2020版【高中】物理第一章分子动理论4分子间的相互作用力学案教科版选修3-3

2020版【高中】物理第一章分子动理论4分子间的相互作用力学案教科版选修3-3
2020-12-12
【关键字】情况、空间、质量、认识、继续、充分、整体、平衡、发展、建立、提出、合力、规律、特点、位置、基础、方式、作用、水平、速度、关系、分析、吸引、形成、加快、方向、深化
[学习目标] 1.通过实验知道分子间存在相互作用力.2.通过图像分析理解分子力与分子间距离的关系.3.知道分子动理论的内容．
一、分子间作用力
1．分子间有空隙
(1)气体分子的空隙：气体很容易被压缩，说明气体分子之间存在着很大的空隙．
(2)液体分子间的空隙：水和酒精混合后总体积会变小，说明液体分子之间存在着空隙．
(3)固体分子间的空隙：压在一起的金片和铅片，各自的分子能扩散到对方的内部，说明固体分子之间也存在着空隙．
2．分子间的作用力
(1)分子间同时存在着相互作用的引力和斥力．分子间实际表现出的作用力是引力和斥力的合力．
(2)分子间作用力与分子间距离变化的关系(如图1所示)．分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大．但斥力比引力变化得快．
图1
(3)分子间作用力与分子间距离的关系．
①当r＝r0时，F引＝F斥，此时分子所受合力为零．
②当r＜r0时，F引＜F斥，分子力的合力表现为斥力．
③当r＞r0时，F引＞F斥，分子力的合力表现为引力．
④当r＞10r0(即大于10－9m)时，分子间的作用力变得很微弱，可忽略不计．
二、分子动理论
1．分子动理论
(1)分子动理论：把物质的热学性质和规律看做微观粒子热运动的宏观表现而建立的理论．
(2)内容：
①物体是由大量分子组成的．
②分子在做永不停息的无规则运动．
③分子之间存在着引力和斥力．
2．统计规律：由大量偶然事件的整体所表现出来的规律．
(1)微观方面：单个分子的运动是无规则(选填“有规则”或“无规则”)的，具有偶然性．
(2)宏观方面：大量分子的运动表现出规律性，受统计规律的支配．
3．分子动理论是热现象微观理论的基础．
[即学即用]
1．判断下列说法的正误．
(1)分子间距离较小时只存在斥力，距离较大时只存在引力．(×)
(2)分子间的引力随分子间距离的增大而增大，而斥力随距离的增大而减小．(×)
(3)当分子间的距离达到无穷远时，分子力为零．(√)
(4)打湿了的两张纸很难分开是因为分子间存在引力．(√)
(5)玻璃打碎后，不能把它们再拼在一起，是因为玻璃分子间的斥力比引力大．(×)
2．将下列实验事实与其产生的原因对应起来．
实验事实有以下五个：
A．水与酒精混合后体积变小
B．固体很难被压缩
C．细绳不易被拉断
D．糖在热水中溶解得快
E．冰冻食品也会变干
其产生的原因如下：
a．固体分子也在不停地运动
b．分子运动的激烈程度与温度有关
c．分子之间存在着空隙
d．分子间存在着引力
e．分子间存在着斥力
与A、B、C、D、E五个实验事实相对应的原因分别是①________，②________，③________，
④________，⑤________(在横线上分别填上与实验事实相对应的原因前的字母代号)．
答案①c ②e ③d ④b ⑤a
一、分子间作用力
[导学探究] (1)如图2所示，把一块洗净的玻璃板吊在弹簧测力计下面，使玻璃板水平地接触水面，若想使玻璃板离开水面，在拉出玻璃板时，弹簧测力计的示数与玻璃板的重力相等吗？为什么？
图2
(2)既然分子间存在引力，当两个物体紧靠在一起时，为什么分子引力没有把它们粘在一起？
(3)无论容器多大，气体有多少，气体分子总能够充满整个容器，是分子斥力作用的结果吗？答案(1)不相等；因为玻璃板和液面之间有分子引力，所以在使玻璃板拉出水面时弹簧测力计的示数要大于玻璃板的重力．(2)虽然两物体靠得很紧，但绝大部分分子间距离仍很大，达不到分子引力起作用的距离，所以不会粘在一起．(3)气体分子之间的距离r＞10r0时，分子间的作用力很微弱，可忽略不计．所以气体分子能充满整个容器，并不是分子斥力作用的结果，而是分子的无规则运动造成的．
[知识深化]
1．对分子力与分子间距离变化关系的理解
(1)r0的意义
分子间距离r＝r0时，引力与斥力大小相等，分子力为零，所以分子间距离等于r0(数量级为10－10m)的位置叫平衡位置．
(2)分子间的引力、斥力和分子力随分子间距离变化的图像如图3所示．
图3
①分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小．
②当r<r0时，分子力随分子间距离的增大而减小；当r>r0时，分子力随分子间距离的增大先增大后减小．
2．分子力弹簧模型
当分子间的距离在r0附近时，它们之间的作用力的合力有些像弹簧连接着的两个小球间的作用力：拉伸时表现为引力，压缩时表现为斥力．
3．分子力做功
由于分子间存在着分子力，所以当分子间距离发生变化时，分子力做功．
①当r>r0时，分子力表现为引力，当r增大时，分子力做负功；当r减小时，分子力做正功．
②当r<r0时，分子力表现为斥力，当r减小时，分子力做负功；当r增大时，分子力做正功．
