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2019-2020年新課標(biāo)教科版3-3選修三2.4《液晶》WORD教案1 【例1】把一根縫衣針小心地放在水面上，可以把水面壓彎而不沉沒(méi)，為什么？ 【分析】根據(jù)液面被壓彎后對(duì)縫衣針產(chǎn)生的力的特點(diǎn)即可解釋?zhuān)? 【答】當(dāng)針?lè)旁谒嫔习阉鎵簭潟r(shí)，仍處于水的表面層以上，就好像放在彈性薄膜上一樣．作用在針上的力有：（1）重力G、豎直向下．（2）水面的托力N．由于水面的表面張力使被壓彎的水面收縮，有使它力圖恢復(fù)原來(lái)的水平狀態(tài)的趨勢(shì)，壓彎處水面產(chǎn)生的表面張力方向如圖所示，使彎曲液面對(duì)針產(chǎn)生豎直向上的托力．（3）水面壓彎后水產(chǎn)生的靜壓力F′．結(jié)果，縫衣針就在重力、水面托力、水的靜壓力的共同作用下處于平衡狀態(tài)，所以可以不致沉沒(méi)． 【說(shuō)明】（1）由于縫衣針常與手指接觸，使針的表面附有一層油脂，可以不被水浸潤(rùn)，所以仍能處于水的表面層以上．如果用酒精棉花把縫衣針洗擦干凈后小心地用鑷子夾放在水面上，由于針的表面層已不再有油脂，會(huì)被水浸潤(rùn)，縫衣針就會(huì)沉沒(méi)下去了．（2）不能認(rèn)為針的重力被液體的表面張力相平衡．因?yàn)楸砻鎻埩κ且好娓鞑糠种g的相互作用力，并不作用在針上．（3）由于鋼針很細(xì)，置于水面上形成的水面高度差很小，因此產(chǎn)生的靜壓力很小可忽略不計(jì)。 【例2】網(wǎng)孔較小的篩子里盛有少量的水時(shí)，水不會(huì)從網(wǎng)孔中流出．試解釋這一現(xiàn)象． 【解】網(wǎng)孔較小的篩子里盛有少量水時(shí)，在每個(gè)網(wǎng)孔下面都有微微凸出的水滴（如圖1所示）．如果將凸出網(wǎng)孔的水滴從靠近根部的地方分隔為上下兩部分，那么在它們的分界線處，下部水滴表面要受到上部水滴根部表面的表面張力f的作用（如圖2所示）．由于表面張力f的豎直分力可與下部水滴的重量保持平衡，所以水才不會(huì)從篩子的網(wǎng)孔中流出． 【例3】如圖1所示，如果用一根細(xì)玻璃管將兩個(gè)半徑大小不同的肥皂泡連通起來(lái)，那么這兩個(gè)肥皂泡的大小將如何變化？ 【解】在肥皂泡的表面上，各部分液面間的表面張力是跟液面相切的，若取單位面積表面作分析可知，作用于單位面積表面邊界上的表面張力f的合力F，將使這一表面對(duì)泡內(nèi)的氣體產(chǎn)生一附加壓力，從而形成附加壓強(qiáng)（如圖2所示），球形肥皂泡的半徑越小，表面的曲率越大，每單位面積表面邊界上表面張力f的臺(tái)力F越大，即單位面積表面產(chǎn)生的附加壓力越大，因而肥皂泡表面對(duì)泡內(nèi)氣體的附加壓強(qiáng)也就越大．由此可知，對(duì)半徑較小的肥皂泡來(lái)說(shuō)，泡內(nèi)的氣體將被壓入到半徑較大的肥皂泡中去，從而變得越來(lái)越小，直至消失．半徑較大的肥皂泡則隨著氣體被壓入而逐漸變大． 【例4】如圖，把橄欖油滴入水和酒精的混合液里，當(dāng)混合液的密度與橄欖油密度相同時(shí)，滴入的橄欖油呈球狀懸浮在液體中，為什么？ 【分析】根據(jù)油滴的受力情況和表面層的特點(diǎn)即可解釋?zhuān)? 【答】滴入混合液中的油滴，受到豎直向下的重力和液體對(duì)它豎直向上的浮力作用．由于油的密度與液體的密度相同，使得油滴好像處于失重狀態(tài)．油滴在表面張力的作用力，收縮液面有使液面盡量減小的趨勢(shì)．因?yàn)樵谕w積的幾何體中，球表面的面積最小，所以油滴在表面張力作用下收縮成球狀懸浮在混合液內(nèi)． 【說(shuō)明】表面張力的大小與液面邊界線長(zhǎng)度（設(shè)為L(zhǎng)）成正比，可以表示為： f=αL 式中α稱(chēng)為表面張力系數(shù)，它表示液面單位長(zhǎng)度的邊界線上所受的表面張力的大?。恋拇笮∨c液體性質(zhì)、溫度以及液體內(nèi)是否有雜質(zhì)有關(guān)．溫度升高時(shí)，液體的表面張力系數(shù)減?。畬?shí)驗(yàn)中用燒熱的針容易刺破液膜，就是這個(gè)道理．通常情況下，液體內(nèi)含有雜質(zhì)時(shí)的表面張力系數(shù)也會(huì)減?。? 