高中物理沪科技版（2020）选修第三册第四节 液体的基本性质教学演示ppt课件

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在杯子中盛满清水。将曲别针一枚一枚依次放入杯中，比一比看谁放入的曲别针数量最多，而杯中的水不会溢出。你能解释这一现象吗？
我们发现; 一些昆虫可以停在水面上;叶面上的露珠呈球形……这些现象表明，液体表面可能具有与内部不同的性质。
1、把一条细棉线的两端系在铁环上，要使棉线处于略为松驰的状态。然后将铁丝环浸入肥皂液里、再拿出来时环上就留下了一层肥皂液的薄膜。这时薄膜上的棉线仍是松弛的。用烧热的针刺破棉线某一側的薄膜，观察薄膜和棉线发生的变化。
现象：细棉线被拉直了。
结论：液体表面有收缩的趋势。
2、把一个棉线图系在铁丝环上，使环上布满肥皂液的薄膜，这时膜上的棉线圈仍是松弛的。用烧热的针刺破棉图里的薄膜，观察棉线圈外的薄膜和棉线圈发生的变化。
现象:刺破棉线左侧的薄膜，右侧的薄膜就会收缩，使棉线向右弯成弧形；刺破棉线右侧的薄膜，左侧的薄膜就会收缩，使棉线向左弯成弧形．
现象:刺破棉线圈里的肥皂膜后，棉线圈外的薄膜就会收缩，使棉线圈张紧成圆形．
液体的表面就好像张紧的橡皮膜一样，具有收缩的趋势．
周长相同时，圆面积最大。
表面层分子间距比较稀疏，分子间距r>r0
分子间的作用表现为引力。
使液面收缩绷紧，使其收缩到表面积最小。
由于蒸发现象，液体跟气体接触的表面有一薄层，叫做表面层
线两侧液体之间的作用力为引力
在液体表面设想一条任意直线，把液面分成两个部分
表面张力方向与液面相切，垂直于所画的线MN
2、表面张力：液面各部分间的相互吸引力就叫做表面张力
①分子分布特点：由于蒸发现象，液体表面分子分布比内部分子稀疏．②分子力特点：液体内部分子间引力、斥力基本上相等，而液体表面层分子之间距离较大，分子力表现为引力．③表面特性：表面层分子之间的引力使液面产生了表面张力，使液体表面好像一层绷紧的膜．④表面张力的方向：表面张力的方向和液面相切，垂直于液面上的各条分界线．
4、液体的表面张力的理解
(1) 液体的表面张力的形成
①表面张力使液体表面具有收缩趋势，使液体表面积趋于最小．而在体积相同的条件下，球形的表面积最小．
②表面张力的大小除了跟边界线长度有关外，还跟液体的种类、温度有关．
特别提醒：表面张力是根据效果命名的力，是液体表面层内大量分子力的宏观表现．
（2）表面张力及其作用
把不浸润液体装在容器里，例如把水银装在玻璃容器里，由于水银不浸润玻璃，器壁附近的液面向下弯曲．
1、浸润和不浸润的现象
2、浸润和不浸润现象的判断：
把浸润液体装在容器里，例如把水装在玻璃容器里，由于水浸润玻璃，器壁附近的液面向上弯曲．
一般来说，化学性质相近的液体和固体之间可以浸润。而性质相差较大的就不浸润。
一种液体是否浸润某种固体，与这两种物质的性质都有关。
水浸润玻璃，不浸润石蜡
水银浸润铅，不浸润玻璃
3、浸润和不浸润是相对的：
某种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上，这种现象叫浸润.如：水浸润玻璃.某种液体不会润湿某种固体，也就不会附着在这种固体的表面，这种现象叫做不浸润.如：水银不浸润玻璃.
