学年高中物理第3章液体第2节毛细现象第3节液晶学案鲁科版选修33.docx

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学年高中物理第3章液体第2节毛细现象第3节液晶学案鲁科版选修33

第2节　毛细现象第3节　液　晶

　1.理解浸润和不浸润现象产生的原因．（重点）　2.掌握液晶的特点和应用．（重点）

3．毛细现象产生的原因和生活中的毛细现象．（难点）

一、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

①附着层：

液体跟固体接触时，在接触处形成的一液体薄层．

②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．

③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．

①当内聚力大于附着力时，液体不浸润固体；

②当内聚力小于附着力时，液体浸润固体．

1．

（1）制作毛巾所用的织物能否被水浸润？

（2）为什么能够用墨水在纸上写字？

（3）各种游禽为防止羽毛被水浸润，采取了什么措施？

提示：

（1）毛巾都是用能被水浸润的织物做成的．

（2）能够用墨水在纸上写字，是因为所用的纸被墨水浸润．

（3）各种游禽用嘴把由体内分泌出来的油脂涂在自己的羽毛上，使羽毛不被水浸润．

二、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．

2．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？

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．

三、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．

　正确理解浸润和不浸润现象

1．附着层

（1）定义：

液体跟固体接触处形成的液体薄层．

（2）特点：

附着层中的液体分子同时受到液体内部分子的吸引力（内聚力）和固体分子的吸引力（附着力）．

2．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．

3．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内部液体分子弱，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．

　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．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．如：

水能浸润玻璃，而不能浸润石蜡；水银不能浸润玻璃，但能浸润锌板．

　（多选）以下各种说法中正确的是（　　）

A．因为水银滴在玻璃板上将成椭球状，所以说水银是一种不浸润液体

B．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

C．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

D．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

[思路点拨]　浸润与不浸润是由液体和固体共同决定的．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．产生的条件是固体分子和液体内部分子对附着层分子的吸引力关系，由此可加以分析判断．

[解析]　水银不浸润玻璃，但可能浸润其他固体，所以A错误，B正确．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，C正确．D选项说明了发生浸润和不浸润现象的微观原理，故选B、C、D.

[答案]　BCD

某种液体是否为浸润液体，并不完全取决于自身，而是由液体和固体的性质共同决定，因此，不要由某一特例就确定是浸润或不浸润．

　1.（多选）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．附着层分子密度大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．管中的液体一定是凹形弯月面的

D．液体跟固体接触的面积有扩大的趋势

解析：

选ACD.由于浸润现象，固体分子与液体分子间的引力强，造成附着层内分子的分布就比液体内部更密，这样就会使液体分子间作用力表现为斥力，使液体跟固体接触的面积有扩大的趋势．

　对毛细现象的正确理解

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．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．

3．因素：

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．

4．成因

（1）浸润液体与毛细管内壁接触时，液体表面发生弯曲，呈凹形，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，管内液面上升，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，管内液体停止上升，稳定在一定的高度．

（2）不浸润液体则与浸润液体情况相反．如图所示．

（1）毛细现象的产生与表面张力及浸润现象都有关系．

（2）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．

　（多选）把极细的玻璃管插入水中与水银中，如图所示，正确表示毛细现象的是（　　）

[思路点拨]　可以从液体是否浸润固体的角度判断液面的形状，由附着层的表面张力判断液面的上升和下降情况．

[解析]　因为水能浸润玻璃，所以A正确，B错误．水银不浸润玻璃，C正确．D项中外面浸润，里面不浸润，所以是不可能的，故正确选项为A、C.

[答案]　AC

液体与管浸润，则管壁给液体向上的拉力，液面下凹；液体不浸润管，则管壁给液体向下的拉力，靠近管壁处的液体下降，液面上凸．

　2.（多选）用干净的玻璃毛细管做毛细现象的实验时，可以看到（　　）

A．毛细管插入水中，管越细，管内水面越高，管越粗，管内水面越低

B．毛细管插入水银中，管越细，管内水银面越高

C．毛细管插入跟它浸润的液体中时，管内液面上升，插入跟它不浸润的液体中时，管内液面降低

D．毛细管插入跟它不浸润的液体中时，管内液面上升，插入跟它浸润的液体中时，管内液面下降

解析：

选AC.毛细管插入跟它浸润液体中时液面上升，而且管越细，液面越高，管越粗，液面越低．毛细管插入跟它不浸润液体中时，液面下降，而且管越细，液面越低，管越粗，液面越高．

