高中物理 第七章 分子動(dòng)理論 課時(shí)3 分子間的作用力學(xué)案 新人教版選修33
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1、 學(xué)案3 分子間的作用力 [目標(biāo)定位] 1.通過實(shí)驗(yàn)知道分子間存在著空隙和相互作用力.2.通過圖象分析知道分子力與分子間距離的關(guān)系.3.明確分子動(dòng)理論的內(nèi)容. 一、分子間的作用力 [問題設(shè)計(jì)] 圖1 如圖1所示,把一塊洗凈的玻璃板吊在彈簧測力計(jì)下面,使玻璃板水平地接觸水面,若想使玻璃板離開水面,在拉出玻璃板時(shí),彈簧測力計(jì)的示數(shù)與玻璃板的重力相等嗎?為什么? 答案 不相等;因?yàn)椴AО搴鸵好嬷g有分子引力,所以在使玻璃板拉出水面時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)要大于玻璃板的重力. [要點(diǎn)提煉] 1.在任何情況下,分子間總是同時(shí)存在著引力和斥力,而實(shí)際表現(xiàn)出來的分子力是分子引力和斥力的
2、合力.
2.分子間的引力和斥力都隨分子間距離r的增大而減小,隨分子間距離r的減小而增大,但斥力變化得快.
3.分子力與分子間距離變化的關(guān)系
(1)分子間距離r=r0(平衡距離)時(shí),F(xiàn)引=F斥,分子力為零,所以分子間距離等于r0的位置叫平衡位置.
(2)當(dāng)r
3、 [問題設(shè)計(jì)] 參與熱運(yùn)動(dòng)的某一個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)有規(guī)律可循嗎?大量分子的運(yùn)動(dòng)呢? 答案 以氣體為例,氣體分子在無序運(yùn)動(dòng)中不斷發(fā)生碰撞,每個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)速率不斷地發(fā)生變化.在某一特定時(shí)刻,某個(gè)特定分子究竟做怎樣的運(yùn)動(dòng)完全是偶然的,不能預(yù)知.但對(duì)大量分子的整體,在一定條件下,實(shí)驗(yàn)和理論都證明,它們遵從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律. [要點(diǎn)提煉] 1.分子動(dòng)理論的內(nèi)容 (1)物體是由大量分子組成的; (2)分子在做永不停息的無規(guī)則運(yùn)動(dòng); (3)分子之間存在著引力和斥力. 2.分子動(dòng)理論是熱現(xiàn)象微觀理論的基礎(chǔ),大量分子的集體行為受到統(tǒng)計(jì)規(guī)律的支配. 3.分子間相互作用的宏觀表現(xiàn) (1)當(dāng)外力欲使物體
4、拉伸時(shí),組成物體的大量分子間將表現(xiàn)為引力,以抗拒外界對(duì)它的拉伸. (2)當(dāng)外力欲使物體壓縮時(shí),組成物體的大量分子間將表現(xiàn)為斥力,以抗拒外界對(duì)它的壓縮. 一、分子力的宏觀表現(xiàn) 例1 下列說法正確的是( ) A.水的體積很難被壓縮,這是分子間存在斥力的宏觀表現(xiàn) B.氣體總是很容易充滿容器,這是分子間存在斥力的宏觀表現(xiàn) C.兩個(gè)相同的半球殼吻合接觸,中間抽成真空(馬德堡半球),用力很難拉開,這是分子間存在吸引力的宏觀表現(xiàn) D.用力拉鐵棒的兩端,鐵棒沒有斷,這是分子間存在吸引力的宏觀表現(xiàn) 解析 水是液體、鐵是固體,正常情況下它們分子之間的距離都為r0,分子間的引力和斥力恰好平衡.
