高中物理 第3章 固體和液體 3 液晶 4 液體的表面張力教師用書 教科版選修3-3

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3．液晶+4．液體的表面張力 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識 脈 絡(luò) 1.知道什么是液晶，理解液晶的分子結(jié)構(gòu)，知道液晶顯示．(難點(diǎn)) 2．知道液體的微觀結(jié)構(gòu)． 3．掌握通過實驗，觀察液體的表面張力現(xiàn)象．(重點(diǎn)) 4．從微觀角度了解液體表面張力的成因．(難點(diǎn)) 液晶 1．定義：處于固態(tài)與液態(tài)之間的過渡狀態(tài)的物質(zhì)． 2．液晶的分子結(jié)構(gòu)：分子排列在液晶中的有序性介于固體和液體之間． 3．液晶分子的排列會因溫度、壓強(qiáng)、摩擦、電磁作用、容器表面的差異等外界條件的微小變動而發(fā)生變化，由此引起液晶光學(xué)性質(zhì)的改變． 1．液晶在任何條件下，都表現(xiàn)出各向異性．() 2．液晶是液體和晶體的混合物．() 3．液晶分子在特定方向排列比較整齊．(√) 液晶顯示的基本原理是什么？ 【提示】　向列型液晶在外加電壓影響下，液晶的分子排列會發(fā)生改變，使液晶由透明變?yōu)椴煌该?，去掉電壓又恢?fù)透明．控制電壓，就可以控制光線能否穿過液晶． 液晶的主要性質(zhì) (1)液晶具有晶體的各向異性的特點(diǎn) 原因是在微觀結(jié)構(gòu)上，從某個方向看，液晶的分子排列比較整齊，有特殊的取向． (2)液晶具有液體的流動性 原因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)，具有一定的流動性． (3)液晶分子的排列特點(diǎn) 液晶分子的排列特點(diǎn)是從某個方向上看液晶分子的排列比較整齊；但是從另一個方向看，液晶分子的排列是雜亂無章的． (4)液晶的物理性質(zhì)情況 液晶的物理性質(zhì)很容易受外界的影響(如電場、壓力、光照、溫度)發(fā)生改變． 1．下列敘述中正確的是(　　) A．液晶態(tài)是一些特殊化合物在任何環(huán)境下表現(xiàn)出的固有狀態(tài) B．利用液晶在外加電壓變化時由透明變渾濁可制作電子表、電子計算器的顯示元件 C．有一種液晶隨溫度的逐漸升高，其顏色按順序改變，利用這種性質(zhì)可用來探測溫度 D．利用液晶可檢查腫瘤，還可以檢查電路中的短路點(diǎn) E．從各個方向看，液晶分子的排列都是比較整齊的 【解析】　液晶態(tài)是某些化合物在特定條件下表現(xiàn)出的一種狀態(tài)，故A錯；對液晶分子，某個方向看排列比較整齊，從另一個方向看排列是雜亂無章的，E錯． 【答案】　BCD 2．液晶在目前最主要的應(yīng)用方向是在________方面的應(yīng)用．這方面的應(yīng)用是利用了液晶的多種________效應(yīng)．筆記本電腦的彩色顯示器也是液晶顯示器．在某些液晶中摻入少量多色性染料，染料分子會與液晶分子結(jié)合而________，從而表現(xiàn)出光學(xué)________．某些物質(zhì)在水溶液中能夠形成________液晶，而這正是________的主要構(gòu)成部分．液晶已經(jīng)成為物理科學(xué)與生命科學(xué)的一個重要結(jié)合點(diǎn)． 【答案】　顯示器　光學(xué)　定向排列　各向異性　薄片狀 (1)液晶既有液體的流動性和連續(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)，是某些特殊的有機(jī)化合物. (2)液晶的物理性質(zhì)很容易在外界的影響(如電場、壓力、光照、溫度)下發(fā)生改變. 液體的表面張力 1．液體的微觀結(jié)構(gòu) (1)液體微粒之間的相互作用力不像固體中的那么強(qiáng)，這使得液體具有一定的體積，不易壓縮，卻沒有一定的形狀． (2)液體微粒的熱運(yùn)動主要是在平衡位置附近的微小振動，但微粒的平衡位置不是固定的，所以液體具有流動性，液體的擴(kuò)散比固體的擴(kuò)散快． 2．液體的表面張力 (1)定義：液體表面存在的收縮力叫做表面張力． (2)作用效果：使液體表面積趨向最?。? (3)成因：在液體的表面層，由于分子之間的間距較大，分子之間的相互作用總體上表現(xiàn)為引力． 