液体与固体接触的位置形成一个液体薄层，叫附着层.附着层中的液体分子同时受到固体分子的吸引力和液体分子的吸引力。浸润不和浸润，是由固体分子和液体分子对附着层内液体分子的吸引力不同引起的。
附着层：液体和固体接触位置形成的液体薄膜
固体分子的吸引力大于液体内部分子的吸引
附着层内分子比液体内部密集（r 附着层内液体分子间的距离大于分子力平衡距离r0，附着层内分子间的作用表现为引力，附着层有收缩的趋势，这样液体与固体间表现为不浸润
附着层内液体分子间的距离小于分子力平衡距离r0，附着层内分子间的作用表现为斥力，附着层有扩展的趋势，这样液体与固体间表现为浸润
固体分子对附着层内的分子吸引力大于液体分子间的分子吸引力，表现为浸润。
固体分子对附着层内液体分子吸引力小于液体分子间的吸引力，表现为不浸润。
①当固体分子的吸引力大于液体分子吸引力时
②当固体分子的吸引力小于液体分子吸引力时
将内径不同、两端开口的洁净细玻璃管竖直插入水中，观察细玻璃管中液面的高度;再将另一组内径不同、两端开口的塑料笔芯竖直插入水中，观察笔芯中液面的高度。
实验结果表明，洁净细玻璃管内的液面比水面高;塑料笔芯内的液面比水面低。管的内径越小，上述现象就越明显。
毛细现象：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，叫做毛细现象。能发生毛细现象的细管，叫做毛细管。
浸润液体在毛细管里上升后，形成凹液面
不浸润液体在毛细管里下降后，形成凸液面
液体浸润管壁，液体边缘部分的表面张力如图，表面张力使管中的液体上升，当液体的重力跟表面张力相等时，液面稳定。
能够发生毛细现象的管叫做毛细管。(不一定是直的)
管子越细，液柱上升的越高。即：毛细管内径越小，高度差越大。
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。
当管中液体上升到一定高度时，管内高为h的液体所受重力与表面张力平衡，液面稳定在一定的高度。
由于液体浸润管壁，液面弯曲。液体表面张力形成向上的拉力，这个力使管中液体向上运动。
由于液体不浸润管壁，液面弯曲。液体表面张力形成向下的拉力，这个力使管中液体向下运动。
当管中液体下降到一定深度时，管内外高度差为h，管内外的压力差与表面张力平衡，液面稳定在一定的高度。
1、酒精灯里的酒精沿灯芯升到顶端
2、要保存地下的水分, 锄松地面的土壤，破坏土壤里的毛细管；如果想把地下的水分引上来，就不仅要保持土壤里的毛细管，而且还要使它们变得更细，这时就要用磙子压紧土壤．
3、植物茎内的导管就是植物体内的极细的毛细管,它能把土壤里的水分吸上来.
4、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．
毛巾吸汗，砖块吸水，粉笔吸墨水，都是常见的毛细现象．在纸张、棉花、毛巾、粉笔、木材、土壤、砖块等物体内部有许多细小的孔道，起着毛细管作用．
构成液晶的分子为有机分子，大多为棒状，其棒长多为棒直径的5倍以上，由于这种长棒状的分子结构，使得分子集合体在没有外界干扰的情况下趋向分子相互平行排列。
液晶具有液体的流动性，但在低温时液晶会凝固成结晶态，不仅分子的取向是有序的，而且分子重心的位置也是有序的
当温度升高时，晶体中分子的热运动增强，使分子重心位置的有序性消失，转为液晶态
当温度进一步升高时，分子取向有序性也消失，完全进入无序的状态，变成液态
液晶的分子形状及分子排列特征
液晶是介于固态和液态之间的一种物质状态。液晶态既具有液体的流动性，又在一定程度上具有晶体分子的规则排列的性质。（既不是液体，也不是晶体）
2、液晶具有光学各向异性
有些物质在特定的温度范围之内具有液晶态；另一些物质，在适当的溶剂中溶解时，在一定的浓度范围具有液晶态。
入射光的偏振方向与液晶分子长轴的方向成不同夹角时，液晶对光的折射率不同。因此，一束非偏振光射入液晶层后再射出时，由于液晶折射率的各向异性会产生两束光程不同的光。
3、在脑、肌肉和视网膜等多种人体组织中都发现了液晶结构
扭曲持列的液晶分子具有旋光性，即光的偏振方向沿液晶的排列方向被转。
观察食盐颗粒和松香的外形，它们的外形各有怎样的特征？再用显微镜观察精盐和松香粉末的外形，两者有什么样的差别吗？
食盐颗粒总是呈现立方体形，松香颗粒没有规则的几何形状。
固体、液体、气体的性质是什么？
本节课我们就对固体进行探究
石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、蔗糖、味精、雪花和金属等
（2）几种常见晶体的规则外形：
中间是一个六棱柱，两端呈六棱锥
是水蒸气在空气中凝华时形成的晶体，一般为六角形的规则图案．
石英（六面棱柱和2个六面棱锥）
1．晶体：具有规则的几何形状．
玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等．
非晶体：没有规则的几何形状．
观察玻璃和云母片上石蜡熔化区域的形状
玻璃（非晶体）在各个方向上导热性能是相同的
云母（晶体）在各个方向上导热性能是不同的
把光分解为两束光而沿不同方向折射，形成双折射现象
观察方解石晶体是各向异性
3．晶体和非晶体的差异
晶体有规则的几何形状；非晶体则没有规则的几何形状.