【例5】在宇宙飛船中放一個(gè)盛有液體的容器，將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ 【分析】應(yīng)分液體浸潤(rùn)容器和不浸潤(rùn)容器兩情況，根據(jù)物體處于失重狀態(tài)，在分子力作用下的表現(xiàn)加以討論． 【答】當(dāng)液體浸潤(rùn)容器時(shí)，附著層內(nèi)分子較液體內(nèi)部分子分布密時(shí)，分子斥力占優(yōu)勢(shì)，使液面沿器壁擴(kuò)展，由于盛有液體的容器置于宇宙飛船中，處于失重狀態(tài)，液體重力為零。在表面張力的作用下，液體會(huì)不斷地沿著器壁上升，直至全部流失。 當(dāng)液體不浸潤(rùn)容器時(shí)，附著層內(nèi)分子較液體內(nèi)部分子分布稀時(shí)，分子引力占優(yōu)勢(shì)，具有收縮趨勢(shì)，而液體又處于失重狀態(tài)，所以它不再粘附在器壁上，整個(gè)附著層變成表面層，使液體收縮成一個(gè)球形液滴． 【說(shuō)明】在內(nèi)徑較小的容器里，浸潤(rùn)液體形成凹彎月面，不浸潤(rùn)液體形成凸彎月面．觀察液面的位置時(shí)，浸潤(rùn)液體以凹彎月面底部為準(zhǔn)；不浸潤(rùn)液體以凸彎月面頂部為準(zhǔn)．如圖所示． 【例6】在表面張力的作用下，水沿毛細(xì)管上升后，水的溫度將[ ] A．升高 B．降低 C．不變 D．上述三情況都可能 【分析】水沿毛細(xì)管上升后，這部分水的勢(shì)能增加．由于整個(gè)系統(tǒng)沒(méi)有從外界吸收能量，因此，這部分水增加的勢(shì)能只能由水的內(nèi)能轉(zhuǎn)化而來(lái)．所以，水沿毛細(xì)管上升的過(guò)程中，水溫將稍微下降． 【說(shuō)明】本題如不從能的轉(zhuǎn)化和守恒上考慮，會(huì)覺(jué)得很棘手．由于在毛細(xì)管中的水的勢(shì)能增加量很小，所以水溫的變化也極為微?。? 【例7】將一充滿水銀的細(xì)管氣壓計(jì)下端浸在水銀容器中，其讀數(shù)為p0=0.950105Pa．試求： （1）水銀柱的高度； （2）考慮到毛細(xì)現(xiàn)象后，試問(wèn)真實(shí)大氣壓強(qiáng)為多大？已知細(xì)管直徑d=2.0mm，接觸角θ=π，水銀的表面張力系數(shù)σ=0.490N／m． （3）若允許測(cè)量的相對(duì)誤差為0.1％，則管徑所能允許的最小值dmin是多少？ 【分析】若不考慮毛細(xì)現(xiàn)象，水銀柱所產(chǎn)生的壓強(qiáng)就等于大氣壓強(qiáng)。若考慮毛細(xì)現(xiàn)象，由于水銀與玻璃相互間不浸潤(rùn)，水銀柱的高度比沒(méi)有毛細(xì)現(xiàn)象時(shí)有所降低。所降低的那部分水銀柱的重力等于水銀的表面張力。 【解：】（1）由于ρgh=p0，所以 （2）水銀與玻璃相互間不浸潤(rùn)，所以考慮到毛細(xì)現(xiàn)象的作用，水銀柱的高度比沒(méi)有毛細(xì)現(xiàn)象時(shí)有所降低，故真實(shí)的大氣壓強(qiáng)為 =0.96105 pa 答：水銀柱的高度是0.712m；真實(shí)大氣壓強(qiáng)應(yīng)是0.960105Pa；為使ε≤0.1％，細(xì)管半徑不得小于1.04cm． 【例8】*以下說(shuō)法正確的是 [ ] A．玻璃是晶體，它有規(guī)則的幾何形狀 B．單晶體和多晶體都具有各向異性的物理性質(zhì) C．荷葉上的小水滴呈球形，這是表面張力使液面收縮的結(jié)果。 D．形成液體表面張力的原因是由于液體表現(xiàn)層的分子分布比內(nèi)部稀疏 【分析】由單晶體、多晶體、非晶體的主要區(qū)別可知，加工后的玻璃有規(guī)則的幾何外形，但物理性質(zhì)各向同性，且沒(méi)有溶點(diǎn)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；多晶體由于是單晶體無(wú)規(guī)則排列而成，表現(xiàn)為各向同性，故選項(xiàng)B也是錯(cuò)誤的．對(duì)液體來(lái)說(shuō)，因?yàn)楸砻鎸拥姆肿臃植急葍?nèi)部稀疏，所以液體的表面有張力，這一張力作用的結(jié)果要使液體的表面收縮到最小，而體積相同的液體呈球體時(shí)表面積最小，故荷葉上的小水滴呈球形．所以選項(xiàng)C、D均正確． 【答】CD