第5节　液体

知识点归纳

知识点一、液体的微观结构

1．液体的微观结构特点

(1)分子距离：液体不易被压缩，这说明液体分子间的距离很小．

(2)分子力：液体分子间的相互作用力较大．

(3)分子的热运动：液体分子的移动比固体分子的移动更容易，所以在温度相同的情况下，液体的扩散速度要比固体的扩散速度快．

2．液体的宏观特性

(1)各向同性：液体由大量暂时形成的杂乱无章分布的小区域构成，所以液体表现出各向同性．

(2)一定体积：液体分子的排列更接近于固体，液体中的分子聚集在一起，分子间距接近于r0，相互间的束缚作用强，主要表现为在平衡位置附近做微小振动，所以液体具有一定的体积．

(3)流动性：液体分子能在平衡位置附近做微小的振动，但没有长期固定的平衡位置，液体分子可以在液体中移动，这是液体具有流动性的原因．

(4)扩散特点：液体中扩散现象是由液体分子运动产生的，分子在液体里的移动比在固体中容易得多，所以液体的扩散要比固体的扩散快．

知识点二、液体的表面张力

1．表面层

(1)定义：液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫做表面层．

(2)性质：表面层里的分子要比液体内部稀疏些，分子间距要比液体内部大，分子间的相互作用力表现为引力．

2．表面张力及其作用

(1)表面张力的方向和液面相切，垂直于液面上的各条分界线。如图所示。

(2)表面张力的大小与边界线长度有关，还跟液体的种类、温度有关。

(3)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。在体积相同的情况下，球形的表面积最小。

知识点三、浸润和不浸润

1．附着层：液体与固体接触时，在接触的位置形成的一个液体薄层．同一液体对某些固体浸润，对另外一些固体可能不浸润，这取决于附着层中液体分子的受力情况．

2．浸润和不浸润

(1)浸润：液体附着在固体表面上的现象叫做浸润．

(2)不浸润：液体不能附着在固体表面上的现象叫做不浸润．

落在洁净玻璃板上的小水银球能在上面滚来滚去而不附着在上面．

落在洁净玻璃板上的小水珠会附在玻璃板上形成薄层．

3．理论分析：跟固体相接触的液体薄层叫附着层，由于不同固体和液体的分子性质不同使得有些附着层内液体分子较内部稀疏，分子力表现为引力，液面收缩，表现为不浸润；而有些附着层内液体分子较内部密集，分子力表现为斥力，液面扩展，表现为浸润．

知识点四、毛细现象

1．定义：在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．

2．理论分析：在浸润的情况下，附着层扩展，表面层收缩使液面升高，最终是表面张力的作用跟液柱因重力而产生的作用相平衡；不浸润的情况下，附着层收缩，表面层收缩使液面下降，最终是表面张力的作用跟毛细管外液体产生的压力作用相平衡．

3．毛细现象的应用

棉花脱脂后能够吸水的原因在于其内部有许多细小的孔道，起到毛细管作用．

田间农作物的重要管理措施是锄地松土，防止土地板结，其目的是破坏土壤里的毛细管，使地下水分不会快速引到地面而蒸发掉.

4．浸润液体在毛细管里上升的高度

如图所示，设毛细管内半径为r，并设液面单位长度上的表面张力为F₀.由于毛细管内径很小，可以粗略认为沿着管壁的液面是竖直的．以液柱为研究对象，则：竖直向上作用到液体上的表面张力为：F＝2πrF₀.设液面高度为h，液体密度为ρ，则竖直向下作用到液柱上的重力为G＝πr²ρgh.当液柱静止时，有F＝G.

即2πrF₀＝πr²ρgh，故h＝。由此式可见，对同一液体(F₀、ρ相同，g为常数)

则h∝。所以管子越细，h越大，亦即毛细现象越明显．

知识点五、液晶

1．定义：有些化合物像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，处于这种状态的化合物叫做液晶．

2．特点

(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．

(3)液晶的物理性质很容易在外界条件(如电场、压力、光照、温度)的影响下发生改变．

(4)从某个方向上看，液晶分子的排列比较整齐；但是从另一个方向看，液晶分子的排列是杂乱无章的．

(5)并不是所有物质都有液晶态．通常棒状分子、碟状分子和平板状分子的物质容易具有液晶态．

3．应用：液晶可以作为显示元件，在生物医学、电子工业、航空工业中都有重要作用．笔记本电脑、液晶电视、可视电话……液晶一步步地深入我们的生活，在显示器中扮演主要角色．

典例分析

一、液体的表面张力

例1 以下说法正确的是(　　)

A．小昆虫能在水面上自由来往而不陷入水中是液体表面张力在起作用

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．喷泉喷射到空中的水形成一个个球形的小水珠是表面张力作用的结果

