人教版高中物理选修33教学案第九章 第12节 固体液体.docx

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人教版高中物理选修33教学案第九章第12节固体液体

第1、2节

固体__液体

1.沿各个方向的物理性质不同的现象叫各向异性，沿各个方向的物理性质都一样，叫各向同性，单晶体是各向异性的，多晶体、非晶体是各向同性的。

2．液体的微观结构：

分子之间距离很小，分子间作用力比固体分子间作用力小。

3．表面张力：

由于液体表面层分子间比较稀疏，分子间的作用力表现为相互吸引力，使液体表面绷紧。

4．一种液体润湿并附着在固体表面上的现象叫浸润；一种液体不会润湿某种固体，不会附着在固体表面上的现象叫不浸润。

一、晶体和非晶体

1．固体分类

固体可分为晶体、非晶体两类。

2．晶体与非晶体的比较

宏观外形

物理性质

晶

体

单晶体

有天然规则的形状

（1）有确定的熔点

（2）导热、导电、光学性质表现为各向异性

多晶体

没有确定的形状

（1）有确定的熔点

（2）导热、导电、光学性质表现为各向同性

非晶体

没有确定的形状

（1）没有确定的熔点

（2）导电、导热、光学性质表现为各向同性

3．晶体的微观结构

（1）规则性：

单晶体的原子（分子、离子）都是按照各自的规则排列，具有空间上的周期性。

（2）变化或转化：

在不同条件下，同种物质的微粒按照不同规则在空间排列，可以生成不同的晶体，例如石墨和金刚石。

有些晶体在一定条件下可以转化为非晶体，例如天然水晶熔化后再凝固成石英玻璃。

二、液体的微观结构及表面张力

1．液体的微观结构

（1）分子距离：

液体分子之间的距离比气体分子间距小得多，比固体分子之间距离略大。

（2）流动性：

液体没有固定的形状，而且液体能够流动。

（3）分子力：

液体分子间的作用力比固体分子间的作用力要小。

2．液体的表面张力

（1）表面层：

液体与气体接触的表面形成的薄层。

（2）表面张力：

使液体的表面绷紧的力或说促使液体表面收缩的力。

三、浸润和不浸润现象及毛细现象

1．浸润：

一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上的现象。

2．不浸润：

一种液体不会润湿某种固体不会附着在固体表面上的现象。

3．毛细现象：

浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象。

4．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。

四、液晶

1．液晶的物理性质

（1）液晶具有液体的流动性。

（2）液晶具有晶体的光学各向异性。

2．液晶分子的微观结构

从某个方向分子排列整齐有规则，从另一方向分子排列杂乱无章。

3．液晶的用途

液晶可以用作显示元件，在生物医学、电子工业、航空工业中都有重要应用。

1．自主思考——判一判

（1）铁块没有规则的几何形状，所以是非晶体。

（×）

（2）具有各向同性的固体一定是非晶体。

（×）

（3）单晶体的各种物理性质都表现为各向异性。

（×）

（4）液体的表面张力与液面垂直。

（×）

（5）毛细现象是浸润或不浸润现象的实例。

（√）

（6）液晶受到外界影响时，物理性质会发生明显的变化。

（√）

2．合作探究——议一议

（1）雨伞的伞面上有很多细小的孔，为什么下雨时，雨水不会从孔里漏下来？

图911

提示：

因为雨水将纱线浸湿后，在纱丝孔隙中形成水膜，水膜的表面张力使雨水不会漏下来。

（2）要想把凝固在衣料上的蜡去掉，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，当蜡或油脂受热熔化成液体后，由于毛细现象，它们就会被棉纸吸掉。

（3）液晶电视已经走进寻常百姓家，液晶显示器是如何显示各种颜色的呢？

提示：

在液晶中渗入少量多色性染料，当液晶中电场强度不同时，它对不同颜色的光吸收强度不一样，从而显示出各种颜色。

对晶体和非晶体的理解

1．单晶体、多晶体及非晶体的区别与联系

（1）区别

（2）联系：

在一定条件下，晶体可以变为非晶体，非晶体也可以变为晶体。

2．对单晶体各向异性的理解

（1）各向异性的表现

在物理性质上，单晶体具有各向异性，而非晶体及多晶体则是各向同性的。

通常所说的物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、光的折射性能等。

单晶体的各向异性是指单晶体在不同方向上物理性质不同，也就是沿不同方向去测试单晶体的物理性能时测量结果不同。

图912

（2）各向异性的微观解释

如图912所示为在一个平面上晶体物质微粒的排列情况。

从图中可以看出，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，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，才引起单晶体的不同方向上物理性质的不同。