①云母导热性上表现出显著的各向异性②而有些晶体在导电性上表现出显著的各向异性，如方铝矿③有些晶体在光的折射上表现出显著的各向异性，如方解石．
晶体的物理性质与方向有关（这种特性叫各向异性）
晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点．
非晶体的物理性质在各个方向是相同的（这种特性叫各向同性）
晶体具有各向异性，但并不是每种晶体在各种物理性质上都表现出各向异性．
(1)一种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现: 例如水晶:天然水晶是晶体，熔化后再凝结的水晶（石英玻璃）就是非晶体，即一种物质是晶体还是非晶体并不是绝对的．
4．晶体和非晶体间的转化
(2)许多非晶体在一定的条件下可以转化为晶体．
(3)在冷却得足够快和冷却到足够低的温度时，几乎所有的材料都能成为非晶体．
1．单晶体：如果一个物体就是一个完整的晶体，这样的晶体叫做单晶体． 例如：雪花、食盐小颗粒、单晶硅、单晶锗等．
2．多晶体：如果整个物体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体组成的，这样的物体叫做多晶体．其中的小晶体叫做晶粒．　（1）多晶体没有规则的几何形状． （2）多晶体 ①不显示各向异性．（每一晶粒内部都是各向异性的） ②有确定的熔点． 固体是否有确定的熔点，可作为区分晶体非晶体的标志．
有（天然）规则的几何形状
某些物理性质（导电、导热、光学性质）可表现为各向异性
导电、导热、光学性质表现为各向同性
无（天然）规则的几何形状
固体是否有确定的熔点，可作为区分晶体和非晶体的标志．
具有规则几何形状的固体不一定是晶体．例如：有规则形状的蜡烛不是晶体，而是非晶体。
晶体呈现出很多特殊的宏观性质（外形规则、有固定熔点、各向异性等）猜一猜：晶体在微观结构上可能有什么特点？
探索客观世界的一般方法：由表及里、由现象到本质
17-19世纪的假说：晶体内部的微粒是按各自的规则排列着的。
德国物理学家 M.vn劳厄于1912年发现X射线在晶体中会发生衍射现象，推导出了晶体作为三维光栅的衍射方程，即劳厄方程，因此获得1914年的诺贝尔物理学奖。劳厄预言可以用X射线通过晶体得到的衍射图像确定晶体结构。布拉格父子在劳厄的基础上，成功地测定了NaCl、KCl等的晶体结构，并提出了作为晶体衍射基础的著名公式─布拉格定律，他们于1915年共同获得诺贝尔物理学奖。
1982年，扫描隧道显微镜问世，观察到原子在物质表面的排列状况
下图表示在一个平面内晶体物质微粒的排列情况．AB=AC=AD。
想一想：这个图能解释晶体的什么宏观特性？
直线AB上物质微粒较多，直线AD上较少，直线AC上更少．正因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同，才引起晶体的不同方向上物理性质的不同．
如图表示在一个平面上晶体物质微粒的排列情况．从图上可以看出，在沿不同方向所画的等长直线AB、AC、AD上，物质微粒的数目不同．
（1）组成晶体的物质微粒（分子或原子、离子）依照一定的规律在空间中整齐地排列，具有空间上的周期性。
①晶体外形的规则性可以用物质微粒的规则排列来解释。
②单晶体的各向异性也是由晶体的内部结构决定的．
③多晶体是单晶体杂乱无章地组合而成，单晶体的物理性质各向异性被抵消了，从整体来看物理性质变为各向同性。
1.晶体微观结构的特点
（3）有的物质在不同条件下能够生成不同的晶体。那是因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布。例如：石墨和金刚石的微观结构：
