高中物理 第2章 第45节 液体的性质 液晶 液体的表面张力学案 粤教版选修33.docx

高中物理 第2章 第45节 液体的性质 液晶 液体的表面张力学案 粤教版选修33.docx

《高中物理 第2章 第45节 液体的性质 液晶 液体的表面张力学案 粤教版选修33.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 第2章 第45节 液体的性质 液晶 液体的表面张力学案 粤教版选修33.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高中物理第2章第45节液体的性质液晶液体的表面张力学案粤教版选修33

2019-2020年高中物理第2章第4、5节液体的性质液晶液体的表面张力学案粤教版选修3-3

1．知道液体的性质．

2．了解液晶的微观结构，并通过实例了解液晶在显示技术中的应用．

3．知道液体的表面张力．

4．会应用分子动理论的观点，解释液体表面张力产生的原因．

1．液体不易压缩，说明液体分子之间的距离很小，液体不像固体那样具有一定的形状，而且具有流动性，这说明液体分子间的相互作用力比固体分子间的作用力要小，液体分子的移动更容易，所以在相同温度下，液体的扩散速度比固体的要快．

2．液体分子在暂时形成的微小区域内规则排列，但这些小区域不稳定，有时瓦解，有时形成；且杂乱无章的分布，因此液体在宏观上呈现各向同性．

3．液晶在力学性质上与液体相同，具有流动性、连续性，在光学性质、电学性质等方面又具有各向异性，它同时具备液体和晶体的双重性质．

4．按照液晶分子的排列情况的不同，液晶有很多种类，长丝状液晶的分子呈长棒形排列，它对外加电压的作用很敏感，通常用来制作显示元件；螺旋状液晶的分子分层排列，排列方向相同且呈螺旋状结构，可以利用它对光随温度的变化的选择性反射的特性来探测温度．

5．如果在液体表面任意划一条线，线两侧的液体之间的作用力是引力，它的作用是使液体表面张紧，所以叫做液体的表面张力，在表面张力的作用下，液体表面具有收缩趋势．

1．做这样的实验：

如图所示，先把一个棉线圈拴在铁丝环上，再把环在肥皂水里浸一下，使环上布满肥皂的薄膜．如果用热针刺破棉线圈里那部分薄膜，则棉线圈将成为（C）

A．椭圆形B．长方形

C．圆形D．任意形状

解析：

由于表面张力的作用，当刺破棉线圈里的薄膜时，棉线圈外的薄膜就会收缩，使棉线圈张紧成圆形．

2．在以下事例中，不能用液体表面张力来解释的是（B）

A．草叶上的露珠呈圆球形

B．油滴在水面上会形成一层油膜

C．用湿布不易擦去玻璃窗上的灰尘

D．油瓶外总是附有一层薄薄的油

解析：

要抓住表面张力产生的原因，要结合实例和具体现象去分析．液体的表面层由于与空气接触，所以表面层里分子的分布比较稀疏，分子间呈引力作用．在这个力作用下，液体表面有收缩到最小的趋势，这个力就是表面张力．结合四个例子看，只有B中油膜不是收缩而是扩散，所以B不能用表面张力的理论来解释．