解析 仔细观察可以发现，小昆虫在水面上站定或行进过程中，其腿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；小木块浮于水面上时，木块下部实际上已经陷入水中受到水的浮力作用，是浮力与重力平衡的结果，而非表面张力在起作用，B错；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又处于失重状态，因而形成球状水珠，故D正确。

答案 AD

二、对浸润和不浸润现象及毛细现象的理解

例2  两个完全相同的空心玻璃球壳，其中一个盛有一半体积的水，另一个盛有一半体积的水银；将它们封闭起来，用航天飞机送到绕地球做匀速圆周运动的空间实验站中去，在如图所示的四个图中(图中箭头指向地球中心)：

(1)水在玻璃球壳中分布的情况，可能是(　　)

(2)水银在玻璃球壳中分布的情况，可能是(　　)

    

解析 在绕地球做匀速圆周运动的空间实验站中，球壳和其中的水、水银均处于完全失重状态；水浸润玻璃，附着层有扩大的趋势，最终水的表面积尽可能伸展到球壳上，故(1)题选C；水银不浸润玻璃，附着层有收缩的趋势，只有当它成为一个球形时表面积最小，(2)题选B。

答案 (1)C　(2)B

三、液晶的性质

例3  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 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。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。

答案 CD

自我检测

1．下列关于液体表面张力的说法中，正确的是(　　)

A．液体表面张力的存在，使得表面层内分子的分布比内部要密些

B．液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，从而表现为引力，因而产生表面张力

C．液体表面层分子间只有引力而无斥力是产生表面张力的原因

D．表面张力使液体表面有收缩到最小面积的趋势

答案　BD

2．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．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，否则容器中液体一定会沿器壁流散

解析　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；在处于完全失重状态的人造卫星上，如果液体浸润器壁，液体和器壁的附着层就会扩张，沿着器壁流散，故必须盖紧，D正确．

答案　BD

3．用内径很小的玻璃管做成的水银气压计，其读数比实际气压(　　)

A．偏大       B．偏小    C．相同       D．无法解释

解析　因为水银不浸润玻璃，所以玻璃管中的水银呈凸形；因为玻璃管很细，会发生毛细现象，使水银柱下降，所以气压计的读数应比实际气压偏小，选项B正确．

答案　B

4．关于液晶分子的排列，下列说法正确的是(　　)

A．液晶分子在特定方向排列整齐

B．液晶分子的排列不稳定，外界条件的微小变动都会引起液晶分子排列的变化

C．液晶分子的排列整齐而稳定

D．液晶的物理性质稳定

解析　液晶分子的排列是不稳定的，外界条件的微小变动都会引起液晶分子排列的变化，从而改变其某些性质，例如：温度、压力、摩擦、电磁作用、容器表面的差异性等，都可以改变液晶的光学性质，即物理性质，故A、B正确．

答案　AB

5．下列现象中，由于液体表面张力而引起的是(　　)

A．同一液体在不同形状的容器内，体积相同

B．两滴水银相互接触，立即合成一滴

C．新的棉织品水洗后都要缩水

D．小昆虫能在水面上自由走动

解析  同一体积的液体在不同容器内有不同的形状，这是由液体分子的排列规律决定的，与表面张力无关，A错误；两滴水银的接触，新的棉织品水洗后，小昆虫在水面上走动，都将受到液体的表面张力的作用，B、C、D正确．

答案  BCD

6．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  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．

答案  C

7．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  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．

答案  AD

8．下列说法正确的是(　　)

A．玻璃、石墨和金刚石都是晶体，木炭是非晶体

B．单晶体有固定的熔点，多晶体和非晶体没有固定的熔点

C．当液体与大气相接触时，液体表面层内的分子所受其他分子作用力的合力总是指向液体内部

D．气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，与单位体积内气体的分子数和气体温度有关

解析 玻璃是非晶体，A错；多晶体也有固定的熔点，B错；液体表面层内的分子、液体内部分子间距离的密度都大于大气，因此分子力的合力指向液体内部，C正确；气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，决定气体的压强，因此与单位体积内分子数和气体的温度有关，D正确．

答案 CD

9．关于液体的说法正确的是(　　)

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长期固定在平衡位置

D．液体的扩散比固体的扩散快

解析 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中的那样强，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，液体分子可以在液体中移动，所以液体的扩散比固体的扩散快，选项C、D都是正确的．

答案 BCD

10.在水中浸入两个同样粗细的毛细管，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 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，这时表面张力的合力竖直向上，使水不能流出，选项B正确．

答案 B

11．在密闭的容器内，放置一定量的液体，如图(a)所示，若将此容器置于在轨道上正常运行的人造地球卫星上，则容器内液体的分布情况应是(　　)

A．仍然如图(a)所示

B．只能如图(b)中A所示

C．可能如图(b)中C或可能D所示

D．可能如图(b)中A或可能B所示

解析 由于不知液体是否能完全浸润容器，还是完全不能浸润容器，所以液面可能是如题图(b)中A或可能B所示形状．

答案 D