集分子間距d10－10m<d<10－9md＝10－10m分子力表現(xiàn)為引力(合力)斥力與引力平衡(合力為零)表現(xiàn)表面有收縮趨勢不易被壓縮[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．(多選)下面有關(guān)表面張力的說法中，正確的是()A．表面張力的作用是使液體表面伸張B．表面張力的作用是使液體表面收縮C．有些小昆蟲能在水面上自由行走，這是由于有表面張力的原因D．用滴管滴液滴，滴的液滴總是球形，這是由于表面張力的原因BCD[表面張力的作用效果是使液體表面收縮，B正確，A錯(cuò)誤；由于表面張力，液面被壓彎并收縮，使小昆蟲浮在液面上，C正確；由于表面張力使液滴收縮成球形，D正確．]浸潤與不浸潤你視察過落水的雞嗎？如圖所示，雞落水時(shí)會(huì)全身濕透，俗稱“落湯雞”，而鴨子在水中游戲，上岸后抖一抖身子，水便會(huì)被抖落，比雞可瀟灑多了，你知道這是為什么嗎？提示：這是由于鴨子常常用嘴把油脂涂到羽毛上，使水不浸潤羽毛．1．液體能否浸潤固體由內(nèi)聚力和附著力大小確定(1)內(nèi)聚力大于附著力．附著層的分子比液體內(nèi)部稀疏，附著層內(nèi)出現(xiàn)與液體表面張力相像的收縮力，此時(shí)跟固體接觸的液體表面有縮小的趨勢，形成不浸潤．(2)內(nèi)聚力小于附著力．附著層中的分子比液體內(nèi)部更密，附著層中出現(xiàn)液體分子相互排斥的力，此時(shí)跟固體接觸的液面有擴(kuò)展的趨勢，形成浸潤．2．微觀說明當(dāng)液體與固體接觸時(shí)，附著層中的液體分子受固體分子的吸引比液體內(nèi)部分子弱，結(jié)果附著層中的液體分子比其內(nèi)部稀疏，這時(shí)在附著層中就出現(xiàn)跟表面張力相像的收縮力，使跟固體接觸的液體表面有縮小的趨勢，因而形成不浸潤現(xiàn)象．相反，假如受到固體分子的吸引相對較強(qiáng)，附著層里的分子就比液體內(nèi)部更密，在附著層里就出現(xiàn)液體分子相互排斥的力，這時(shí)跟固體接觸的表面有擴(kuò)展的趨勢，從而形成浸潤現(xiàn)象．總之，浸潤和不浸潤現(xiàn)象是分子力作用的宏觀表現(xiàn)．【例2】下列對浸潤與不浸潤現(xiàn)象的相識正確的是()A．水是浸潤液體，水銀是不浸潤液體B．浸潤現(xiàn)象中，附著層里分子比液體內(nèi)部稀疏C．不浸潤現(xiàn)象中，附著層里的分子受到固體分子的吸引較液體內(nèi)部分子的吸引強(qiáng)D．不浸潤現(xiàn)象中，附著層里分子間表現(xiàn)出吸引力；浸潤現(xiàn)象中，附著層里分子間表現(xiàn)出排斥力D[一種液體是否浸潤某種固體，與這兩種物質(zhì)的性質(zhì)均有關(guān)，不能確定哪種液體是浸潤液體或不浸潤液體，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；在浸潤現(xiàn)象中，附著層內(nèi)分子受到固體分子吸引力較液體內(nèi)部分子吸引力大，分子分布比液體內(nèi)部更密，因而在附著層里液體分子表現(xiàn)出相互排斥的力，附著層有擴(kuò)展的趨勢，故選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確．]分析浸潤與不浸潤問題的要點(diǎn)歸納(1)同一種固體，對有些液體浸潤，對有些液體不浸潤；同一種液體，對一些固體是浸潤的，對另一些固體是不浸潤的．(2)液體浸潤固體，附著層面積要擴(kuò)張；不浸潤固體，附著層面積要收縮．(3)發(fā)生浸潤還是不浸潤是看固體分子和液體內(nèi)部分子對附著層分子的吸引力的強(qiáng)弱．[跟進(jìn)訓(xùn)練]2．