高中物理第七章分子动理论第3节分子间的作用力导学案新人教版选修3-31 6页

3 分子间的作用力 内容 要求 分子间的作用力 知道分子间存在空隙；知道分子间同时存在着引力和斥力，其大小与分 子间距离有关；知道分子力为零时，分子间距离 r0 的数量级，明确什么 条件下表现为斥力，什么条件下表现为引力。 分子动理论 知道分子动理论的内容，会用分子动理论的内容解释有关现象。 现在工业上存在许多新的焊接方式，如摩擦焊接、爆炸焊接等。摩擦焊接是使焊件两个 接触面高速地向相反方向旋转，同时加上很大的压力(约每平方厘米加几千到几万牛顿的 力)，瞬间就焊接成了一个整体。你能说一下其中的道理吗？ 提示：摩擦焊接是利用分子引力的作用使这两个焊件成为一个整体的。当焊接的两个接 触面高速地向相反方向旋转且加上很大的压力时，就可以使两个接触面上的大多数分子之间 的距离达到或接近 r0，利用分子间的作用力使两个接触面焊接在一起。 一、分子间存在空隙的几个事实 1．气体很容易被______，说明气体分子之间存在着很大的空隙。 2．水和酒精混合后总体积会______，说明液体分子之间存在着空隙。 3．压在一起的铅片和金片，各自的分子能______到对方的内部，说明固体分子之间也 存在着空隙。 二、分子间的作用力 1．分子间存在作用力的事实基础 (1)宏观分析：当用力拉伸物体时，物体内要产生反抗拉伸的弹力，说明分子间存在着 ______；当用力压缩物体时，物体内会产生反抗压缩的弹力，这说明分子之间还存在着 ______。 (2)微观分析：分子间虽然有空隙，大量分子却能聚集在一起形成固体或液体，说明分 子之间存在着______；而分子间又有空隙，没有紧紧吸在一起，这说明分子间还存在______。 2．分子间存在作用力的变化规律 (1)分子力：分子之间______存在着相互作用的引力和斥力，这两个力的______即为分 子间的作用力。 (2)分子间作用力的变化规律 分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而______，随分子间距离的减小而______， 但____力的变化比____力更快。具体表现为： ①当 r＝r0 时，其中一个分子所受的引力和斥力大小______，这个分子所受的合力为 ____。 ②当 r＜r0 时，分子之间的引力______斥力，此时分子力表现为____力。 ③当 r＞r0 时，分子之间的引力______斥力，此时分子力表现为____力。 ④当 r≥10r0 时，分子间的引力和斥力都很微弱，可认为分子之间的作用力为____。 思考 1：分子间距离为 r0 时，分子力为零，这种情况下分子间还存在相互作用的引力和 斥力吗？ 三、分子动理论 1．内容：物体是由______分子组成的，分子在做__________的无规则运动，分子间存 在着____力和____力。 2．统计规律 (1)微观方面：对于任何一个分子而言，运动都是________的，带有______性。 (2)宏观方面：对于大量分子的______而言，它们却表现出规律性。这种由大量______ 事件的整体所表现出来的规律，叫做统计规律。 思考 2：气体很容易被压缩是由于分子之间存在引力的原因吗？压缩到一定程度后为什 么又很难继续被压缩呢？ 答案：一、1.压缩 2．减小 3．扩散 二、1.(1)引力 斥力 (2)引力 斥力 2．(1)同时 合力 (2)减小 增大 斥 引 相等 0 小于 斥 大于 引 0 思考 1 提示：存在，在这种情况下引力与斥力相等，相互平衡。 三、1.大量 永不停息 引 斥 2．(1)不规则 偶然 (2)整体 偶然 思考 2 提示：不是，气体很容易被压缩是由于分子间存在空隙；压缩到一定程度后很难继续被 压缩是由于分子间存在斥力的原因。 一、如何正确认识分子力 1．分子力的性质 根据现代分子结构理论，分子由原子组成，原子又是由带正电的原子核和绕核运动的带 负电的电子形成的电子云组成的，可见，分子是一个复杂的带电系统，毫无疑问，分子间的 作用力应属于电磁力。 2．