例1设r 0是分子间引力和斥力平衡时的距离，r是两个分子间的实际距离，则以下说法中正确的是( )
A．r＝r0时，分子间引力和斥力都等于零
B．r0<r<4r0时，分子间只有引力而无斥力
C．r由4r0逐渐减小到小于r0的过程中，分子间的引力先增大后减小
D．r由4r0逐渐减小到小于r0的过程中，分子间的引力和斥力都增大，其合力先增大后减小再增大
答案 D
解析当r＝r0时，分子间引力和斥力相等，但都不为零，合力为零，A错；当r0<r<4r0时，引力大于斥力，两者同时存在，B错；在r减小的过程中，分子引力和斥力都增大，C错；r 由4r0逐渐减小到r0的过程中，由分子力随r的变化关系图线可知，分子力有一个极大值，到r＜r0时分子力又增大，所以在r由4r0逐渐减小到小于r0的过程中分子力先增大后减小再增大，D对．
对分子间作用力的认识
1．无论分子间的距离如何，分子引力和分子斥力都是同时存在的，不会出现只有引力或只有斥力的情况；
2．分子力是分子引力和分子斥力的合力；
3．要注意“分子力表现为引力或斥力”与“分子引力”和“分子斥力”不是同一个概念．例2用r表示两个分子之间的距离，E p表示两个分子间的相互作用势能，当r＝r0时，两个分子之间引力等于斥力，设两个分子间距较远时，E p＝0，则( )
A．当分子间距r变小时，引力减小，斥力增大
B．当r>r0时，引力大于斥力，r增大时分子力做负功，E p增加
C．当r<r0时，引力大于斥力，r减小时分子力做负功，E p减小
D．当r＝r0时，E p＝0
答案 B
解析当分子间距r变小，分子引力和分子斥力都要增大，但斥力增大得更快，选项A错误；当r>r0时，分子力表现为引力，当r增加时，分子力做负功，则E p增加，故B正确；当r<r0时，分子力表现为斥力，当r减小时，分子力做负功，则E p增加，故C错误；当r＝r0时，
E p最小，为负值，故D错误．
二、分子动理论分子力的宏观表现
1．分子力的宏观表现
(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，以抗拒外力对它的拉伸．
(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，以抗拒外力对它的压缩．
(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、液分子间有空隙，却没有紧紧地吸在一起，说明分子间还同时存在着斥力．
2．用分子动理论解释固态、液态和气态
分子间距离不同，分子间的作用力表现也就不一样，物体的状态特征也不相同.
物态分子特点宏观表现
固态①分子间的距离小
②作用力明显
③分子只能在平衡位置附近做无规则的振动
①体积一定
②形状一定
液态①分子间距离小
②平衡位置不固定
③可以较大范围做无规则运动
①有一定体积
②无固定形状
气态①分子间距离较大
②分子力极为微小，可忽略
①无固定体积
②无形状
③分子可以自由运动③充满整个容器
特别提醒分子力的作用是有范围的，当r＜r0时，分子力表现为斥力，当r＞r0时，分子力表现为引力．固体、液体的体积难以改变，往往是分子力的宏观表现，而对于气体，一般情况下分子力很小，甚至可忽略，解释相关的现象只能从分子的热运动和气体压强产生原因等方面去考虑．
例3(多选)对下列现象的解释正确的是( )
A．两块铁经过高温加压将连成一整块，这说明铁分子间有吸引力
B．一定质量的气体能充满整个容器，这说明在一般情况下，气体分子间的作用力很微弱C．电焊能把两块金属连接成一整块是分子间的引力起作用
D．破碎的玻璃不能把它们拼接在一起是因为其分子间斥力作用的结果
答案ABC
解析高温下铁分子运动非常激烈，两铁块上的铁分子间距很容易充分接近到分子引力起作用的距离内，所以两块铁经过高温加压将很容易连成一整块，电焊也是相同的原理，所以A、C正确；通常情况下，气体分子间的距离大约为分子直径的10多倍，此种情况下分子力非常微弱，气体分子可以无拘无束地运动，从而充满整个容器，所以B正确；玻璃断面凹凸不平，即使用很大的力也不能使两断面间距接近到分子引力起作用的距离，所以碎玻璃不能接合，若把玻璃加热，玻璃变软，则可重新接合，所以D错误．
例4(多选)下列说法正确的是( )
A．大量分子的无规则运动是有统计规律的
B．当物体温度升高时，每个分子运动都加快
C．气体的体积等于气体分子体积的总和
D．液体中悬浮微粒的布朗运动是做无规则运动的液体分子撞击微粒而引起的
答案AD
解析单个分子的运动无规则，但大量分子的运动遵从统计规律，A正确；当温度升高时，分子的运动总体会加快，但不是每个分子的运动都加快，B错误；由于气体分子间距离大，气体体积不等于气体分子体积的总和，C错误；布朗运动是液体分子对固体小颗粒撞击的不平衡产生的，D正确．
1．分子力的表现方面：宏观现象的特征是大量分子间分子合力的表现，分子与分子间的相互作用力较小，但大量分子的宏观表现合力却很大．
2．现象分析方面：物体状态不同，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.