1．液體表面張力具有使液體表面收縮的趨勢．(√) 2．木塊浮在水面上是液體表面張力的原因．() 3．液體分子間的相互作用力比固體分子間作用力弱．(√) 我們看到的小草上的露珠為什么都是球形的？ 【提示】　這是由于液體表面張力的作用．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，球形的表面積最小．所以露珠呈球形． 1．液體分子分布特點(diǎn)：由于蒸發(fā)現(xiàn)象，表面層分子的分布比液體內(nèi)部稀疏，即表面層分子間的距離比液體內(nèi)部分子間的距離大． 2．分子力特點(diǎn)：液體內(nèi)部分子間引力、斥力基本上相等，而液體表面層分子之間距離較大，分子力表現(xiàn)為引力． 3．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，使液體表面好像一層繃緊的膜．所以說表面張力是表面層內(nèi)分子力作用的結(jié)果． 4．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331所示． 圖331 5．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?。? 3．關(guān)于液體表面的收縮趨勢，錯誤的說法是(　　) A．因為液體表面分子的分布比內(nèi)部密集，所以有收縮趨勢 B．液體表面分子的分布和內(nèi)部相同，所以有收縮趨勢 C．因為液體表面分子的分布比內(nèi)部稀疏，所以有收縮趨勢 D．液體表面分子受到與其接觸的氣體分子的斥力作用，使液體表面有收縮趨勢 E．液體表面層分子間距r>r0，分子力為引力 【解析】　液體表面層內(nèi)分子比液體內(nèi)部分子分布稀疏．在液體內(nèi)部分子間的距離是r＝r0，分子引力和分子斥力相等，對外表現(xiàn)的分子力為零．在表面層，分子間的距離是r>r0，分子間的作用力表現(xiàn)為相互吸引，它的作用是使液體表面繃緊，有收縮的趨勢，A、B錯誤，C、E正確；表面層上方的氣體分子對液體表面分子的吸引力很小，可以忽略，不是使液體表面收縮的原因，故D錯誤． 【答案】　ABD 4．下列現(xiàn)象中，哪些是液體的表面張力造成的(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：74320046】 A．兩滴水銀相接觸，立即會合并到一起 B．熔化的蠟從燃燒的蠟燭上流下來，冷卻后呈球形 C．用熔化的玻璃制成各種玻璃器皿 D．水珠在荷葉上呈球形 E．木船漂浮在水面上 【解析】　用熔化的玻璃制成各種器皿，跟各種模型有關(guān)，并非表面張力造成的，E項是浮力等于重力的結(jié)果，故本題選A、B、D. 【答案】　ABD 5．(2016武漢高二檢測)下列現(xiàn)象中，關(guān)于液體的表面張力說法正確的是(　　) A．小昆蟲能在水面上自由來往而不陷入水中靠的是液體的表面張力作用 B．小木塊能夠浮于水面上是液體表面張力與其重力平衡的結(jié)果 C．縫衣針浮在水面上不下沉是水的表面張力作用的結(jié)果 D．噴泉噴射到空中形成一個個球形的小水珠是表面張力作用的結(jié)果 E．懸浮在水中的花粉做無規(guī)則運(yùn)動是受水的表面張力作用的結(jié)果 【解析】　仔細(xì)觀察可以發(fā)現(xiàn)，小昆蟲在水面上站定或行進(jìn)過程中，其腳部位置比周圍水面稍下陷，但仍在水面上而未陷入水中，就像踩在柔韌性非常好的膜上一樣，因為這是液體的表面張力在起作用．浮在水面上的縫衣針與小昆蟲情況一樣，故A、C選項正確；小木塊浮于水面上時，木塊的下部實際上已經(jīng)陷入水中(排開一部分水)受到水的浮力作用，是浮力與重力平衡的結(jié)果，而非表面張力在起作用，故B選項錯誤；噴泉噴到空中的水分散時，每一小部分的表面都有表面張力在起作用且水處于完全失重狀態(tài)，因而形成球狀水珠(體積一定情況下以球形表面積為最小，表面張力的作用使液體表面有收縮到最小面積的趨勢)，故D選項正確；E中是水分子的無規(guī)則運(yùn)動的結(jié)果，E錯． 【答案】　ACD 表面張力的特點(diǎn) 1．表面張力是液體分子間的作用力的宏觀表現(xiàn)． 2．表面張力的方向與液面相切，垂直于分界線． 3．表面張力的大小由分界線的長度、液體的種類、純凈度和溫度等因素來決定． 4．表面張力的作用是使液體表面積有收縮到最小的趨勢．