5、當(dāng)水被壓縮時(shí),分子間距離由r0略微減小,分子間斥力大于引力,分子力的宏觀表現(xiàn)為斥力,其效果是水的體積很難被壓縮;當(dāng)用力拉鐵棒兩端時(shí),鐵棒發(fā)生很小的形變,分子間距離由r0略微增大,分子間引力大于斥力,分子力的宏觀表現(xiàn)為引力,其效果為鐵棒沒有斷,所以選項(xiàng)A、D正確.氣體分子由于永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng),能夠到達(dá)容器內(nèi)的任何空間,所以很容易就充滿容器,由于氣體分子間距離遠(yuǎn)大于r0,分子間幾乎無作用力,就是有作用力,也表現(xiàn)為引力,所以B錯(cuò).抽成真空的馬德堡半球,之所以很難拉開,是由于球外大氣壓力對(duì)球的作用,所以C錯(cuò).故正確答案為A、D. 答案 AD 二、分子力的特點(diǎn) 例2 關(guān)于分子間的相互作用力,
6、下列說法中正確的是( )
A.分子力隨分子間距的增大而減小
B.分子間的引力和斥力都隨分子間距的增大而減小
C.分子間同時(shí)存在引力和斥力
D.當(dāng)分子間距r>r0時(shí),分子間只有引力
解析 分子間同時(shí)存在引力和斥力,這兩個(gè)力都隨分子間距的變化而變化,變化情況如圖所示.引力、斥力都隨分子間距的增大而減小,但分子力(引力與斥力的合力)卻不是這樣.當(dāng)分子間距r
7、 針對(duì)訓(xùn)練 甲分子固定在坐標(biāo)原點(diǎn)O,乙分子位于r軸上,甲、乙兩分子間作用力與分子間距離關(guān)系圖象如圖3所示.現(xiàn)把乙分子從r3處由靜止釋放,則( ) 圖3 A.乙分子從r3到r1一直加速 B.乙分子從r3到r2過程中呈現(xiàn)引力,從r2到r1過程中呈現(xiàn)斥力 C.乙分子從r3到r1過程中,兩分子間的分子力先增大后減小 D.乙分子從r3到距離甲最近的位置過程中,兩分子間的分子力先減小后增大 答案 AC 解析 乙分子從r3到r1一直受甲分子的引力作用,且分子間作用力先增大后減小,故乙分子做加速運(yùn)動(dòng),A、C正確;乙分子從r3到r1過程中一直呈現(xiàn)引力,B錯(cuò)誤;乙分子從r3到距離甲最近的位置過
8、程中,兩分子間的分子力先增大后減小再增大,D錯(cuò)誤. 三、分子力的功 例3 分子甲和乙距離較遠(yuǎn),設(shè)甲固定不動(dòng),乙分子逐漸向甲分子靠近,直到不能再近的這一過程中( ) A.分子力總是對(duì)乙做功 B.乙分子總是克服分子力做功 C.先是乙分子克服分子力做功,然后分子力對(duì)乙分子做正功 D.先是分子力對(duì)乙分子做正功,然后乙分子克服分子力做功 解析 如圖所示,由于開始時(shí)分子間距大于r0時(shí),分子力表現(xiàn)為引力,因此分子乙從遠(yuǎn)處移到距分子甲r0處的過程中,分子力做正功;由于分子間距離小于r0時(shí),分子力表現(xiàn)為斥力,因此分子乙從距分子甲r0處繼續(xù)向甲移近時(shí)要克服分子力做功.故正確答案為D. 答案
9、D 1.(分子力的宏觀表現(xiàn))如圖4所示,兩個(gè)接觸面平滑的鉛柱壓緊后懸掛起來,下面的鉛柱不脫落,主要原因是( ) 圖4 A.鉛分子做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng) B.鉛柱受到大氣壓力作用 C.鉛柱間存在萬有引力作用 D.鉛柱間存在分子引力作用 答案 D 解析 擠壓后的鉛分子之間的距離可以達(dá)到分子之間存在相互作用力的距離范圍,故不脫落的主要原因是分子之間存在引力,故D正確,A、B、C錯(cuò)誤. 2.(分子力的特點(diǎn))兩個(gè)分子之間的距離為r,當(dāng)r增大時(shí),這兩個(gè)分子之間的分子力( ) A.一定增大 B.一定減小 C.可能增大 D.可能減小 答案 CD 解析 分子間同時(shí)存在的引力和斥
