第十一章 第三节 分子间的相互作用力

第十一章第三节分子间的相互作用力

湖北省黄冈中学余楚东

一。知识点与目标的教学

1．知道分子间同时存在着引力和斥力，实际表现出来的分子力，是分子引力和斥力的合力；

2．知道合力为零时，分子间距离r O的数量级（10－10 m）；

3．知道分子间的距离r＜r o时，实际表现出来的分子力为斥力，这个斥力随着r的减小而迅速增大； 4．知道分子间的距离r＞r o时，实际表现出来的分子力为引力，这个引力随着r的增大而减小；

5．知道通常在什么条件下可以认为分子力等于零；

6．能用分子力解释简单的现象；

7．了解在固体、液体、气体三种不同物质状态下，分子运动的特点．

二．能力的教学

1.理解能力：

①理解分子间的相互作用力由分子间相互作用的引力和斥力的合力

②理解分子间的相互作用力为零时分子间的距离r o的含义，理解分子力作用半径

③理解分子间的相互作用力与分子间的距离有关，当分子间的距离r＜r o时，分子间的引力和斥力都增大，但斥力的增加量比引力的增加量要大，实际表现出来的分子力为斥力；当分子间的距离r＞r o 时，分子间的引力和斥力都减小，但斥力的减小量比引力的减小量要大，实际表现出来的分子力为引力；

2.分析问题和解决问题的能力：

①能用分子力解释有关现象：

（1）我们把锯条弯得很厉害时就会断裂，为什么?

答：分子间相互作用力是一种短程相互作用，当分子间距离超过一定限度时，分子间的作用力为零，于是物体就被拉断．

（2）打碎的玻璃杯为什么不能把它们拼在一起利用分子力使杯子复原?

答：因为只有当分子间的距离很小时，分子引力才比较显著，破碎的玻璃放在一起，由于接触面的错落起伏，只有极少数分子能互相接近到距离很小的程度，绝大多数分子彼此间的距离是比较大的，因此，总的分子引力非常小，不足以使它们重新连在一起．

（3）为什么将两截钢条用电焊或氧焊能焊接起来？

答：一般的挤压是不可能将两金属截面处的大量分子压缩到分子力作用半径r的距离，电焊或氧焊产生的高温所对应的内能使分子的运动动能增大，分子间的碰撞的厉害程度增强，这样就可以使大量分子间的距离有机会达到分子力作用半径，从而实现焊接起来的目的。

②能用分子动理论的观点，说明物体三态（固态、液态，气态）为什么有不同的宏观特征?

答：分子动理论告诉我们物体中的分子永不停息地做无规则运动，它们之间又存在着相互作用力．分子力的作用要使分子聚集起来，而分子的无规则运动又要使它们分散开来，由于这两种相反因素的作用结果，形成了固体、液体．和气体三种不同的物质状态．

固体分子间的距离很小，分子间的作用力很大，其分子只能在各自的平衡位置附近作范围很小的无

规则振动．因此，固体不但臭具有一定的体积，还具有一定的形状。

液体分子间的距离比较小，分子间的作用力也相当大，但与固体分子相比，液体分子可以在平衡位置附近作范围较大的无规运动，而且液体分子的平衡位置也不是固定的，而是在不断的移动，因而液体虽然有体积，却无固定的形状。

气体分子间距离很大，彼此间的作用力极为微小，其分子除了在与其他分子或器壁碰撞时有相互作用外，几乎不受其他的作用因而气体分子总是作匀速直线运动，直到碰撞时才改变方向。所以气体没有一定的体积，也没有一定的形状，总是充满整个容器。