3．洗涤剂能除去衣服上的污垢，其原因是（C）

A．降低了水的表面张力，使水和洗涤剂容易进入被洗物质的纤维和附着的污垢粒子之间

B．增加了水的表面张力，使水和洗涤剂容易进入被洗物质的纤维和附着的污垢粒子之间

C．洗涤剂分子的吸引力将污垢粒子吸入水中

D．洗涤剂的分子斥力将污垢粒子推离衣服纤维表面

4．液体在宏观上呈现出各向同性，原因是（B）

A．液体分子是密集在一起的

B．液体中近似保持规则排列的微小区域分布杂乱无章

C．液体分子主要是在平衡位置附近振动

D．液体分子的平衡位置经常改变

5．（多选）下列现象中，能说明液体存在表面张力的有（AB）

A．水黾可以停在水面上

B．叶面上的露珠呈球形

C．滴入水中的红墨水很快散开

D．悬浮在水中的花粉做无规则运动

解析：

A、B说明液体存在表面张力，C是扩散现象，D是布朗运动说明分子做热运动．

6．（多选）关于液体的微观结构，下列说法中正确的是（AD）

A．液体分子间距离较小，分子是密集在一起的

B．液体分子间作用力较弱，分子像一盘散沙，这是液体具有流动性的原因

C．液体分子的排列杂乱无章，这使液体具有各向同性

D．在液体内部存在许多分子排列规则的小区域，这些小区域的分布杂乱无章

7．（多选）关于液晶，下列说法正确的是（BD）

A．因为液晶是介于晶体与液体之间的中间态，所以液晶实际上是一种非晶体

B．液晶具有液体的流动性，是因为液晶分子尽管有序排列，但却位置无序，可自由移动

C．任何物质在任何条件下都可以存在液晶态

D．天然存在的液晶很少，多数液晶是人工合成的

解析：

液晶是一种介于晶体与液体之间的中间态，它不是晶体更不是非晶体；液晶分子的排列像晶体分子一样排列有序，但是它们又像液体分子一样可以自由移动，没有固定的位置，即位置无序，所以液晶具有流动性；有些物质只有在特定的条件下才具有液晶态，并不是所有物质都有液晶态的；天然存在的液晶很少，多数液晶是人工合成的，目前已达到5000多种．由上述可知B、D正确．

8．下列说法错误的是（D）

A．液晶既有液体的流动性，也有晶体的各向异性的性质

B．液晶具有电光效应、温度效应、压电效应、化学效应和辐射效应等多种效应

C．利用液晶的温度效应，可以检查肿瘤

D．利用液晶的电光效应，可以确定电子线路中的短路点

解析：

液晶既像液体能流动，又像晶体有各向异性的性质，A正确；液晶具有多种奇特的效应，包括电光效应、温度效应、压电效应、化学效应以及辐射效应等，B正确；利用液晶的温度效应，可以探测温度，由于肿瘤组织的温度与周围正常组织的温度不一样，液晶会显示出不同的颜色，故可以利用液晶检查肿瘤，C正确；利用液晶的电光效应，可以制成液晶显示器，而检查电子线路中的短路点则是利用液晶的温度效应，D错误．

9．如图所示，由于硬币经常和手接触，所以硬币表面有一层油脂，把它轻轻地向水面上平放，硬币就可以漂浮在水面上，为什么？

答案：

硬币漂浮时液面形状如下图所示，硬币边缘的液面斜向上，把斜向上的液体表面张力f分解，硬币水平面上所受的合力为零，故周边上水的表面张力的合力是竖直向上的，正是这一竖直向上的合力与硬币重力平衡，使水“托”住了硬币．

2019-2020年高中物理第2章第4、5节电容器在交流电路中的作用电感器在交流电路中的作用学案教科版选修3-2

[目标定位]1.通过演示实验了解电感器和电容器对交变电流的阻碍和导通作用.2.知道感抗和容抗的物理意义以及与哪些因素有关.3.能够分析简单电路中的电容器、电感器的作用．

一、电容器对交流电的阻碍作用

[问题设计]

如图1甲、乙所示，把灯泡和电容器串联起来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到交流电源上，观察灯泡的发光情况．

图1

（1）分析电容器能通交流的原因．

（2）若把图乙中的电容器去掉，变成图丙所示电路，会发生什么现象？

说明了什么？

（3）在图乙中，改变电容器的电容和电源频率，灯泡亮度会有什么变化？

答案　

（1）把交流电源接到电容器两个极板上后，当电源电压升高时，电源给电容器充电，电荷向电容器极板上聚集，在电路中，形成充电电流；当电源电压降低时，电容器放电，电荷从极板上流出，在电路中形成放电电流．电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，好像是交流“通过”了电容器，但实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质．

（2）灯泡变得比乙中亮，说明电容器对交变电流有阻碍作用．

（3）电容变大时，灯泡变亮；频率增大时，灯泡变亮．

[要点提炼]

1．容抗：

电容器对交流电的阻碍作用．

2．影响容抗的因素：

电容器的电容越大，交流电的频率越高，容抗越小．

3．注意：

电容器能通交变电流，并不是电荷真的穿过了电容器．

4．电容器在电路中的作用：

通交流，隔直流；通高频，阻低频.

二、电感器对交流电的阻碍作用

[问题设计]

如图2所示，把带铁芯的线圈L与小灯泡串联起来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到交流电源上，取直流电源的电压与交流电压的有效值相等．

图2

（1）对比两种情况下灯泡的亮度有什么不同？

说明了什么？

（2）乙图中换用自感系数更大的线圈或调换频率更高的交流电源，灯泡的亮度有何变化？

说明了什么？

答案　

（1）甲图中灯泡比乙图中灯泡更亮，说明电感器对交变电流有阻碍作用．

（2）不论是换用自感系数更大的线圈还是调换频率更高的交流电源，灯泡均变得更暗，说明线圈的自感系数越大，交流电的频率越高，线圈对交流电的阻碍作用越大．

[要点提炼]