(多選)如圖所示的現(xiàn)象中，下列說法正確的是()甲乙A．圖甲為浸潤現(xiàn)象，圖乙為不浸潤現(xiàn)象B．圖甲中附著層的液體分子比液體內(nèi)部的分子稀疏C．圖甲和圖乙中表面層的液體分子都比液體內(nèi)部的分子稀疏D．圖甲中表面層分子比液體內(nèi)部稀疏，而圖乙中表面層分子比內(nèi)部密集AC[由圖可知，圖甲為浸潤現(xiàn)象，圖乙為不浸潤現(xiàn)象，選項(xiàng)A正確；圖甲中附著層的液體分子比液體內(nèi)部的分子密集，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；圖甲和圖乙中表面層的液體分子都比液體內(nèi)部的分子稀疏，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤．]毛細(xì)現(xiàn)象你知道為什么松土能保持土壤中的水分嗎？提示：把地面的土壤鋤松，破壞了土壤里的毛細(xì)管，地下的水分就不會(huì)沿著毛細(xì)管上升到地面被蒸發(fā)掉．1．毛細(xì)現(xiàn)象浸潤液體在毛細(xì)管里上升后，形成凹月面，不浸潤液體在毛細(xì)管里下降后形成凸月面的現(xiàn)象．2．毛細(xì)現(xiàn)象產(chǎn)生的緣由浸潤液體與毛細(xì)管內(nèi)壁接觸時(shí)，液體表面發(fā)生彎曲，呈凹形．液體表面就像一張張緊了的凹形的彈性薄膜，表面張力的收縮作用總是力圖使凹形表面的面積縮小，對表面下的液體產(chǎn)生向上的提拉作用(如圖所示)，于是管內(nèi)液體上升，直到表面張力向上的提拉作用與管內(nèi)上升的液柱所受的重力達(dá)到平衡時(shí)，管內(nèi)液體才停止上升，穩(wěn)定在確定的高度．不浸潤液體在毛細(xì)管里下降則是由于表面張力的收縮作用總是力圖使凸形表面的面積減小，對表面下的液體產(chǎn)生向下的作用導(dǎo)致的(如圖所示)．【例3】附著層里的液體分子比液體內(nèi)部稀疏的緣由是()A．附著層里液體分子間的斥力強(qiáng)B．附著層里液體分子間的引力強(qiáng)C．固體分子對附著層里的液體分子的吸引，比液體內(nèi)部分子的吸引弱D．固體分子對附著層里的液體分子的吸引，比液體內(nèi)部分子的吸引強(qiáng)C[附著層里的分子既受到固體分子的吸引，又受到液體內(nèi)部分子的吸引，假如受到的固體分子的吸引比較弱，附著層里的部分分子進(jìn)入液體內(nèi)部，從而使附著層的分子比液體內(nèi)部稀疏，所以C正確，A、B、D錯(cuò)誤．][跟進(jìn)訓(xùn)練]3．(多選)水對玻璃是浸潤液體，而水銀對玻璃是不浸潤液體．它們在毛細(xì)管中將發(fā)生上升或下降的現(xiàn)象．現(xiàn)把粗細(xì)不同的三根毛細(xì)管插入水和水銀中，如圖所示．其中正確的現(xiàn)象應(yīng)是()AD[解答本題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：(1)浸潤液體和不浸潤液體具有不同的毛細(xì)現(xiàn)象．(2)毛細(xì)管越細(xì)，內(nèi)、外液面的高度差越大．浸潤液體在毛細(xì)管內(nèi)上升，管越細(xì)，上升越高；不浸潤液體在毛細(xì)管內(nèi)下降，管越細(xì)，下降越多．故A、D對，B、C錯(cuò)．]液晶液晶電視已經(jīng)走進(jìn)尋常百姓家，液晶顯示器是如何顯示各種顏色的呢？提示：在液晶中摻入少量多色性染料，當(dāng)液晶中電場強(qiáng)度不同時(shí)，它對不同顏色的光汲取強(qiáng)度不一樣，從而顯示出各種顏色．1．