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2019-2020年新課標教科版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，為什么？ 【分析】根據液面被壓彎后對縫衣針產生的力的特點即可解釋． 【答】當針放在水面上把水面壓彎時，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，有使它力圖恢復原來的水平狀態(tài)的趨勢，壓彎處水面產生的表面張力方向如圖所示，使彎曲液面對針產生豎直向上的托力．（3）水面壓彎后水產生的靜壓力F′．結果，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． 【說明】（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，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，會被水浸潤，縫衣針就會沉沒下去了．（2）不能認為針的重力被液體的表面張力相平衡．因為表面張力是液面各部分之間的相互作用力，并不作用在針上．（3）由于鋼針很細，置于水面上形成的水面高度差很小，因此產生的靜壓力很小可忽略不計。 【例2】網孔較小的篩子里盛有少量的水時，水不會從網孔中流出．試解釋這一現(xiàn)象． 【解】網孔較小的篩子里盛有少量水時，在每個網孔下面都有微微凸出的水滴（如圖1所示）．如果將凸出網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，所以水才不會從篩子的網孔中流出． 【例3】如圖1所示，如果用一根細玻璃管將兩個半徑大小不同的肥皂泡連通起來，那么這兩個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，將使這一表面對泡內的氣體產生一附加壓力，從而形成附加壓強（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的臺力F越大，即單位面積表面產生的附加壓力越大，因而肥皂泡表面對泡內氣體的附加壓強也就越大．由此可知，對半徑較小的肥皂泡來說，泡內的氣體將被壓入到半徑較大的肥皂泡中去，從而變得越來越小，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，當混合液的密度與橄欖油密度相同時，滴入的橄欖油呈球狀懸浮在液體中，為什么？ 【分析】根據油滴的受力情況和表面層的特點即可解釋． 【答】滴入混合液中的油滴，受到豎直向下的重力和液體對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．因為在同體積的幾何體中，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． 【說明】表面張力的大小與液面邊界線長度（設為L）成正比，可以表示為： f=αL 式中α稱為表面張力系數，它表示液面單位長度的邊界線上所受的表面張力的大?。恋拇笮∨c液體性質、溫度以及液體內是否有雜質有關．溫度升高時，液體的表面張力系數減?。畬嶒炛杏脽裏岬尼樔菀状唐埔耗?，就是這個道理．通常情況下，液體內含有雜質時的表面張力系數也會減小． 【例5】在宇宙飛船中放一個盛有液體的容器，將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ 【分析】應分液體浸潤容器和不浸潤容器兩情況，根據物體處于失重狀態(tài)，在分子力作用下的表現(xiàn)加以討論． 【答】當液體浸潤容器時，附著層內分子較液體內部分子分布密時，分子斥力占優(yōu)勢，使液面沿器壁擴展，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，液體會不斷地沿著器壁上升，直至全部流失。 當液體不浸潤容器時，附著層內分子較液體內部分子分布稀時，分子引力占優(yōu)勢，具有收縮趨勢，而液體又處于失重狀態(tài)，所以它不再粘附在器壁上，整個附著層變成表面層，使液體收縮成一個球形液滴． 【說明】在內徑較小的容器里，浸潤液體形成凹彎月面，不浸潤液體形成凸彎月面．觀察液面的位置時，浸潤液體以凹彎月面底部為準；不浸潤液體以凸彎月面頂部為準．如圖所示． 【例6】在表面張力的作用下，水沿毛細管上升后，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】水沿毛細管上升后，這部分水的勢能增加．由于整個系統(tǒng)沒有從外界吸收能量，因此，這部分水增加的勢能只能由水的內能轉化而來．所以，水沿毛細管上升的過程中，水溫將稍微下降． 【說明】本題如不從能的轉化和守恒上考慮，會覺得很棘手．由于在毛細管中的水的勢能增加量很小，所以水溫的變化也極為微?。? 【例7】將一充滿水銀的細管氣壓計下端浸在水銀容器中，其讀數為p0=0.950105Pa．試求： （1）水銀柱的高度； （2）考慮到毛細現(xiàn)象后，試問真實大氣壓強為多大？已知細管直徑d=2.0mm，接觸角θ=π，水銀的表面張力系數σ=0.490N／m． （3）若允許測量的相對誤差為0.1％，則管徑所能允許的最小值dmin是多少？ 【分析】若不考慮毛細現(xiàn)象，水銀柱所產生的壓強就等于大氣壓強。若考慮毛細現(xiàn)象，由于水銀與玻璃相互間不浸潤，水銀柱的高度比沒有毛細現(xiàn)象時有所降低。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，所以考慮到毛細現(xiàn)象的作用，水銀柱的高度比沒有毛細現(xiàn)象時有所降低，故真實的大氣壓強為 =0.96105 pa 答：水銀柱的高度是0.712m；真實大氣壓強應是0.960105Pa；為使ε≤0.1％，細管半徑不得小于1.04cm． 【例8】*以下說法正確的是 [ ] 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 C．荷葉上的小水滴呈球形，這是表面張力使液面收縮的結果。 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，但物理性質各向同性，且沒有溶點，故選項A錯誤；多晶體由于是單晶體無規(guī)則排列而成，表現(xiàn)為各向同性，故選項B也是錯誤的．對液體來說，因為表面層的分子分布比內部稀疏，所以液體的表面有張力，這一張力作用的結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表面積最小，故荷葉上的小水滴呈球形．所以選項C、D均正確． 【答】CD