2025年高三物理上學(xué)期“物理洗滌劑”中的物理知識(shí)考查卷一、選擇題（共8小題，每題6分，共48分）1.表面張力與分子間作用力洗滌劑能夠去除油污的核心物理原理是表面活性劑分子改變了液體的表面張力。下列關(guān)于表面張力的說(shuō)法正確的是（）A.表面張力是液體表面層分子間斥力大于引力的結(jié)果B.溫度升高時(shí)，水分子熱運(yùn)動(dòng)加劇導(dǎo)致表面張力增大C.表面活性劑分子的疏水端與油污結(jié)合，親水端與水分子結(jié)合，形成膠束結(jié)構(gòu)D.水的表面張力系數(shù)為72.8mN/m（20℃），加入洗滌劑后該系數(shù)會(huì)增大答案：C解析：表面張力源于液體表面層分子間引力大于斥力，A錯(cuò)誤；溫度升高使分子間距增大，表面張力減小，B錯(cuò)誤；洗滌劑的表面活性劑分子通過(guò)“疏水端-油污”“親水端-水”的結(jié)合形成膠束，包裹油污實(shí)現(xiàn)去污，C正確；洗滌劑會(huì)降低水的表面張力，D錯(cuò)誤。2.毛細(xì)現(xiàn)象與浸潤(rùn)性將內(nèi)徑相同的玻璃毛細(xì)管分別插入純水和加有洗滌劑的水溶液中，觀察到毛細(xì)管中液面高度不同。下列說(shuō)法正確的是（）A.純水在毛細(xì)管中上升高度更高，因?yàn)槠浔砻鎻埩Ω驜.洗滌劑溶液的接觸角θ＞90°，表現(xiàn)為對(duì)玻璃的不浸潤(rùn)C(jī).毛細(xì)管中液面上升高度h與表面張力系數(shù)γ成反比D.若將毛細(xì)管半徑減小為原來(lái)的1/2，液面高度將降低為原來(lái)的1/2答案：A解析：根據(jù)毛細(xì)現(xiàn)象公式(h=\frac{2\gamma\cos\theta}{\rhogr})，純水表面張力γ更大，上升高度h更高，A正確；洗滌劑溶液對(duì)玻璃為浸潤(rùn)（θ＜90°），B錯(cuò)誤；h與γ成正比，與半徑r成反比，C、D錯(cuò)誤。3.分子動(dòng)理論與能量轉(zhuǎn)化用洗滌劑清洗沾有油污的衣物時(shí)，伴隨的能量轉(zhuǎn)化是（）A.表面活性劑分子的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能B.水分子的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為油污的重力勢(shì)能C.表面張力做功轉(zhuǎn)化為膠束的動(dòng)能D.分子間作用力做功導(dǎo)致內(nèi)能增加答案：D解析：洗滌劑去污過(guò)程中，表面活性劑分子與油污、水分子的相互作用屬于分子力做功，伴隨內(nèi)能變化，D正確；該過(guò)程不涉及化學(xué)能轉(zhuǎn)化，A錯(cuò)誤；油污脫離衣物是分子力作用的結(jié)果，與重力勢(shì)能無(wú)關(guān)，B錯(cuò)誤；表面張力做功使液面收縮，而非直接轉(zhuǎn)化為膠束動(dòng)能，C錯(cuò)誤。4.實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ罕砻鎻埩y(cè)量某同學(xué)用毛細(xì)管上升法測(cè)量不同濃度洗滌劑溶液的表面張力，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表。根據(jù)數(shù)據(jù)可得出的結(jié)論是（）洗滌劑濃度（%）0（純水）0.10.51.0上升高度h（cm）5.84.23.12.5A.濃度與h成線(xiàn)性關(guān)系B.濃度每增加0.5%，h降低約1.1cmC.表面張力系數(shù)隨濃度增大而減小D.若用更大內(nèi)徑的毛細(xì)管，h的變化幅度將增大答案：C解析：h隨濃度增大而減小，但非線(xiàn)性關(guān)系，A、B錯(cuò)誤；根據(jù)(h=\frac{2\gamma\cos\theta}{\rhogr})，h減小說(shuō)明γ減小，C正確；毛細(xì)管半徑r增大時(shí)，h的變化幅度減小，D錯(cuò)誤。5.熱學(xué)與表面現(xiàn)象洗滌劑在溫水中去污效果更好，從分子動(dòng)理論角度分析，原因是（）A.溫水的表面張力系數(shù)更大B.溫度升高使表面活性劑分子擴(kuò)散速度加快C.溫水的密度減小，浮力增大，更易沖走油污D.溫度升高使膠束的臨界膠束濃度（CMC）升高答案：B解析：溫度升高加快分子熱運(yùn)動(dòng)，表面活性劑擴(kuò)散速度提升，與油污的結(jié)合效率提高，B正確；溫水表面張力更小，A錯(cuò)誤；去污效果與浮力無(wú)關(guān)，C錯(cuò)誤；CMC隨溫度升高而降低，D錯(cuò)誤。6.力學(xué)綜合：勻速攪拌與功率用攪拌器勻速攪拌洗滌劑溶液時(shí)，攪拌葉片所受阻力與表面張力系數(shù)γ成正比。