10、力都隨分子間距離的增大而減小,題設(shè)的r是大于r0(平衡距離)還是小于r0未知,增大多少也未知.由圖可知,分子間距離r在從無限小到無限大的區(qū)間內(nèi),分子力隨r的增大是先減小后增大,再減小. 3.(分子力的特點(diǎn))如圖5所示,設(shè)有一分子位于圖中的坐標(biāo)系原點(diǎn)O處不動(dòng),另一分子可位于x軸正半軸上不同位置處,圖中縱坐標(biāo)表示這兩個(gè)分子間分子力的大小,兩條曲線分別表示斥力或引力的大小隨兩分子間距離變化的關(guān)系,e為兩曲線的交點(diǎn),則( ) 圖5 A.ab線表示引力,cd線表示斥力,e點(diǎn)的橫坐標(biāo)約為10-15 m B.ab線表示斥力,cd線表示引力,e點(diǎn)的橫坐標(biāo)約為10-10 m C.ab線表示引力,
11、cd線表示斥力,e點(diǎn)的橫坐標(biāo)約為10-10 m D.ab線表示斥力,cd線表示引力,e點(diǎn)的橫坐標(biāo)約為10-15 m 答案 B 解析 由于分子間斥力的大小隨兩分子間距離的變化比引力快,所以題圖中曲線ab表示斥力,cd表示引力,e點(diǎn)引力和斥力平衡,分子間距離的數(shù)量級(jí)為10-10 m,所以B選項(xiàng)正確. 4.(分子力的功)如圖6所示,甲分子固定于坐標(biāo)原點(diǎn)O,乙分子從無窮遠(yuǎn)處靜止釋放,在分子力的作用下靠近甲.圖中d點(diǎn)是分子靠得最近的位置,則乙分子速度最大處可能是( ) 圖6 A.a點(diǎn) B.b點(diǎn) C.c點(diǎn) D.d點(diǎn) 答案 C 解析 從a點(diǎn)到c點(diǎn)分子間的作用力表現(xiàn)為引力,分子間的
12、作用力做正功,速度增加;從c點(diǎn)到d點(diǎn)分子間的作用力表現(xiàn)為斥力,分子間的作用力做負(fù)功,速度減小,所以在c點(diǎn)速度最大. 題組一 分子力的宏觀表現(xiàn) 1.固體和液體很難被壓縮,其原因是( ) A.分子已占據(jù)了整個(gè)空間,分子間沒有空隙 B.分子間的空隙太小,分子間只有斥力 C.壓縮時(shí),分子斥力大于分子引力 D.分子都被固定在平衡位置不動(dòng) 答案 C 解析 擴(kuò)散現(xiàn)象說明了分子在做無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng),且分子間存在著空隙,故A、D選項(xiàng)錯(cuò)誤.壓縮固體和液體時(shí),分子間的引力和斥力是同時(shí)存在的,只不過是斥力大于引力,分子力表現(xiàn)為斥力,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤,選項(xiàng)C正確. 2.對(duì)下列現(xiàn)象的解釋正確的是
13、( ) A.兩塊鐵經(jīng)過高溫加壓將連成一整塊,這說明鐵分子間有吸引力 B.一定質(zhì)量的氣體能充滿整個(gè)容器,這說明在一般情況下,氣體分子間的作用力很微弱 C.電焊能把兩塊金屬連接成一整塊是分子間的引力起作用 D.破碎的玻璃不能把它們拼接在一起是因?yàn)槠浞肿娱g斥力作用的結(jié)果 答案 ABC 解析 高溫下鐵分子運(yùn)動(dòng)非常激烈,兩鐵塊上的鐵分子間距很容易接近到分子力起作用的距離內(nèi),所以兩塊鐵經(jīng)過高溫加壓將很容易連成一整塊,電焊也是相同的原理,所以A、C項(xiàng)正確;通常情況下,氣體分子間的距離大約為分子直徑的10多倍,此種情況下分子力非常微弱,氣體分子可以無拘無束地運(yùn)動(dòng),從而充滿整個(gè)容器,所以B項(xiàng)正確;