分子力的特点 (1)分子间总是同时存在引力和斥力，实际表现出来的是它们的合力。 (2)分子间作用力随分子间距离而变化，引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，但 斥力的变化比引力的变化要快。(如图所示) (3)分子力是短程力，分子间的距离超过分子直径的 10 倍，即 1 nm 的数量级时，可以 认为分子间作用力为零，气体分子间的作用力可忽略不计。 3．分子力的规律 (1)图象表示(如上图所示) ①当 r＝r0 时，F 引＝F 斥，F＝0。 ②当 rr0 时，F 引和 F 斥都随分子间距离的增大而减小，但 F 斥减小得更快，分子力表现 为引力。 ④当 r≥10r0(10－9 m)时，F 引和 F 斥都十分微弱，可认为分子间无相互作用力(F＝0)。 (2)模型表示 分子间的相互作用力像弹簧连接着的两个小球间的相互作用力。小球代表分子，弹簧的 弹力代表分子斥力和引力的合力。如下表所示： r＝r0，F＝0 rr0，F 表现为引力 ①当弹簧处于原长时(r＝r0)，象征着分子力的合力为零。 ②当弹簧处于压缩状态时(rr0)，象征着分子力的合力为引力。 (1)分子间距离为 r0 时，引力与斥力大小相等，并不是无引力和斥力，且此时分子并不 是静止不动，而是在平衡位置附近振动。 (2)“小球—弹簧”模型用类比方法近似反映了分子在平衡位置附近分子合力的情景， 它不能说明分子间既有引力又有斥力，更不能表示分子位置变化时斥力、引力及合力的复杂 变化情况。 二、统计规律及分子间相互作用的宏观表现 1．统计规律：对大量的偶发事件整体起作用的规律。统计规律表现这些偶发事件整体 的和必然的联系，而个别事件的特征和偶然联系已经不是重点了。例如气体在无序运动中不 断发生碰撞，每个分子的运动速率不断地发生变化。在某一特定时刻，某个特定分子究竟具 有多大的速度完全是偶然的，不能预知。但对大量分子的整体，在一定条件下，实验和理论 都证明它们的速率分布遵从一定的统计规律。 2．分子间有相互作用力的宏观表现 (1)当外力欲使物体拉伸时，组成物体的大量分子间将表现为引力以抗拒外界对它的拉 伸。 (2)当外力欲使物体压缩时，组成物体的大量分子间将表现为斥力以抗拒外界对它的压 缩。 (3)大量的分子能聚集在一起形成固体或液体，说明分子间存在引力。固体有一定形状， 液体有一定的体积，而固体、液体分子间有空隙，说明分子间还同时存在着斥力。 3．分子力与物质三态不同的宏观特征 分子间的距离不同，分子间的作用力表现也就不一样。 固体分子间的距离小，分子之间的作用力表现明显，其分子只能在平衡位置附近做范围 很小的无规则振动。因此，固体不但具有一定的体积，还具有一定的形状。 液体分子间的距离也很小，分子之间的作用力较大，液体分子可以在平衡位置附近做范 围较大的无规则振动，而且液体分子的平衡位置不是固定的，因而液体虽然具有一定的体积， 却没有固定的形状。 气体分子间距离较大，彼此间的作用力极为微小，可认为分子除了与其他分子或器壁碰 撞时有相互作用外，分子力可忽略。所以气体既没有一定的体积，也没有一定的形状，总是 充满整个容器。 物质状态不同，分子力的宏观特征也不同，如固体难压缩是分子间斥力的表现，气体难 压缩是气体压强的表现。 类型一 对分子力的认识 【例 1】 (2011·广东理综)如图所示，两个接触面平滑的铅柱压紧后悬挂起来，下面 的铅柱不脱落，主要原因是( )。 A．铅分子做无规则热运动 B．铅柱受到大气压力作用 C．铅柱间存在万有引力作用 D．铅柱间存在分子引力作用 点拨：了解一些分子间存在作用力的事实，是准确处理此类问题的关键。 解析：由于分子间存在引力，使两个铅柱结合在一起而不脱落，选项 D 正确。 答案：D 题后反思：分子力问题的分析方法： (1)首先要分清是分子力还是分子引力或分子斥力。 (2)分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小。 (3)分子力比较复杂，要抓住两个要点，一是 r＝r0 时，分子力为零，但引力和斥力大 小相等，均不为零；二是 r≥10r0 时，分子力以及引力、斥力都可忽略，可以看做是零，所 以当 rr0 时，分子间距由 r0 增大到 10r0，分 子力先增大后减小。 类型二 分子力做功问题 【例 2】 两个分子甲和乙相距较远，此时它们之间的分子力可以忽略，设甲固定不动， 乙逐渐向甲靠近，直到不能再靠近的整个过程中( )。 A．分子力总是对乙做正功 B．分子引力与斥力互为反作用力，分子引力做的功与分子斥力所做的功的代数和总等 于零 C．先是分子力对乙做正功，然后分子力对乙做负功 D．分子引力总是做正功 点拨：在乙逐渐向甲靠近的过程中，明确分子力与位移的方向关系是讨论其做功的关键。 解析：分子之间的距离大于 r0 时，分子引力大于分子斥力，分子力表现为引力，分子 乙在靠近平衡位置的过程中，分子力与移动方向相同，分子力对乙做正功；当两分子之间距 离小于 r0 时，分子斥力大于分子引力，分子力表现为斥力，分子从乙位置向甲位置靠近的 过程中，分子力与移动方向相反，分子力对乙做负功。选项 C 正确。 分子力是分子引力与分子斥力的合力。在乙逐渐向甲靠近直到不能再靠近的整个过程 中，分子引力始终做正功，斥力始终做负功。选项 D 正确。 答案：CD 题后反思：分子力对分子做功和其他力对宏观物体做功的判断相同，即 F、s 方向相同 或夹角为锐角，F 做正功；F、s 方向相反或夹角为钝角，F 做负功。 触类旁通：本题若不考虑其他作用力，则整个过程中乙分子的加速度大小如何变化？动 能呢？ 答案：触类旁通 答案：加速度先增大再减小后增大，动能先增大后减小。 1．关于分子力，下列说法中正确的是( )。 A．碎玻璃不能拼合在一起，说明分子间存在斥力 B．将两块铅压紧以后能连成一块，说明分子间存在引力 C．水和酒精混合后的体积小于原来的体积之和，说明分子间存在引力 D．固体很难被拉伸，也很难被压缩，说明分子间既有引力又有斥力 2．关于分子间作用力，下列说法中正确的是(其中 r0 为分子间平衡位置之间的距 离)( )。 A．两个分子间距离小于 r0 时，分子间只有斥力 B．两个分子间距离大于 r0 时，分子间只有引力 C．压缩物体时，分子间斥力增大，引力减小 D．拉伸物体时，分子间斥力和引力都减小 3．下列说法中正确的是( )。 A．水的体积很难被压缩，这是分子间存在斥力的宏观表现 B．气体总是很容易充满容器，这是分子间存在斥力的宏观表现 C．两个相同的半球壳吻合接触，中间抽成真空(马德堡半球)，用力很难拉开，这是分 子间存在引力的宏观表现 D．用力拉铁棒的两端，铁棒没有断，这是分子间存在引力的宏观表现 4．一般情况下，分子间同时存在分子引力和分子斥力，若在外力作用下两分子的间距 达到不能再靠近为止，且甲分子固定不动，乙分子可自由移动，则去掉外力后，当乙分子运 动到相距很远时，速度为 v，则在乙分子的运动过程中(乙分子的质量为 m)( )。 A．乙分子的动能变化量为 1 2 mv2 B．分子力对乙分子做的功为 1 2 mv2 C．分子引力比分子斥力多做了 1 2 mv2 的功 D．分子斥力比分子引力多做了 1 2 mv2 的功 5．(2011·漳州高二检测)有人曾经用这样一个装置来模拟分子间的相互作用，如图所 示，一根弹簧，两端分别固定一个小球，用来表示两个分子，两个小球用一根橡皮筋相连， 弹簧处于被压缩状态，橡皮筋处于被拉伸状态，弹簧对两球的弹力向外，表示分子间的斥力， 橡皮筋对两球的弹力向里，表示分子间的引力，试分析这个模型是否能说明分子间的相互作 用情况。 答案：1．BD 物体能否拼合在一起，取决于它们能否接近到分子力发生作用的范围。 碎玻璃不能拼合，是由于碎片间距离太大；两铅块压紧后能连成一块，是由于铅块间缝隙已 达到分子力发生作用的距离，所以 A 选项错误，B 选项正确。水和酒精混合后体积小于原来 的体积之和，说明分子间有空隙，故 C 选项错误。固体很难被拉伸，说明分子间存在引力； 很难被压缩，说明分子间存在斥力，故 D 选项正确。 2．D 分子间的引力和斥力是同时存在的，当 r>r0 时，它们的合力表现为引力，当 r