3．对晶体具有确定熔点的解释

给晶体加热到一定温度时，一部分微粒有足够的动能，克服微粒间作用力，离开平衡位置，使规则的排列被破坏，晶体开始熔化，熔化时晶体吸收的热量全部用来破坏规则的排列，温度不发生变化。

1．（多选）关于晶体和非晶体，下列说法正确的是（　　）

A．金刚石、食盐、玻璃和水晶都是晶体

B．晶体的分子（或原子、离子）排列是有规则的

C．单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点

D．晶体可以变为非晶体，但非晶体不可以变为晶体

E．同种物质可以生成不同的晶体，它们的物理性质不同，但化学性质相同

解析：

选BCE　玻璃不是晶体，选项A错误；晶体的分子（或原子、离子）排列是有规则的，选项B正确；单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，选项C正确；物质是晶体还是非晶体并不是绝对的，而是与它的微观结构有关，在一定条件下可以相互转化，选项D错误；组成物质的微粒能够按照不同的规则在空间分布，可以形成不同的晶体，如碳可以形成石墨和金刚石，两者的物理性质不同，但化学性质相同，选项E正确。

2．关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是（　　）

A．可以根据各向同性或各向异性来鉴别晶体和非晶体

B．一块均匀薄片，沿各个方向对它施加拉力，发现其强度一样，则此薄片一定是非晶体

C．一个固体球，如果沿其各条直径方向的导电性不同，则该球一定是单晶体

D．一块晶体，若其各个方向的导热性相同，则一定是多晶体

解析：

选C　多晶体和非晶体都显示各向同性，只有单晶体显示各向异性，所以A、B错误，C正确。

单晶体具有各向异性的特性，仅是指某些物理性质，并不是所有的物理性质都是各向异性的，换言之，某一物理性质显示各向同性，并不意味着该物质一定不是单晶体，所以D错。

3．（多选）对下列几种固体物质的认识，正确的有（　　）

A．食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体

B．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体

C．天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列不规则

D．石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同

解析：

选AD　晶体在熔化过程中温度保持不变，食盐具有这样的特点，则说明食盐是晶体，选项A正确；蜂蜡的导热特点是各向同性的，烧热的针尖使蜂蜡熔化后呈椭圆形，说明云母片的导热特点是各向异性的，故云母片是晶体，选项B错误；天然石英表现为各向异性，则该物质微粒在空间的排列是规则的，选项C错误；石墨与金刚石皆由碳原子组成，但它们的物质微粒排列结构是不同的，选项D正确。

液体的微观结构和表面张力

1．液体分子的特点

（1）分子间距比固体的大，比气体的小。

（2）分子间作用力比固体分子间作用力小。

2．对液体表面张力的理解

（1）表面张力存在于液体的表面层内，方向与液面相切。

（2）液体表面层内的分子间作用力表现为引力，其作用是使液体表面积具有收缩到最小的趋势，即为表面张力。

（3）表面张力的大小除了与边界长度有关外，还与液体的种类、温度等有关。

1．下列有关表面张力的说法中不正确的是（　　）

A．表面张力的作用是使液体表面伸张

B．表面张力的作用是使液体表面收缩

C．表面张力是液体表面层的分子作用力的表现

D．由于表面张力的作用，液滴总是趋于形成球形

答案：

A

2．（多选）对下列现象的成因解释正确的是（　　）

A．小昆虫能在水面上自由来往而不陷入水中靠的是液体的表面张力作用

B．小木块能够浮于水面上是液体表面张力与其重力平衡的结果

C．缝衣针浮在水面上不下沉是重力和水的浮力平衡的结果

D．喷泉喷射到空中形成一个个球形的小水珠是表面张力作用的结果

解析：

选AD　仔细观察可以发现，小昆虫在水面上站定或行进过程中，其脚部位置比周围水面稍下陷，但仍在水面上而未陷入水中，就像踩在柔韧性非常好的膜上一样，因此，这是液体的表面张力在起作用。