注意：模型图里的点只是微粒做震动的平衡位置。
（2）晶体中物质微粒的相互作用很强，微粒的热运动不足以克服它们的相互作用而远离。微粒的热运动表现为在一定的平衡位置附近不停地做微小的振动。
（1）为什么晶体具有规则的几何外形？
由于晶体的物质微粒是按照一定的规则在空间中整齐地排列的，表现在外形上具有规则的几何形状，且不同类型的晶体结构，决定了各种晶体的不同外形。
（2）如何解释物理性质的各向异性呢？
在不同方向上物质微粒的排列情况不同，引起晶体的不同方向上物理性质的不同。
（3）晶体的熔点为什么固定？
晶体溶化时，吸收的热量全部用来破坏规则的排列，温度不发生变化。
非晶体熔化时，先变软，然后变成粘滞性很大的液体，温度不断升高。
2.用晶体的微观结构解释晶体的特征
他们有哪些物理特性？可能有哪些用途？为什么？
石墨的密度小，金刚石的密度大；石墨能导电 ，金刚石不能导电。
例如，碳原子如果按图甲那样排列就成为石墨，按图乙那样排列就成为金刚石．
石墨质地松软，粉状润滑剂，制作铅笔心．
金刚石有很大的硬度，可以用来切割玻璃
3、有的物质能够生成种类不同的几种晶体，是因为它们的物质微粒能够形成不同的晶体结构。
4、一种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，也就是一种物质是晶体还是非晶体，并不是绝对的
例如，天然水晶是晶体，而熔化以后再凝固的水晶(即石英玻璃)就是非晶体。
5、有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体。
例如晶体硫熔化（温度超过300度）后倒入冷水会变成柔软的非晶硫，再过一段时间又转化为晶体硫。
富勒烯C6012个正五边形20个正六边形你能根据微观结构判断这种材料可能的特点吗？
碳原子组成的六角形蜂巢晶格的纳米材料，具有非常优异的光学、力学、电学特征
室温下石墨烯载流子迁移率高，受温度和掺杂影响小，超高频率
石墨烯与硅结合的新型太阳能电池。
石墨烯的厚度是头发丝的20万分之一,强度是钢的200倍，是目前最轻最薄、最强的材料。
石墨烯运用于涂料，可增强防腐、耐磨、散热等功能。广泛运用于船舶、车辆、桥梁、日常用具等。
石墨烯具有六边形的晶格结构单层厚度仅为0.335 nm。
1.(多选)下列说法正确的是（　　）A．液晶既具有液体的流动性，又具有光学各向异性B．微粒越大，撞击微粒的液体分子数量越多，布朗运动越明显C．太空中水滴成球形，是液体表面张力作用的结果D．单位时间内气体分子对容器壁单位面积上碰撞次数减少，气体的压强一定减小
2、如图所示，图A是一个铁丝圈，中间较松地系一根棉线；图B是浸过肥皂水的铁丝圈；图C表示用手指轻碰一下棉线的左边；图D表示棉线左边的肥皂水膜破了，棉线被拉向右边，这个实验说明了(　　)A.物质是由大量分子组成的B.分子间存在引力C.组成物质的分子不停地做无规则运动D.分子之间有空隙
3. (多选)下面关于液体表面层的一些说法正确的是(　　)A.液体表面张力，总是垂直于液体表面的B.表面层分子间有引力存在的同时也有斥力，但是引力大于斥力，所以有表面张力C.液体表面层的分子分布比液体内部都要密，是产生表面张力的原因D.处于液体表面层的分子，比起液体内部的分子应有较大的势能
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
5、下列对浸润与不浸润现象的认识正确的是(　　)A.水是浸润液体，水银是不浸润液体B.浸润现象中，附着层里分子比液体内部稀疏C.不浸润现象中，附着层里的分子受到固体分子的吸引较液体内部分子的吸引强D.不浸润现象中，附着层里分子间表现出吸引力；浸润现象中，附着层里分子间表现出排斥力