若攪拌功率P=FV，其中F為阻力，V為葉片線(xiàn)速度，則當(dāng)溶液濃度增大時(shí)（）A.γ減小，P增大B.γ減小，P減小C.γ增大，P增大D.γ增大，P減小答案：B解析：濃度增大導(dǎo)致γ減小，阻力F減小，功率P=FV隨之減小，B正確。7.光學(xué)現(xiàn)象：薄膜干涉將洗滌劑溶液滴在水面上，形成厚度不均勻的薄膜，在陽(yáng)光下可觀察到彩色條紋。該現(xiàn)象的成因是（）A.光的色散B.光的衍射C.薄膜前后表面反射光的干涉D.表面張力導(dǎo)致的光的折射答案：C解析：彩色條紋是薄膜干涉的結(jié)果，即前后表面反射的兩列光波疊加形成，C正確。8.近代物理拓展：表面活性劑與納米技術(shù)納米洗滌劑通過(guò)減小表面活性劑分子尺寸提升去污能力，其原理與下列哪項(xiàng)物理概念相關(guān)（）A.量子隧穿效應(yīng)B.表面張力的尺寸效應(yīng)C.分子熱運(yùn)動(dòng)的布朗運(yùn)動(dòng)D.光的波粒二象性答案：B解析：納米尺度下，表面活性劑分子與油污的接觸面積增大，表面張力的尺寸效應(yīng)使去污效率提升，B正確。二、非選擇題（共4小題，共62分）9.填空題（12分）（1）表面活性劑分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是同時(shí)具有______和______；（2）20℃時(shí)水的表面張力系數(shù)為72.8mN/m，若某洗滌劑溶液的表面張力系數(shù)為30mN/m，則其降低水表面張力的比例為_(kāi)_____%（保留一位小數(shù)）；（3）毛細(xì)現(xiàn)象中，液面上升高度h與毛細(xì)管半徑r的關(guān)系為_(kāi)_____。答案：（1）親水基團(tuán)；疏水基團(tuán)（2）58.8（計(jì)算：(\frac{72.8-30}{72.8}\times100%\approx58.8%)）（3）(h\propto\frac{1}{r})10.實(shí)驗(yàn)題（16分）題目：測(cè)量不同溫度下洗滌劑溶液的表面張力系數(shù)，探究溫度對(duì)去污效果的影響。器材：表面張力測(cè)定儀（最大氣泡壓力法）、恒溫水浴鍋、不同溫度的洗滌劑溶液（濃度0.5%）、數(shù)據(jù)采集器。（1）寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)原理：通過(guò)測(cè)量氣泡逸出時(shí)的最大壓力差(\Deltap)，根據(jù)公式______計(jì)算表面張力系數(shù)γ（已知?dú)馀莅霃絩，液體密度ρ，重力加速度g）；（2）實(shí)驗(yàn)中需控制的變量有：、；（3）數(shù)據(jù)記錄與處理：|溫度（℃）|20|30|40|50||-----------|----|----|----|----||(\Deltap)（Pa）|650|580|510|450|根據(jù)公式(\Deltap=\frac{2\gamma}{r}+\rhogh)（h為液柱高度，可忽略），若r=0.5mm，計(jì)算40℃時(shí)γ=mN/m（保留整數(shù)）；（4）結(jié)論：溫度升高，γ，去污效果______。答案：（1）(\gamma=\frac{\Deltap\cdotr}{2})（2）洗滌劑濃度；毛細(xì)管半徑（3）128（計(jì)算：(\gamma=\frac{510\\text{Pa}\times0.5\times10^{-3}\\text{m}}{2}=0.1275\\text{N/m}=127.5\\text{mN/m}\approx128\\text{mN/m})）（4）減小；增強(qiáng)11.計(jì)算題（18分）題目：某品牌洗衣液的表面活性劑分子模型可簡(jiǎn)化為柱形，直徑d=2nm，長(zhǎng)度L=10nm。已知20℃時(shí)該洗衣液溶液的表面張力系數(shù)γ=35mN/m，接觸角θ=30°，水的密度ρ=1.0×103kg/m3，重力加速度g=10m/s2。（1）求該溶液在半徑r=0.1mm的毛細(xì)管中上升的高度h；（2）若將500mL該溶液倒入水盆中，形成面積S=0.2m2的薄膜，求表面層分子的總勢(shì)能E（忽略邊緣效應(yīng)，表面層厚度取分子長(zhǎng)度L）。答案：（1）根據(jù)毛細(xì)現(xiàn)象公式：[h=\frac{2\gamma\cos\theta}{\rhogr}=\frac{2\times35\times10^{-3}\\text{N/m}\times\cos30°}{1.0\times10^3\\text{kg/m}^3\times10\\text{m/s}^2\times0.1\times10^{-3}\\text{m}}]代入(\cos30°=\frac{\sqrt{3}}{2}\approx0.866)，解得(h\approx0.0606\\text{m}=6.06\\text{cm})。