浮在水面上的缝衣针与小昆虫情况一样，故A正确，C错误。

小木块浮于水面上时，木块的下部实际上已经陷入水中（排开一部分水）受到水的浮力作用，是浮力与重力平衡的结果，而非表面张力在起作用，故B错误。

喷泉喷到空中的水分散时，每一小部分的表面都有表面张力在起作用且水处于完全失重状态，因而形成球状水珠（体积一定情况下以球形表面积为最小，表面张力的作用使液体表面有收缩到最小面积的趋势），故D正确。

3．（多选）人类对物质属性的认识是从宏观到微观不断深入的过程，以下说法正确的是（　　）

A．液晶的分子势能与体积有关

B．晶体的物理性质都是各向异性的

C．温度升高，每个分子的动能都增大

D．露珠呈球状是由于液体表面张力的作用

解析：

选AD　液晶是一类处于液态和固态之间的特殊物质，其分子间的作用力较强，在体积发生变化时需要考虑分子间力的作用，分子势能和体积有关，A正确。

晶体分为单晶体和多晶体，单晶体物理性质表现为各向异性，多晶体物理性质表现为各向同性，B错误。

温度升高时，分子的平均动能增大但不是每一个分子动能都增大，C错误。

露珠由于受到表面张力的作用表面积有收缩到最小的趋势即呈球形，D正确。

浸润和不浸润及毛细现象的分析

1．附着层内分子的受力情况

液体和固体接触时，附着层的液体分子除受液体内部的分子吸引外，还受到固体分子的吸引。

2．浸润的成因

当固体分子吸引力大于液体内部分子力时，附着层内液体分子比液体内部分子稠密，附着层中分子之间表现为斥力，具有扩展的趋势，这时表现为液体浸润固体。

3．不浸润的成因

当固体分子吸引力小于液体内部分子力时，附着层内液体分子比液体内部分子稀疏，附着层中分子之间表现为引力，具有收缩的趋势，这时表现为液体不浸润固体。

4．毛细现象

（1）两种表现：

浸润液体在细管中上升及不浸润液体在细管中下降。

（2）产生原因：

图913

毛细现象的产生与表面张力及浸润现象都有关系。

如图913所示，甲是浸润情况，此时管内液面呈凹形，因为水的表面张力作用，液体会受到一向上的作用力，因而管内液面要比管外高；乙是不浸润情况，管内液面呈凸形，表面张力的作用使液体受到一向下的力，因而管内液面比管外低。

1．（多选）同一种液体，滴在固体A的表面时，出现如图914甲所示的情况；当把毛细管B插入这种液体时，液面又出现如图乙所示的情况，若A固体和B毛细管都很干净，则下列说法正确的是（　　）

图914

A．固体A和B管可能是同种材料

B．固体A和B管一定是不同种材料

C．固体A的分子对液体附着层内的分子的引力比B管的分子对液体附着层内的分子的引力小些

D．液体对毛细管B有浸润现象

解析：

选BCD　由甲、乙两图可知：

该液体对固体A不浸润，对毛细管B浸润，故A、B不是同种材料，A错误，B正确。

根据对浸润和不浸润的微观解释及宏观表现，可知C、D正确。

2．（多选）以下说法中正确的是（　　）

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

解析：

选BCD　水银不浸润玻璃，但可能浸润其他固体，所以A错，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，故必须盖紧盖子，C正确。