一种液体是否浸润某种固体，与这两种物质的性质均有关，不能肯定哪种液体是浸润液体或不浸润液体，选项A错误；在浸润现象中，附着层内分子受到固体分子吸引力较液体内部分子吸引力大，分子分布比液体内部更密，因而在附着层里液体分子表现出相互排斥的力，附着层有扩展的趋势，选项B、C错误，选项D正确。
6、(多选)关于液体，下列说法正确的是( 　　)A.水银滴放到打磨干净的铅板上，水银就附着在铅板上，很难擦去，是因为附着层内分子之间的作用表现为斥力B.液晶显示器是液晶中掺入少量多色性染料，染料分子会与液晶分子结合而定向排列，从而表现出光学各向异性的特点C.毛细现象是浸润和不浸润及液体表面张力作用形成的现象，现象是否明显与液体种类和毛细管的材料有关D.液体表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离小E.水黾停在水面上受到重力和水表面张力的作用，这两个力大小相等，方向相反
水银滴放到打磨干净的铅板上，水银就附着在铅板上，很难擦去，是因为附着层内分子之间的作用表现为斥力，水银对铅板表现为浸润，选项A正确；液晶显示器是液晶中掺入少量多色性染料，染料分子会与液晶分子结合而定向排列，从而表现出光学各向异性的特点，选项B正确；毛细现象是浸润和不浸润及液体表面张力作用形成的现象，现象是否明显与液体种类和毛细管的材料有关，选项C正确；液体表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大，选项D错误；水黾停在水面上受到重力和支持力的作用，这两个力大小相等，方向相反，而支持力是水表面张力的合力，选项E错误。
7. (多选)下列关于晶体空间点阵的说法，正确的是(　　 )A.构成晶体空间点阵的微粒，可以是分子，也可以是原子或离子B.晶体的微粒之所以能构成空间点阵，是由于晶体中微粒之间相互作用很强，所有微粒都被牢牢地束缚在空间点阵的结点上不动C.所谓空间点阵与空间点阵的结点，都是抽象的概念；结点是指组成晶体的微粒做永不停息的微小振动的平衡位置；微粒在结点附近的微小振动，就是热运动D.相同的微粒，可以构成不同的空间点阵，也就是同一种物质能够生成不同的晶体，从而能够具有不同的物理性质
8.晶体在熔化过程中温度会保持在熔点不变,此过程中吸收的热量主要用于(　　)A.破坏晶体结构,增加分子势能B.破坏晶体结构,增加分子动能C.破坏晶体结构,同时增加分子势能和分子动能D.破坏晶体结构,既不增加分子势能也不增加分子动能
9、下列说法正确的是 (　　)A.一个固体球，若沿各条直径方向上的导电性能不同，则该球为单晶体B.一块固体，若是各个方向导热性能相同，则这个固体一定是非晶体C.一块固体，若有确定的熔点，则该固体必定为晶体D.黄金可以切割加工成各种形状，所以是非晶体
10、晶体在熔解过程中所吸收的热量主要用于（ ）A.破坏空间点阵结构，增加分子动能B.破坏空间点阵结构，增加分子势能C.破坏空间点阵结构，增加分子势能，同时增加分子动能D.破坏空间点阵结构，但不增加分子势能和分子动能
想一想：在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上石蜡，用烧热的针接触其上一点，石蜡熔化的范围分别如图 (a)、(b)、(c)所示，而甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图(d)所示。则由此可判断出甲为________，乙为________，丙为________。(填“单晶体”、“多晶体”或“非晶体”)
解析：晶体具有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点。单晶体的物理性质具有各向异性，多晶体的物理性质具有各向同性。