1．感抗：

电感器对交变电流的阻碍作用的大小．

2．影响感抗的因素：

线圈的自感系数越大，交流电的频率越高，感抗越大．

3．注意：

电感器的感抗是由变化的电流在线圈中产生的感应电动势引起的，与制成线圈导体的电阻无关．

4．扼流圈是利用电感对交变电流的阻碍作用制成的电感线圈．

（1）高频扼流圈

高频扼流圈的自感系数很小，只对高频交变电流有较大的阻碍作用，对低频交变电流的阻碍作用较小，对直流电流的阻碍作用更小．它具有“通直流，通低频，阻高频”的作用．

（2）低频扼流圈

低频扼流圈的自感系数很大，既使交流的频率较低，它产生的感抗也很大．它具有“通直流，阻交流”的作用．

三、电阻、感抗、容抗的作用及区别

1．容抗的大小除了与电容自身的性质有关，还与交变电流的频率有关，频率越高，容抗越小．（填“大”或“小”）

2．感抗的大小除了与电感线圈自身的性质有关外，还与交变电流的频率有关，频率越高，感抗越大．（填“大”或“小”）

3．电阻无论对直流还是交流，阻碍作用相同，只取决于电阻本身．

一、对容抗的理解

例1　如图3所示，接在交流电源上的灯泡正常发光，以下说法正确的是（　　）

图3

A．把电介质插入电容器，灯泡变亮

B．增大电容器两极板间的距离，灯泡变亮

C．减小电容器两极板间的正对面积，灯泡变暗

D．使交变电流频率减小，灯泡变暗

解析　把电介质插入电容器，电容变大，容抗变小，电容器对交变电流阻碍作用变小，所以灯泡变亮，故A正确；增大电容器两极板间的距离，电容变小，电容器对交变电流阻碍作用变大，所以灯泡变暗，故B错误；减小电容器两极板间的正对面积，电容变小，灯泡变暗，故C正确；使交变电流频率减小，电容器对交变电流阻碍作用变大，灯泡变暗，故D正确．

答案　ACD

二、对感抗的理解

例2　如图4所示的实验电路中，若直流电压和交变电压的有效值相等，S为双刀双掷开关，下列叙述正确的是（　　）

图4

A．当S掷向a、b时灯较亮，掷向c、d时灯较暗

B．当S掷向a、b时灯较暗，掷向c、d时灯较亮

C．S掷向c、d，把电感线圈中的铁芯抽出时灯变亮

D．S掷向c、d，电源电压不变，而使频率减小时，灯变暗

解析　线圈对恒定电流无感抗，对交变电流有感抗，当交流电频率减小时，感抗变小，灯变亮，并且是有铁芯时感抗更大，故铁芯抽出时灯变亮，故A、C正确．

答案　AC

三、电阻、感抗、容抗的对比

例3　如图5所示，电路中完全相同的三只灯泡L1、L2、L3分别与电阻R、电感L、电容C串联，然后再并联到220V、50Hz的交流电路上，三只灯泡亮度恰好相同．若保持交变电压不变，将交变电流的频率增大到60Hz，则发生的现象是（　　）

图5

A．三灯亮度不变

B．三灯均变亮

C．L1亮度不变、L2变亮、L3变暗

D．L1亮度不变、L2变暗、L3变亮

解析　当交变电流的频率变大时，线圈的感抗变大，电容器的容抗变小，因此L3变亮，L2变暗．又因为电阻在直流和交流电路中起相同的作用，故L1亮度不变，所以选D.

答案　D

四、电感器、电容器在电路中的应用

例4　在收音机线路中，经天线接收下来的电信号既有高频成分，又有低频成分，经放大后送到下一级，需要把低频成分和高频成分分开，只让低频成分输送到再下一级，可以采用如图6所示电路，其中a、b应选择的元件是（　　）

图6

A．a是电容较大的电容器，b是低频扼流圈

B．a是电容较大的电容器，b是高频扼流圈

C．a是电容较小的电容器，b是低频扼流圈

D．a是电容较小的电容器，b是高频扼流圈

解析　电容器具有通高频、阻低频的作用，这样的电容器电容较小，所以a处放电容较小的电容器，电感线圈在该电路中要求起到通低频、阻高频的作用，b处接一个高频扼流圈，D对．

答案　D

电容器和电感器在交流电路中的作用

1．（对容抗的理解）如图7所示，白炽灯和电容器串联后接在交流电源的两端，当交流电源的频率增大时（　　）

图7

A．电容器电容增大B．电容器电容减小

C．灯变暗D．灯变亮

答案　D

解析　电容器的电容是由电容器本身的特性决定的，与外加的交流电源的频率无关，选项A、B错误．当交流电源的频率增大时，电容器充、放电的速度加快，电容器的容抗减小，电流增大，灯变亮，故选项C错误，D正确．

