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(共24張PPT)
魯科版2019
選擇性必修3
第2節 表面張力和毛細現象
第二章 固體與液體
水黽可在水面上行走，如履平地
回形針可漂于水面
水滴在蠟紙上近似球形，可來回滾動而不會附著在蠟紙
水滴在潔凈的玻璃上不僅不收縮成球形，還會沿著玻璃面向外擴展。
現象背后有什么規律呢？
觀察肥皂膜的變化
觀察肥皂膜的變化
現象:松手后，滑桿被拉回，肥皂膜面積縮小
現象:棉線圈被繃緊，拉成一個圓，肥皂膜面積縮小。
液體表面具有收縮的趨勢。
結論:
液體表面具有收縮的趨勢
在液體內部，分子完全被其他分子包圍，分子間的距離幾乎等于分子力平衡的距離，分子間的作用力約為零。
液體與氣體接觸的表面存在一個薄層，即表面層。表面層分子的分布比液體內部稀疏，分子間的距離略大于分子力平衡的距離，分子間的作用力表現為引力。
液體表面具有收縮的趨勢
由于表面分子之間的引力作用，A、B兩部分的液體之間就有相互作用，A部分對B部分的引力為FA,使分界線OO'向A部分收縮；B部分對A部分的引力為FB,使分界線OO'向B部分收縮。FA和FB大小相等、方向相反。
假想一條分界線OO'將液面分割成A、B兩部分。
1、 液體表面各部分間的相互引力，稱為表面張力
01
表面張力
2、力的方向：總是跟液面相切，且與分界面垂直
3、表面張力使液體表面繃緊，液體就像被一層繃緊的彈性膜覆蓋著。
思考
1、為什么水黽可以停在水面上？
2、許多曲別針沉入杯中水卻還沒溢出？
液體表面具有收縮的趨勢
由于表面張力的作用，液體表面總有要收縮到表面積最小的趨勢，所以雨滴、奶滴、油滴等液滴的外形就近似呈現球形；若重力的影響明顯，其外形就呈現為橢球形；在完全失重的環境下，液滴能收縮成標準的球形。
2013年我國航天員在“天宮一號”進行世界矚目的太空授課，其中的水球便是球形（圖2-18），展示了失重環境下液體表面張力的特性。
浸潤與不浸潤
液體和固體間的接觸面又會出現怎樣的現象呢？
思考
浸潤與不浸潤
現象:在潔凈玻璃上的水滴擴展形成薄層，附著在玻璃上并把玻璃浸濕。
現象:在蠟紙上的水滴可來回滾動而不會擴展成薄層附著在蠟紙上
水滴在玻璃上
水滴在蠟紙上
02
浸潤與不浸潤
1、液體潤濕某種固體并附著在該固體表面上的現象稱為浸潤；
2、液體不潤濕某種固體也不附著在該固體表面上的現象稱為不浸潤
浸潤與不浸潤
03
解釋
為什么會出現浸潤與不浸潤現象呢？
當液體跟固體接觸時，在接觸處會形成一液體薄層，稱為附著層。附著層中的液體分子一方面受到液體內部分子的吸引力（內聚力），另一方面受到固體分子的吸引力（附著力）。液體能否浸潤固體由內聚力和附著力的大小決定。如果內聚力大于附著力，這時跟固體接觸的液體表面有縮小的趨勢，形成不浸潤現象。相反，如果附著力大于內聚力，這時跟固體接觸的液面有擴展的趨勢，形成浸潤現象。
附著層
固體
液體
浸潤與不浸潤
把水裝在玻璃管里，由于水浸潤玻璃，器壁附近的液面沿器壁向上擴展，水面呈凹面。把水銀裝在玻璃管里，由于水銀不浸潤玻璃，器壁附近的液面沿器壁下移，水銀面呈凸面
浸潤與不浸潤
在日常生活中，有時我們希望液體浸潤固體。
04
應用與防止
例如，毛巾都是用能被水浸潤的織物做成的；洗衣服使用的合成洗滌劑內加有能浸潤油污的物質，在洗滌過程中能帶走衣物上的油污。
有時我們不希望液體浸潤固體。
例如，在生產雨傘時，就應盡量選擇不容易被雨水浸潤的布料，以便更好地防水。
毛細現象
水在玻璃管中會出現凹面，水銀在玻璃管中會出現凸面。如果減小或增大玻璃管的內徑，管內的水和水銀將會出現怎樣的現象呢？
內徑不同的細玻璃管插入不同的液體中
（1）把幾根內徑不同的細玻璃管插入水槽中，觀察管內水面形狀，并比較幾根玻璃管中水面的高度（圖2-20）。
（2）把這些細玻璃管再插入水銀槽中，觀察管內水銀面形狀，并比較幾根玻璃管中水銀面的高度（圖2-21）。
毛細現象
毛細現象
實驗現象
幾根內徑不同的細玻璃管插入水槽中，水面呈凹面；管內水面比容器內水面高，管內徑越小，水面越高。
把細玻璃管插入水銀槽中，發生的現象則正好相反，水銀面呈凸面；管內水銀面比容器內水銀面低，管內徑越小，水銀面越低。
01
毛細現象
