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學(xué)案3 分子間的作用力
[目標(biāo)定位] 1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)知道分子間存在著空隙和相互作用力.2.通過(guò)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(wèn)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(cè)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(cè)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(cè)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(lái)的分子力是分子引力和斥力的合力.
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
F引，分子力F表現(xiàn)為斥力.
(3)當(dāng)r>r0時(shí)，F(xiàn)斥r0時(shí)，合力隨分子間距離的增大先增大后減小.
圖2
二、分子動(dòng)理論
[問(wèn)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(wú)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(wú)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(shuō)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(méi)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.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(méi)有斷，所以選項(xiàng)A、D正確.氣體分子由于永不停息地做無(wú)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(wú)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，下列說(shuō)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rr0時(shí)，引力比斥力大，分子力表現(xiàn)為引力，在某階段逐漸增大，然后又逐漸減小.通過(guò)上面的分析可知，B、C項(xiàng)是正確的，A、D項(xiàng)是不正確的.故正確答案為B、C.
答案 BC
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(guò)程中呈現(xiàn)引力，從r2到r1過(guò)程中呈現(xiàn)斥力
C.乙分子從r3到r1過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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 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(lái)，下面的鉛柱不脫落，主要原因是( )
圖4
A.鉛分子做無(wú)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(wàn)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(wú)限小到無(wú)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，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(wú)窮遠(yuǎn)處?kù)o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(méi)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(shuō)明了分子在做無(wú)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(guò)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( )
A.兩塊鐵經(jīng)過(guò)高溫加壓將連成一整塊，這說(shuō)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(shuō)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(guò)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(wú)拘無(wú)束地運(yùn)動(dòng)，從而充滿整個(gè)容器，所以B項(xiàng)正確；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(wàn)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(guò)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(guò)程中，其動(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(wú)窮遠(yuǎn)處向甲靠近，直到不能再靠近為止，此過(guò)程中：
(1)若不考慮其他作用力，則整個(gè)過(guò)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(guò)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.
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