2.（对感抗的理解）在如图8所示的电路中，L为电感线圈，灯泡的电阻为R，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压u＝220

sin（100πt）V．若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为100Hz，下列说法正确的是（　　）

图8

A．电流表示数增大

B．电压表示数增大

C．灯泡变暗

D．灯泡变亮

答案　BC

解析　由u＝220

sin（100πt）V，可得电源原来的频率f＝

＝

Hz＝50Hz，当电源频率由原来的50Hz增为100Hz时，线圈的感抗增大，在电压不变的情况下，电路中的电流减小，选项A错误；灯泡的电阻R是一定的，电流减小时，实际消耗的电功率（P＝I2R）减小，灯泡变暗，选项C正确，D错误；电压表与电感线圈并联，其示数为线圈两端的电压UL，设灯泡两端电压为UR，则电源电压的有效值为U＝UL＋UR，因UR＝IR，故电流I减小时，UR减小，因电源电压的有效值保持不变，故UL＝U－UR增大，选项B正确．

3.（电阻、感抗、容抗的对比）如图9所示，三个灯泡相同，而且足够耐压，电源内阻忽略（两电源的电动势相同）．单刀双掷开关S接A时，三个灯亮度相同，那么S接B时（　　）

图9

A．三个灯亮度相同

B．甲灯最亮，丙灯不亮

C．甲灯和乙灯亮度相同，丙灯不亮

D．只有丙灯不亮，乙灯最亮

答案　D

解析　开关S接A时，甲、乙、丙三个支路均有交流电通过，开关S接B时，电路处于直流工作状态．电容器C“隔直流、通交流”；电感线圈L“阻交流、通直流”；R对交流电、直流电有相同的阻抗．可判断S接B时电路中I丙＝0，I甲不变，I乙增大；又因为灯泡亮度与功率（P＝I2R）成正比，所以只有丙灯不亮，乙灯最亮.

题组一　对容抗的理解

1．对交变电流通过电容器的理解正确的是（　　）

A．交变电流能够使电容器极板间的绝缘介质变成导体

B．交变电流定向移动的电荷通过电容器两极板间的绝缘介质

C．交变电流能够使电容器交替进行充电、放电，电路中就有了电流，表现为交变电流通过了电容器

D．交变电流通过了电容器，实际上自由电荷并没有通过电容器极板间的绝缘介质（击穿除外）

答案　CD

解析　电流能“通过”电容器，并非自由电荷真的通过电容器两极板间的绝缘介质，而是交变电流交替对电容器充、放电，电路中有了电流，表现为交变电流通过了电容器．

2．有两个电容器的电容分别为C1＝5μF和C2＝3μF，分别加在峰值一定的正弦交流电源上，在下列各种情况下，哪一种情况通过电容器的电流最大（　　）

A．在C1上所加交变电流频率为50Hz

B．在C2上所加交变电流的频率为50Hz

C．在C1上所加交变电流的频率为100Hz

D．在C2上所加交变电流的频率为100Hz

答案　C

解析　电容越大，交变电流频率越大，容抗越小，电流越容易通过电容器．C1>C2,100Hz>50Hz，所以C正确．

3．如图1所示的电路，F为一交流发电机，C为平行板电容器，为使电流表A的示数增大，可行的办法是（　　）

图1

A．使发电机F的转速增大

B．使发电机F的转速减小

C．在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质

D．使电容器两极板间的距离增大

答案　A

解析　当发电机转速增大时，交变电流的频率增大，容抗减小，电流表A的读数增大，A项正确，B项错误；在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质时，电容器的电容减小，电容器两极板间距离增大时电容也减小，当电容减小时，容抗增大，对交变电源的阻碍作用增大，电流表A示数减小，C、D两项均错误．

题组二　对感抗的理解

4.一个灯泡通过一个粗导线线圈与一交流电源相连接，如图2所示．一铁棒插进线圈后，该灯将（　　）

图2

A．变亮

B．变暗

C．对灯的亮度没影响

D．无法判断

答案　B

解析　在线圈内由于磁场变化而产生的感应电动势，总是阻碍电流变化，正是这种阻碍变化的特性，使线圈产生了感抗．加入铁芯改变了电感线圈的自感系数，使自感系数增大，感抗增大，降落的电压增大，灯泡两端的电压减小，所以灯变暗．