浸潤液體在細管里上升的現象和不浸潤液體在細管里下降的現象，稱為毛細現象。能發生毛細現象的管稱為毛細管。
毛細現象是怎樣產生的呢？
浸潤液體與毛細管內壁接觸時，液體表面彎曲，呈凹形。表面張力的收縮作用總是力圖使凹形表面的面積縮小，形成向上的作用力（圖2-22），對液體產生向上的提拉作用，于是管內液體上升，直到表面張力向上的提拉作用與管內升高的液柱所受的重力達到平衡時，管內液體才停止上升，穩定在一定的高度。
毛細現象
02
解釋
不浸潤液體在毛細管里下降則是由于表面張力的收縮作用總是力圖使凸形表面的面積減小，形成向下的作用力（圖2-23），使液體向下運動而導致的。
毛細現象
03
生活中的毛細現象
紅色液體通過植物的毛細管上升
墨汁上升
土壤里有很多像毛細管一樣的細小孔道，土壤中的水分可沿著它們上升到地面。如果要保存土壤中的水分，就要把地表土壤鋤松，破壞土壤表層的毛細管；如果想把地下的水分引上來，就需要保持土壤里的毛細管，還要使它們變得更細，這時就要壓緊土壤。
土壤
紙張、棉花、毛巾、粉筆、木材、土壤、磚塊等物體內部，有許多細小的孔道，起到毛細管的作用。
液晶
奧地利植物學家
萊尼茨爾
（F．Reinitzer，1857-1927）
1888年，奧地利植物學家萊尼茨爾把一種有機物的晶體放在試管里加熱，觀察它熔化的情況。溫度升到145.5℃后，不再上升，晶體開始熔化成乳白色渾濁流體。在晶體全部熔化以后，流體的溫度隨之升高。可是，當溫度升到178.5℃時，溫度竟又一次停止上升，而且渾濁的流體開始變得清亮，最后完全透明。
難道這種晶體有兩個熔點？這種乳白色的渾濁流體是什么？
研究發現，溫度在145.5～178.5℃的這種有機物流體，
①既有液體的流動性質，
②又有晶體的某些電學和光學性質，
③分子在某些方向的排列比較整齊，具有各向異性。
液晶
稱為
液晶
01
定義
物理學中把這種既具有像液體那樣的流動性和連續性，又具有像晶體那樣的各向異性特點的流體，稱為液晶。
02
特點
①既有液體的流動性質，
②又有晶體的某些電學和光學性質，
③分子在某些方向的排列比較整齊，具有各向異性。
液晶是介于固態和液態之間的一種物質狀態。
當溫度進一步升高時，分子取向有序性也消失，完全進入無序的狀態，變成液態
液晶
晶體、液晶和液體的分子排列示意圖
液晶具有液體的流動性，但在低溫時液晶會凝固成結晶態，不僅分子的取向是有序的，而且分子重心的位置也是有序的
當溫度升高時，晶體中分子的熱運動增強，使分子重心位置的有序性消失，轉為液晶態
液晶
外界條件的微小變化，會引起液晶分子排列的變化，從而改變液晶的某些性質。例如，溫度、壓力、摩擦、電磁作用、容器的表面差異等，都可能改變液晶的光學性質，這些性質使液晶有著廣泛的應用。
03
應用
①彩色液晶顯示屏
在外加電壓影響下，液晶的分子排列會發生改變，使液晶由透明變為不透明，去掉電壓又恢復透明。控制電壓，就可讓液晶像閘門一樣阻隔光線或讓光線穿過（圖2-26),其作用相當于光開關。利用液晶的這種性質可制造各種液晶顯示屏。液晶顯示屏的關鍵部件是液晶層。將液晶層置于成千上萬的透明電極之間，每個電極包含在細小的單元格結構中，一個或多個單元格構成屏幕上的一個像素。在電壓控制下，某些單元格透光，對應的像素為白色；某些單元格不透光，對應的像素為黑色。大量按一定規律出現的白、黑像素點便形成了黑白圖像。
彩色液晶顯示屏的每一個像素都由三個單元格構成，分別對應紅色、綠色和藍色的過濾片，利用三原色原理就可組合出不同的色彩（圖2-27).
液晶
②液晶在溫度改變時會改變顏色。
隨著溫度的升高，色彩按紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫的順序變化，溫度下降時又按相反順序變色，而且靈敏度很高，在不到1℃的溫差內就可顯出整個色譜。利用液晶的這種溫度效應可探測溫度。
③液晶在醫學上可用來探查腫瘤。
在皮膚表面涂上一層液晶，因腫瘤溫度與周圍正常組織的溫度不同，液晶就會顯示出不同顏色。
④還可用液晶制造顯示體溫的帽子、顯示氣溫的日歷。
⑤還可用來探測微電路中的熱點（短路處），檢查制冷機的漏熱等
作業：
P43 2、3、4、5、

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