液晶的主要性質(zhì)(1)液晶具有晶體的各向異性的特點(diǎn)緣由是在微觀結(jié)構(gòu)上，從某個(gè)方向看，液晶的分子排列比較整齊，有特別的取向．(2)液晶具有液體的流淌性緣由是從另一方向看液晶分子排列是雜亂的，因而液晶又具有液體的性質(zhì)，具有確定的流淌性．(3)液晶分子的排列特點(diǎn)液晶分子的排列特點(diǎn)是從某個(gè)方向上看，液晶分子的排列比較整齊；但是從另一個(gè)方向看，液晶分子的排列又是雜亂無章的．(4)液晶的物理性質(zhì)液晶的物理性質(zhì)很簡單受外界的影響(如電場、壓力、光照、溫度)發(fā)生變更．2．液晶的主要應(yīng)用液晶在溫度變更時(shí)會(huì)變更顏色．隨著溫度的上升，色調(diào)按紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫的依次變更，溫度下降時(shí)又按相反依次變色，而且靈敏度很高，在不到1℃的溫差內(nèi)就可以顯出整個(gè)色譜．利用液晶的這種溫度效應(yīng)可以探測溫度．【例4】(多選)關(guān)于液晶的分子排列，下列說法正確的是()A．液晶分子在特定方向排列整齊B．液晶分子的排列不穩(wěn)定，外界條件的微小變動(dòng)會(huì)引起液晶分子排列的變更C．液晶分子的排列整齊且穩(wěn)定D．液晶的物理性質(zhì)穩(wěn)定AB[液晶分子在特定方向上排列比較整齊，故A正確；液晶分子排列不穩(wěn)定，外界條件的微小變動(dòng)會(huì)引起液晶分子排列的變更，故B正確，C錯(cuò)誤；液晶的物理性質(zhì)不穩(wěn)定，例如有一種液晶，在外加電壓的影響下，會(huì)由透亮狀態(tài)變成渾濁狀態(tài)，去掉電壓，又復(fù)原透亮狀態(tài)，故D錯(cuò)誤．]1液晶既有液體的流淌性和連續(xù)性，表現(xiàn)不夠穩(wěn)定，又具有晶體的一些各向異性特點(diǎn)，是某些特別的有機(jī)化合物.2液晶的物理性質(zhì)很簡單在外界的影響如電場、壓力、光照、溫度下發(fā)生變更.[跟進(jìn)訓(xùn)練]4．(多選)關(guān)于液晶，下列說法正確的有()A．液晶是一種晶體B．液晶分子的空間排列是穩(wěn)定的，具有各向異性C．液晶的光學(xué)性質(zhì)隨溫度的變更而變更D．液晶的光學(xué)性質(zhì)隨外加電壓的變更而變更CD[液晶的微觀結(jié)構(gòu)介于晶體和液體之間，A錯(cuò)誤；雖然液晶分子在特定方向排列比較整齊，具有各向異性，但分子的排列是不穩(wěn)定的，B錯(cuò)誤；外界條件的微小變更都會(huì)引起液晶分子排列的變更，從而變更液晶的某些性質(zhì)，例如溫度、壓力、外加電壓等因素變更時(shí)，都會(huì)變更液晶的光學(xué)性質(zhì)，C、D正確．]1．如圖所示，金屬框上陰影部分表示肥皂膜，它被棉線分割成a、b兩部分．若將肥皂膜的a部分用熱針刺破，棉線的形態(tài)是圖中的()ABCDD[肥皂膜未被刺破時(shí)，作用在棉線兩側(cè)的表面張力相互平衡，棉線可以有隨意形態(tài)．當(dāng)把a(bǔ)部分液膜刺破后，在b部分液膜表面張力的作用下，棉線將被繃緊，因液體表面有收縮到面積最小的趨勢，而在同周長的幾何圖形中，圓面積最大，所以棉線被拉成凹的圓弧形態(tài)．正確選項(xiàng)為D．]2．(多選)下列現(xiàn)象中，能說明液體存在表面張力的有()A．水黽可以停在水面上B．葉面上的露珠呈球形C．滴入水中的紅墨水很快散開D．懸浮在水中的花粉做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)AB[由于表面張力的作用，水的表面層分子間表現(xiàn)為引力，使表面形成了彈性膜，使水黽可以停在水面上；由于表面張