D选项正确说明了发生浸润和不浸润现象的微观原理。

3．关于浸润与不浸润现象，下面的几种说法中正确的是（　　）

A．水是浸润液体

B．水银是不浸润液体

C．同一种液体对不同的固体，可能是浸润的，也可能是不浸润的

D．只有浸润液体在细管中才会产生毛细现象

解析：

选C　浸润或不浸润，是指一种液体对某一种固体来说的。

孤立地说某种液体浸润或不浸润都没有意义。

同一种液体对不同的固体，可能浸润，也可能不浸润，例如水对玻璃浸润，而对荷叶就不浸润。

浸润液体在细管中上升，不浸润液体在细管中下降，都属于毛细现象。

故只有选项C正确。

1．如图1所示，甲、乙两种薄片的表面分别涂有薄薄的一层石蜡，然后用烧热的钢针的针尖分别接触这两种薄片，接触点周围熔化了的石蜡的形状分别如图所示。

对这两种薄片，下列说法正确的是（　　）

图1

A．甲的熔点一定高于乙的熔点

B．甲薄片一定是晶体

C．乙薄片一定是非晶体

D．以上说法都错

解析：

选B　单晶体具有各向异性，多晶体和非晶体具有各向同性，故甲薄片一定是单晶体，从图中无法确定熔点的高低，B正确。

2．（多选）关于液体和固体，以下说法正确的是（　　）

A．液体分子间的相互作用比固体分子间的相互作用强

B．液体分子同固体分子一样，也是密集在一起的

C．液体分子的热运动没有固定的平衡位置

D．同温度时液体的扩散比固体的扩散快

解析：

选BCD　液体具有一定的体积，是液体分子密集在一起的缘故，但液体分子间的相互作用不像固体微粒那样强，所以选项B是正确的，选项A是错误的。

液体具有流动性的原因是液体分子热运动的平衡位置不固定，液体分子所以能在液体中移动也正是因为液体分子在液体里移动比固体容易，所以其扩散也比固体的扩散快，选C、D都是正确的。

3.如图2所示，把玻璃管的裂口放在火焰上烧熔，它的尖端就变钝了。

产生这一现象的原因是（　　）

图2

A．玻璃是非晶体，熔化再凝固后变成晶体

B．玻璃是晶体，熔化再凝固后变成非晶体

C．熔化的玻璃表面分子间表现为引力使其表面绷紧

D．熔化的玻璃表面分子间表现为斥力使其表面扩张

解析：

选C　玻璃是非晶体，熔化再凝固后仍然是非晶体，故A、B错误；细玻璃棒尖端放在火焰上烧熔后尖端变成球形，是表面张力的作用，因为表面张力具有使液体表面绷紧即减小表面积的作用，而体积相同情况下球的表面积最小，故呈球形，故C正确，D错误。

4．玻璃烧杯中盛有少许水银，在太空轨道上运行的宇宙飞船内，水银在烧杯中呈现的形状是图中的（　　）

解析：

选D　因为水银不浸润玻璃，所以在完全失重的情况下，其形状只由表面张力决定，在表面张力作用下，水银的表面要收缩至最小，因而最终水银成球形，故D对。

5．（多选）关于液晶，下列说法中正确的有（　　）

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

解析：

选CD　液晶的微观结构介于晶体和液体之间，虽然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、B错误。

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，如温度、压力、外加电压等因素变化时，都会改变液晶的光学性质。

选项C、D正确。

6．（多选）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。

7．（多选）（2015·全国卷Ⅰ）下列说法正确的是（　　）

A．将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体

B．固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上有不同的光学性质

C．由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体

D．在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体

E．在熔化过程中，晶体要吸收热量，温度会升高

解析：

选BCD　将一晶体敲碎后，得到的小颗粒仍是晶体，故选项A错误。

单晶体具有各向异性，有些单晶体沿不同方向上的光学性质不同，故选项B正确。

金刚石和石墨由同种元素构成，但由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体，故选项C正确。

晶体与非晶体在一定条件下可以相互转化，如天然水晶是晶体，熔融过的水晶（即石英玻璃）是非晶体，也有些非晶体在一定条件下可转化为晶体，故选项D正确。

熔化过程中，晶体的温度不变，故选项E错误。

8．液晶的分子排布与液体和固体都有区别，这种排布使液晶既像液体一样具有流动性，又具有各向异性，图3中的________（填“甲”或“乙”）是液晶分子排布示意图。

图3

解析：

液晶和某些晶体的特性相同，具有各向异性，分子排列是有序的，因此图乙是液晶分子的排列。

答案：

乙

9．如图4所示，在培养器内注入清水，让两根细木杆相互平行地浮在水面上，再在细木杆之间轻轻地滴入几滴酒精，细木杆会“自动”散开，请解释这一现象。

图4

解析：

漂浮在水面上的细木杆，原来两边受到大小相等、方向相反的表面张力作用，细木杆处于平衡状态，滴入酒精后，水的纯净度减小，内侧的表面张力减小，内侧比外侧的表面张力小，细木杆就散开了。

答案：

见解析