1.(分子间作用力)(多选)甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于r轴上，甲、乙两分子间作用力与分子间距离的关系图像如图4所示．现把乙分子从r3处由静止释放，则( )
图4
A．乙分子从r3到r1过程中一直加速
B．乙分子从r3到r2过程中两分子间的分子力表现为引力，从r2到r1过程中两分子间的分子力表现为斥力
C．乙分子从r3到r1过程中，两分子间的分子力先增大后减小
D．乙分子从r3到距离甲最近的位置过程中，两分子间的分子力先减小后增大
答案AC
解析乙分子从r3到r1过程中一直受甲分子的引力作用，且分子间作用力先增大后减小，故乙分子做加速运动，A、C正确；乙分子从r3到r1过程中两分子间的分子力一直表现为引力，B错误；乙分子从r3到距离甲最近的位置过程中，两分子间的分子力先增大后减小再增大，D错误．
2．(分子动理论)关于分子动理论，下列说法不正确的是( )
A．物质是由大量分子组成的
B．分子永不停息地做无规则运动
C．分子间只有相互作用的引力
D．分子动理论是在一定实验基础上提出的
答案 C
解析由分子动理论可知A、B对；分子间有相互作用的引力和斥力，C错；分子动理论是在扩散现象、布朗运动等实验基础上提出的，D对．
3．(分子力的宏观表现)固体和液体很难被压缩，其原因是( )
A．分子已占据了整个空间，分子间没有空隙
B．分子间的空隙太小，分子间只有斥力
C．压缩时，分子斥力大于分子引力
D．分子都被固定在平衡位置不动
答案 C
解析分子在永不停息地做无规则运动，且分子间存在着空隙，故A、D选项错误；压缩固体和液体时，分子间的引力和斥力是同时存在的，只不过是斥力大于引力，分子力表现为斥力，故选项B错误，选项C正确．
一、选择题
考点一分子间作用力
1．分子间作用力由F引和F斥组成，下列说法错误的是( )
A．F引和F斥同时存在
B．F引和F斥都随分子间距的增大而减小
C．分子力指F引和F斥的合力
D．随分子间距增大，F斥减小，F引增大
答案 D
解析F引和F斥在分子间同时存在，而且都随分子间距离增大而减小，随分子间距离减小而增大，显现出来的分子力是F引和F斥的合力．
2．(多选)两个分子之间的距离为r，当r增大时，这两个分子之间的分子力( ) A．一定增大B．一定减小
C．可能增大D．可能减小
答案CD
解析分子间同时存在的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，题设的r是大于r0(平衡距离)还是小于r0未知，相差多少也未知．由图可知，分子间距离r在从无限小到无限大的区间内，分子力随r的增大先减小后增大，再减小．
3．两分子间的作用力F与间距r的关系图线如图1所示，下列说法中正确的是( )
图1
A．r<r1时，两分子间的引力为零
B．r1<r<r2时，两分子间的作用力随r的增大而逐渐增大
C．r＝r2时，两分子间的引力最大
D．r>r2时，两分子间的引力随r的增大而增大，斥力为零
答案 B
解析分子间同时存在引力和斥力，r<r1时，斥力大于引力，合力表现为斥力，故A错误；r1<r<r2时，两分子间的作用力随r的增大而逐渐增大，在r轴下方表示分子力是引力，故B 正确；分子间同时存在引力和斥力，且均随着两分子间距离的减小而增加，r＝r2时，分子间的引力不是最大，故C错误；r>r2时，两分子间的引力随r的增大而减小，斥力不为零，故D错误．
4．“破镜难圆”的原因是( )
A．玻璃分子间的斥力比引力大
B．玻璃分子间不存在分子力的作用
C．一块玻璃内部分子间的引力大于斥力，而两块碎玻璃片之间，分子引力和斥力大小相等，合力为零
D．两片碎玻璃之间，绝大多数玻璃分子间距离太大，分子引力和斥力都可忽略，总的分子引力为零
答案 D
解析破碎的玻璃放在一起，由于接触面的错落起伏，只有极少数分子能接近到分子间有作用力的程度，因此，总的分子引力非常小，不足以使它们连在一起，故D正确．
5．如图2所示，设有一分子位于图中的坐标原点O处不动，另一分子可位于x轴上不同位置处，图中纵坐标表示这两个分子间分子力的大小，两条曲线分别表示斥力和引力的大小随两分子间距离变化的关系，e为两曲线的交点，则( )