5.如图3所示，输入端a、b的输入电压既有直流成分，又有交流成分，以下说法中正确的是（L的直流电阻不为零但较小）（　　）

图3

A．直流成分只能从L通过

B．交流成分只能从R通过

C．通过R的既有直流成分又有交流成分

D．通过L的直流成分比通过R的直流成分要大

答案　CD

解析　由于线圈L的直流电阻不为零，所以有直流通过R，而线圈对交流有阻碍作用，因此也有交流成分通过R，B错，C正确；由于R对交流也有阻碍作用，所以也有交流成分通过L，A错；因为线圈的直流电阻较小，所以通过线圈的直流成分比通过R的要大，D正确．

题组三　电阻、感抗、容抗的对比

6.如图4所示，甲、乙是规格相同的灯泡，接线柱a、b接电压为U的直流电源时，无论电源的正极与哪一个接线柱相连，甲灯均能正常发光，乙灯完全不亮．当a、b接电压的有效值为U的交流电源时，甲灯发出微弱的光，乙灯能正常发光，则下列判断正确的是（　　）

图4

A．与甲灯串联的元件x是电容器，与乙灯串联的元件y是电感线圈

B．与甲灯串联的元件x是电感线圈，与乙灯串联的元件y是电容器

C．与甲灯串联的元件x是二极管，与乙灯串联的元件y是电容器

D．与甲灯串联的元件x是电感线圈，与乙灯串联的元件y是二极管

答案　B

解析　由a、b接直流电流时的现象可知，元件x“通直流”，元件y“隔直流”，由a、b接交流电源时的现象可知，元件x“阻交流”，元件y“通交流”，根据电容器和电感线圈的特点，可判断元件x是电感线圈，元件y是电容器，选项B正确．

7.如图5所示，在电路两端加上正弦交流电，保持电压有效值不变，使频率增大，发现各灯的亮暗情况是：

灯L1变亮，灯L2变暗，灯L3不变，则M、N、L中所接元件可能是（　　）

图5

A．M为电阻，N为电容器，L为电感线圈

B．M为电感线圈，N为电容器，L为电阻

C．M为电容器，N为电感线圈，L为电阻

D．M为电阻，N为电感线圈，L为电容器

答案　C

解析　

题组四　电感器、电容器在电路中的应用

8.在电子技术中，从某一装置输出的电流既有高频成分又有低频成分，如果只需把低频成分输送到下一级装置，如图6所示，则下列做法合理的是（　　）

图6

A．在a、b间接入一个电容器

B．在a、b间接入一个低频扼流圈

C．在a、b间接入一个高频扼流圈

D．在a、b间接入一个电容器或高频或低频扼流圈都可以

答案　C

解析　电容器是“通高频，阻低频”，低频扼流圈“通直流，阻交流”，而高频扼流圈“通直流，通低频，阻高频”，C对．

9．如图7甲、乙所示是电子技术中的常用电路，a、b是各部分电路的输入端，其中输入的交流高频成分用“”表示，交流低频成分用“～”表示，直流成分用“－”表示．关于两图中负载电阻R上得到的电流特征，下列判断正确的是（　　）

图7

A．图甲中R得到的是交流成分

B．图甲中R得到的是直流成分

C．图乙中R得到的是低频成分

D．图乙中R得到的是高频成分

答案　AC

解析　当交变电流加在电容器上时，有“通交流、隔直流，通高频、阻低频”的特性，题图甲中电容器隔直流，R得到的是交流成分，A正确，B错误；题图乙中电容器通过交流高频成分，阻碍交流低频成分，R得到的是低频成分，C正确，D错误．

10．某一电学黑箱内可能有电容器、电感线圈、定值电阻等元件，在接线柱间以如图8甲所示的“Z”字形连接（两接线柱间只有一个元件）．为了确定各元件种类，小华同学把DIS计算机辅助实验系统中的电流传感器（相当于电流表）与一直流电源、滑动变阻器、开关串联后，分别将AB、BC、CD接入电路，闭合开关，计算机显示的电流随时间变化的图像分别如图9a、b、c所示，则下列判断中正确的是（　　）

图8

图9

A．AB间是电容器B．BC间是电感线圈

C．CD间是电容器D．CD间是定值电阻

答案　ABD

解析　根据题图a可知，有瞬时充电电流，稳定后电路中无电流，说明AB间是电容器，充电完毕，电路为开路，故A正确．根据题图b可知，阻碍电流增大，但是稳定后电流恒定，符合电感线圈的特点，所以BC间为电感线圈，故B正确．根据题图c，接通电路后，电流马上达到稳定值，说明CD间为定值电阻，故C错误，D正确．