　液晶及其应用

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，这是其物理性质各向异性的主要原因．

（2）液晶具有液体的流动性．原因是在某个特定方向上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．

2．液晶的主要应用

（1）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．利用向列型液晶的这种性质可以制造各种液晶显示器．

（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．

　液晶既具有液体的特点，也具有晶体的特点，但它既不是液体，也不是晶体，它是独立于液体和晶体之外的一种特殊流体．

　（多选）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

[思路点拨]　液晶的性质和特点是解题的关键．

[解析]　液晶是一种特殊的物质，既具有液体的流动性，又像某些晶体那样具有光学各向异性，A、B错误；有些液晶的光学性质随温度的变化而变化，C正确；液晶的光学性质随外加电压的变化而变化，D正确．注意液晶既具有液体的流动性，又像某些晶体那样具有光学各向异性，它既不同于一般液体，也不同于晶体，其存在具有特殊性．

[答案]　CD

液晶具有液体和晶体的某些性质，外界条件的微小变化都会引起液晶的某些性质的变化．

　3.关于液晶，下列说法中正确的是（　　）

A．液晶是液体和晶体的混合物

B．液晶分子在特定方向排列比较整齐

C．电子手表中的液晶在外加电压的影响下，能够发光

D．所有物质在一定条件下都能成为液晶

解析：

选B.液晶是某些特殊的有机化合物，在某些方向上分子排列规则，某些方向上杂乱．液晶本身不能发光，所以选项A、C、D错误，选项B正确．

[随堂检测]

1．在水中浸入两个同样细的毛细管，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弯管的最高点还要高，那么弯管中的水将（　　）

A．会不断地流出　　　　　B．不会流出

C．不一定会流出D．无法判断会不会流出

解析：

选B.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，这时合力竖直向上，使水不能流出，选项B正确．

2．（多选）下列关于浸润（不浸润）现象与毛细现象的说法正确的是（　　）

A．水可以浸润玻璃但不能浸润蜂蜡

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

解析：

选AB.水可以附着在玻璃表面上，也就是浸润玻璃，但不会附着在蜂蜡上，也就是说不浸润蜂蜡，所以同一液体对不同的固体，有的可能发生浸润现象，有的可能发生不浸润现象，这与液体和固体的分子作用力有关．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．

3．下列不属于液晶性质的是（　　）

A．流动性B．各向异性

C．温度效应D．荧光效应

解析：

选D.液晶具有流动性、各向异性和温度效应，不具有荧光效应．

4．（多选）关于液晶，下列说法正确的是（　　）

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：

选BD.液晶是一种介于晶体与液体之间的液态晶体，它不是晶体更不是非晶体；液晶分子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．

5．阅读课文相关内容，思考、讨论以下问题：

（1）浸润液体在毛细管内，液面为何成凹弯月面？

是什么原因使液体上升？

上升到什么时候为止？

（2）为什么不浸润液体在毛细管内会下降？

下降到什么时候为止？

解析：

（1）毛细现象是浸润或不浸润和表面张力共同作用而形成的结果．当浸润液体跟毛细管内壁接触时，引起液体附着层扩张，而表面引力的作用使液体与空气的接触面减小而收缩，从而使液面弯曲对液柱起提升作用，而且毛细管内径越小，提升越高，当液面弯曲提升的力与提升的液柱重力平衡时，管内液柱不再升高．

（2）当不浸润液体与毛细管内壁接触时，引起液体附着层收缩，而表面张力也使液面收缩．从而使液面弯曲对液面起压低下降的作用，而且毛细管内径越小，压低下降的高度也越大，当液柱受力平衡时，管内液面不再下降．

答案：

见解析

[课时作业]

一、单项选择题

1．液体的附着层具有收缩趋势的情况发生在（　　）

A．液体不浸润固体的附着层

B．表面张力较大的液体的附着层

C．所有液体的附着层

D．液体浸润固体的附着层

解析：

选A.液体的附着层具有收缩趋势，是因为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，故A项正确．

2．玻璃上不附着水银，产生这种不浸润的原因是（　　）

A．水银具有流动性

B．玻璃表面光滑

C．水银与玻璃接触时，附着层里的水银受到玻璃分子的引力较强

D．水银与玻璃接触时，附着层里的分子比水银内部稀疏

解析：

选D.水银与玻璃接触时，附着层中的液体分子受玻璃分子的吸引比内部液体分子弱，结果附着层中液体分子比水银内部稀疏，附着层中表现出收缩力，使跟玻璃接触的液体表面有缩小的趋势，从而形成不浸润现象．故A、B、C错误，D正确．