图2
A．ab线表示引力，cd线表示斥力，e点的横坐标数量级为10－15m
B．ab线表示斥力，cd线表示引力，e点的横坐标数量级为10－10m
C．ab线表示引力，cd线表示斥力，e点的横坐标数量级为10－10m
D．ab线表示斥力，cd线表示引力，e点的横坐标数量级为10－15m
答案 C
解析表示引力的线与表示斥力的线的交点，横坐标表示分子间距r0，r0的数量级为10－10m，由分子力特点可知当r>r0时，引力大于斥力，分子力表现为引力；当r<r0时，引力小于斥力，分子力表现为斥力，由此可知ab线表示引力，cd线表示斥力，C对，A、B、D错．
考点二分子力的功
6．分子甲和乙距离较远，设甲固定不动，乙分子逐渐向甲分子靠近，直到不能再近的这一过程中( )
A．分子力总是对乙做正功
B．乙分子总是克服分子力做功
C．先是乙分子克服分子力做功，然后分子力对乙分子做正功
D．先是分子力对乙分子做正功，然后乙分子克服分子力做功
答案 D
解析由于开始时分子间距大于r0，分子力表现为引力，因此分子乙从远处移到距分子甲r0处的过程中，分子力做正功；由于分子间距离小于r0时，分子力表现为斥力，因此分子乙从距分子甲r0处继续向甲移近时要克服分子力做功．故正确答案为D.
7．甲分子固定于坐标原点O，乙分子位于r轴上，将乙分子从无穷远处由静止释放，在分子力的作用下靠近甲．甲、乙两分子间分子力与分子间距离关系图像如图3所示，图中d 点是两分子靠得最近的位置，则乙分子速度最大处是( )
图3
A．a点B．b点
C．c点D．d点
答案 C
解析从a点到c点分子间的作用力表现为引力，分子间的作用力做正功，乙分子速度增加；从c点到d点分子间的作用力表现为斥力，分子间的作用力做负功，乙分子速度减小，所以在c点速度最大．
考点三分子动理论分子力的宏观表现
8．以下关于热运动的说法正确的是( )
A．水流速度越大，水分子的热运动越剧烈
B．水凝结成冰后，水分子的热运动停止
C．水的温度越高，水分子的热运动越剧烈
D．水的温度升高，每一个水分子的运动速率都会增大
答案 C
文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持. 解析分子运动的快慢只与温度有关，与物体速度无关，温度越高，分子热运动越剧烈，A 错误，C正确；水凝结成冰后，水分子的热运动仍存在，故B错误；热运动是大量分子运动的统计规律，温度升高，分子的平均速率增大，并不代表每一个分子的运动速率都增大，故D错误．
9．(多选)下列说法正确的是( )
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
答案AD
解析水是液体、铁棒是固体，正常情况下它们分子之间的距离都为r0，分子间的引力和斥力恰好平衡．当水被压缩时，分子间距离由r0略微减小，分子间斥力大于引力，分子力表现为斥力，其效果是水的体积很难被压缩．当用力拉铁棒两端时，铁棒发生很小的形变，分子间距离由r0略微增大，分子间引力大于斥力，分子力表现为引力，其效果为铁棒没有断，所以选项A、D正确；气体分子由于永不停息地做无规则运动，能够到达容器内的任何空间，所以很容易就充满容器，由于气体分子间距离远大于r0，分子间几乎无作用力，所以B错误；抽成真空的马德堡半球，之所以很难拉开，是由于球外大气压力对球的作用，所以C错误．二、非选择题
10．(分子间作用力)随着科学技术的发展，近几年来，也出现了许多的焊接方式，如摩擦焊接、爆炸焊接等，摩擦焊接是使焊件的两个接触面高速地向相反的方向旋转，同时加上很大的压力(每平方厘米加到几千到几万牛顿的力)，瞬间就焊接成一个整体了．试用学过的分子动理论知识分析摩擦焊接的原理．
答案见解析
解析摩擦焊接是利用了分子引力的作用．当焊接的两个物体的接触面朝相反的方向高速旋转时，又施加上很大的压力，就可以使两接触面上大量分子间的距离达到或接近r0，从而使两个接触面瞬间焊接在一起．
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