（2）表面層分子數(shù)(N=\frac{S}{(\pid^2/4)}=\frac{0.2\\text{m}^2}{\pi\times(2\times10^{-9}\\text{m})^2/4}\approx6.37\times10^{16})每個(gè)分子的勢(shì)能(E_0=\gamma\times(\text{分子表面積})=\gamma\times(\pidL)\approx35\times10^{-3}\\text{N/m}\times\pi\times2\times10^{-9}\\text{m}\times10\times10^{-9}\\text{m}\approx2.2\times10^{-17}\\text{J})總勢(shì)能(E=N\cdotE_0\approx6.37\times10^{16}\times2.2\times10^{-17}\\text{J}\approx1.40\\text{J})。12.綜合應(yīng)用題（16分）題目：結(jié)合2025年高考物理大綱中“注重物理知識(shí)在生產(chǎn)勞動(dòng)實(shí)踐中的應(yīng)用”的要求，分析洗滌劑在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一項(xiàng)具體應(yīng)用：農(nóng)藥乳化劑。（1）農(nóng)藥乳化劑的作用是將不溶于水的農(nóng)藥有效成分分散為微小液滴，從表面現(xiàn)象角度解釋其原理；（2）某農(nóng)藥乳化劑的臨界膠束濃度（CMC）為0.02mol/L，若配制1L溶液，需加入表面活性劑分子的數(shù)目為多少（阿伏伽德羅常數(shù)(N_A=6.02\times10^{23}\\text{mol}^{-1})）；（3）說(shuō)明溫度對(duì)農(nóng)藥乳化效果的影響，并從分子動(dòng)理論角度解釋。答案：（1）乳化劑的表面活性劑分子通過(guò)疏水端與農(nóng)藥（油相）結(jié)合、親水端與水結(jié)合，降低油水界面張力，使農(nóng)藥分散為穩(wěn)定的微小液滴，避免分層。（2）分子數(shù)目(N=CMC\timesV\timesN_A=0.02\\text{mol/L}\times1\\text{L}\times6.02\times10^{23}\\text{mol}^{-1}=1.204\times10^{22})。（3）溫度升高可提升乳化效果：溫度升高使表面活性劑分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，擴(kuò)散速度加快，與農(nóng)藥分子的結(jié)合效率提高；同時(shí)溫度升高降低界面張力，促進(jìn)液滴分散。三、選考題（15分，從以下兩題中任選一題作答）A.熱學(xué)與表面現(xiàn)象拓展題目：用分子動(dòng)理論解釋為何表面活性劑分子在溶液表面會(huì)定向排列，并推導(dǎo)表面張力系數(shù)γ與分子間引力F的關(guān)系（假設(shè)表面層分子間距為r，分子數(shù)密度為n）。答案：表面活性劑分子在表面定向排列的原因：表面層分子所受內(nèi)部分子引力大于外部（空氣）引力，存在向液體內(nèi)部收縮的趨勢(shì)。表面活性劑分子的親水端受水分子引力較大，疏水端受水分子引力較小，因此自動(dòng)向表面遷移，形成“親水端向內(nèi)、疏水端向外”的定向排列，以降低系統(tǒng)能量。表面張力系數(shù)γ與分子間引力F的關(guān)系：表面層單位面積的分子數(shù)(N=n\sqrt{r^2})（簡(jiǎn)化為二維模型），每個(gè)分子所受合力(F_{\text{合}}=F_{\text{內(nèi)}}-F_{\text{外}}\approxF)（忽略外部引力），則單位長(zhǎng)度的表面張力(\gamma=N\cdotF/n=F\sqrt{r^2})，即(\gamma\proptoF)。B.電磁學(xué)與表面活性劑題目：在電場(chǎng)中，帶電的表面活性劑分子會(huì)發(fā)生定向移動(dòng)。若在平行板電容器中加入洗滌劑溶液，兩極板間電壓U=10V，板間距d=2cm，表面活性劑分子帶電量q=e（元電荷e=1.6×10?1?C），求分子所受電場(chǎng)力F及移動(dòng)距離x=1cm時(shí)電場(chǎng)力做的功W。答案：電場(chǎng)強(qiáng)度(E=U/d=10\\text{V}/0.02\\text{m}=500\\text{V/m})電場(chǎng)力(F=qE=1.6\times10^{-19}\\text{C}\times500\\text{V/m}=8\times10^{-17}\\te