14、玻璃斷面凹凸不平,即使用很大的力也不能使兩斷面間距接近到分子引力作用的距離,所以碎玻璃不能接合,若把玻璃加熱,玻璃變軟,則可重新接合,所以D項(xiàng)錯(cuò)誤. 3.表面平滑的太空飛行器在太空中飛行與灰塵相互摩擦?xí)r,很容易發(fā)生“黏合”現(xiàn)象,這是由于( ) A.摩擦生熱的作用 B.化學(xué)反應(yīng)的作用 C.分子力的作用 D.萬有引力的作用 答案 C 解析 當(dāng)表面平滑的飛行器在太空中與灰塵相互摩擦?xí)r,可以使飛行器表面與灰塵的距離達(dá)到分子力作用的范圍內(nèi),而發(fā)生“黏合”,因此是分子力的作用,C項(xiàng)正確. 題組二 分子力的特點(diǎn) 4.分子間同時(shí)存在著引力和斥力,當(dāng)分子間距增加時(shí),分子間的( ) A.引
15、力增加,斥力減小 B.引力增加,斥力增加 C.引力減小,斥力減小 D.引力減小,斥力增加 答案 C 解析 分子間同時(shí)存在著引力和斥力,當(dāng)分子間距增加時(shí),分子間的作用力都減小,即引力和斥力都減小,但斥力變化的快,故C正確. 5.清晨,草葉上的露珠是由空氣中的水汽凝結(jié)成的水珠,這一物理過程中,水分子間的( ) A.引力消失,斥力增大 B.斥力消失,引力增大 C.引力、斥力都減小 D.引力、斥力都增大 答案 D 解析 因?yàn)榭諝庵械乃Y(jié)成水珠時(shí),分子間的距離變小,而分子引力和分子斥力均隨著分子間距離的減小而增大,故D選項(xiàng)正確. 6.分子間的相互作用力由引力F引和斥力F斥
16、兩部分組成,則( ) A.F斥和F引是同時(shí)存在的 B.F引總是大于F斥,其合力總是表現(xiàn)為引力 C.分子之間的距離越小,F(xiàn)引越小,F(xiàn)斥越大 D.分子之間的距離越小,F(xiàn)引越大,F(xiàn)斥越小 答案 A 解析 分子間的引力和斥力是同時(shí)存在的,它們的大小都是隨分子間距離的增大而減小,隨分子間距離的減小而增大,但斥力變化得更快一些.當(dāng)r<r0時(shí),合力表現(xiàn)為斥力,隨分子間距離的增大而減小.當(dāng)r>r0時(shí),合力表現(xiàn)為引力,引力的大小隨分子間距離的增大表現(xiàn)為先增大后減小.正確選項(xiàng)是A. 題組三 分子力的功 7.兩個(gè)分子從遠(yuǎn)處(r>10-9 m)以相等的初速度v相向運(yùn)動(dòng),在靠近到不能再靠近的過程中,其
17、動(dòng)能的變化情況為( ) A.一直增加 B.一直減小 C.先減小后增加 D.先增加后減小 答案 D 解析 從r>10-9 m到r0時(shí),分子間作用力表現(xiàn)為引力,隨距離的減小,分子力做正功,分子動(dòng)能增加;當(dāng)分子間距離由r0減小時(shí),分子間作用力表現(xiàn)為斥力,隨距離減小,分子間作用力做負(fù)功,分子動(dòng)能減小,D正確,A、B、C錯(cuò)誤. 8.有甲、乙兩個(gè)分子,甲分子固定不動(dòng),乙分子由無窮遠(yuǎn)處向甲靠近,直到不能再靠近為止,此過程中: (1)若不考慮其他作用力,則整個(gè)過程中乙分子的加速度怎么變化? (2)不考慮其他作用力,乙分子的動(dòng)能怎么變化? 答案 (1)由于乙分子只受分子力作用,根據(jù)牛頓第二
18、定律,乙分子的加速度與它所受的分子力成正比,也就是乙的加速度的變化與分子力的變化一致,即在整個(gè)過程中,乙分子的加速度大小是先增大后減小再增大,加速度的方向先是指向甲,后是沿甲、乙連線指向乙. (2)根據(jù)動(dòng)能定理,乙分子的動(dòng)能變化量等于合力即分子力對(duì)乙分子所做的功,由于分子力對(duì)乙分子先做正功后做負(fù)功,所以乙分子的動(dòng)能先增大后減小. 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375
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