3．对毛细管的有关说法，正确的是（　　）

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

解析：

选A.毛细管越细，毛细现象越明显，但管内液面有的升、有的降，A正确，D错误；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错误．

4．关于浸润和不浸润及毛细现象，下列说法中正确的是（　　）

A．水银是浸润液体，水是不浸润液体

B．在内径小的容器里，如果液体能浸润容器壁，则液面成凹形，且液体在容器内上升

C．如果固体分子对液体分子的引力较弱，就会形成浸润现象

D．两端开口、内径不同的几支细玻璃管竖直插入水中，管内水柱高度相同

解析：

选B.液体对固体是否发生浸润现象，是由液体和固体共同决定的，A错；如果液体浸润容器壁就会形成凹面，且液体在容器中上升，B对；如果固体分子对液体表面层分子的引力大于液体内部分子的引力，附着层内的分子较密，分子力表现为斥力，会看到液体的浸润现象，C错；内径不同的几支细玻璃管，管内水柱的高度不同，管越细，高度越高，毛细现象越明显，D错．

5．附着层里的液体分子比液体内部稀疏的原因是（　　）

A．附着层里液体分子间的斥力强

B．附着层里液体分子间的引力强

C．固体分子对附着层里的液体分子的吸引，比液体内部分子的吸引弱

D．固体分子对附着层里的液体分子的吸引，比液体内部分子的吸引强

解析：

选C.附着层里的分子既受到固体分子的吸引，又受到液体内部分子的吸引，如果受到固体分子的吸引比较弱，附着层中的部分分子进入液体内部，从而使附着层的分子比液体内部稀疏，所以C正确，A、D错；对于B，虽然附着层分子稀疏，分子间的吸引强，这是附着层分子稀疏后的一个结果，并不是引起附着层分子稀疏的原因，因此B也错．

6．利用液晶来检查肿瘤，是利用了液晶的（　　）

A．温度效应B．压电效应

C．化学效应D．电光效应

解析：

选A.由于肿瘤组织的温度与周围组织的温度不一样，因此将液晶涂在怀疑有肿瘤处的皮肤上，由于温度效应，液晶会显示不同的颜色．

7．用内径很细的玻璃管做成的水银气压计，其读数比实际气压（　　）

A．偏高B．偏低

C．相同D．无法判断

解析：

选B.水银对玻璃是不浸润的，由于内径很细，则可发生毛细现象，对液柱起压低作用，所以水银柱高度降低，示数偏低，则B正确．

二、多项选择题

8．如图所示的几种情况，哪些是浸润现象（　　）

解析：

选BC.液体与固体是浸润的，则在附着层分子间的引力强于液体分子间的引力，使液体在固体表面有扩展和延伸的现象，选项B、C正确．

9．关于液晶的以下说法正确的是（　　）

A．液晶态的存在只与温度有关

B．因为液晶在一定条件下发光，所以可以用来做显示屏

C．人体的某些组织中存在液晶结构

D．笔记本电脑的彩色显示器，是因为在液晶中掺入了少量多色性染料，液晶中电场强度不同时，它对不同色光的吸收强度不一样，所以显示出各种颜色

解析：

选CD.液晶态可以在一定温度范围或某一浓度范围存在；它对离子的渗透作用与人体的某些组织相同；在外加电压下，对不同色光的吸收程度不同，应选C、D.

10．液晶电视的关键部件是液晶层，下列关于液晶层的工作原理说法中正确的是（　　）

A．液晶分子的空间排列是不稳定的，具有各向异性

B．液晶的光学性质随温度的变化而变化

C．液晶的光学性质不随外加电压的变化而变化

D．液晶的光学性质随外加电压的变化而变化

解析：

选AD.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正确．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．但是液晶电视依据的是液晶的光学性质随外加电压的变化而变化，D正确，B、C错误．

三、非选择题

11．简要回答下列问题：

（1）农民用水浇地后，在地面将要晾干时，用锄头锄地（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．根据液晶的什么性质可以探测温度，还可以用来测微电路中的短路位置．

解析：

有一种液晶，温度改变时会改变颜色，随着温度的逐渐升高，液晶的颜色就发生改变，温度降低，又按相反顺序改变，液晶的这种性质，可以用来探测温度．微电路中，某处发生短路，温度升高，液晶显示出不同的颜色．

答案：

见解析