三。重难点的教学

1. 分子力模型的建立。

2. 分子间的相互作用力与分子间距离的关系。

3. 分子力曲线的物理意义。

四。学生活动教学

1. 回答教学过程中启发式的提问。

2. 观察有关演示实验

3. 自己动手做有关实验

①撕破一张纸片与平拉一张纸片哪个费力？

②测力计下所系的轻绳将一洁净小块波璃拴住，让玻璃的下表面与水面水平接触后，再向上拉，观察测力计的示数变化情况。

③解释纸带悬人的奥秘。

五。教学目标、教学内容实施细节

1．分子间有相互作用力的宏观证据

分子间的作用力：

从上节中我俩已经知道分子之间是有间隙存在的，但是为什么把固体分开要用很大的力呢?分开后为什么又不容易把它们接合在一起呢?这说明了分子间有相互作用力的存在。

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．例如：坚硬的固体很难使它伸长；伸长了的橡皮筋，松开手就能恢复原状，两块铅压紧后能连成一块．分子之间的作用力与分子之间的距离有很大的关系，它们之间究竟有什么关系呢?我们可以从下面的实验来说明它。假使我们要把固体截成两段，常要用很大的外力，如果想使截断的地方再接合，往往在常压下不能办到。这是因为固体内的分子靠得很近，距离短，吸引力大，要折断它们时必须要用很大的力来克服这种引力；折断后虽然再使断面相接触，但断面上的分子能接触的很少，分子之间的相对距离大，吸引力作用很弱，不能使两个断面重行接合。但是如果把一块纯净的铅切成两块，假使是新切的，而且切得很平滑，用力压紧以后，它们就能够连在一起不离开，实际上分子间的距离如果超过10－9 m，分子间几乎没有相互作用力。对于大量分子中的每个分子而论，以这个分子为中心，10－9 m为半径作一球面，只有在球面内的分子对于它才有作用力；这个球形范围叫做分子力的作用球，球的半径称为分子力的作用半径。

不仅同类分子间有相互吸引的作用，就是异种分子靠得很近，距离小于分子力的作用半径时，也能产生相互的吸引力。例如，将玻璃棒插入水中而抽出，则棒上就附有水层，这种吸引力称为附着力。我们把同类分子间的相互吸引力叫做内聚力。

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，说明分子间存在着引力；固体保持一定的形状，液体具有一定的容积，而不会离散成一群独立的单个分子，分子间有引力，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斥力。

因为固体或液体的分子与分子间很靠近，而气体的分子间相距得远，所以固体或液体分子间的作用力就比气体间的作用力大得多。从日常生活中我们可以观察到固体或液体的分子间是互相吸引的，但事实上固体或液体是难压缩的。如果有一个瓶，当水装满到瓶口的边缘时，就不能再把瓶塞塞紧，当压缩固体或液体时，必须用极大的压力，这说明分子之间的作用力既存在着相互的吸引力还存在着相互推斥的力。而这些分子的作用力在本质上和万有引力以及库仑定律所指出的电荷间相互作用力是不同的。它的本质部分是属电性的，但并不遵循和距离的平方成反比的规律，它和距离变化的关系，大致如图11－3－1所示。当分子间的距离小于10－10 m时，分子力（也就是吸引力和推斥力的合力）表现为推斥力；当距离介于l0－10 m — 10－9 m之间时，则分子力表现为吸引力，距离超过10－9 m时，则不能显著地表现出分子的作用，当分子间的距离比较大时，分子间的相互作用力是很小的吸引力，距离减小时，此种吸引力首先逐渐增大，再逐渐减小；当距离等于r o= l0－10m时，此力已减少到零，距离再缩小，则分子间的作用力为相当大的推斥力。故用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．例如：固体和液体很难被压缩，即使是气体压缩到一定程度后再继续压缩也很困难。

2．分子力的实质

分子间的相互作用力是由于电磁相互作用所引起的，就其作用效果而言，分子在分子力作用下所作的是一种极其复杂的无规则运动，我们不能简单地套用牛顿力学的观点去理解分子力的作用规律． 3．分子力的特征

①分子间相互作用力既有引力，又有斥力．理论上讲：任何时候引力和斥力都是同时存在的，实际表现出来的分子力是引力和斥力的合力；

②分子间相互作用的引力与斥力都随分子间距离的增大而减小，只是斥力减小得更快一些；

③分子间存在一个平衡距离r o，分子间距离为r o的位置叫平衡位置（数量级为10－10 m）

当r＞r o时，f引＞f斥，对外表现的分子力F为引力。

当r＝r O时，f引 = f斥，对外表现的分子力F ＝ 0。

当r＜r O时，f引 < f斥，对外表现的分子力F 为斥力。

④分子力是一种短程作用，当分子间距离的数量级大于10－10m时，即分子之间的距离是分子直径的10倍以上（r＞10r O）时，分子间的相互作用力己变得很小，可以忽略不计，可以认为此时分子间相互作用的引力和斥力都为零．在标准状态下，气体分子间的相互作用力可以不计，就是因为这时气体分子间的距离远大于分子直径的缘故。

4．分子力F与分子间距离r的图象关系

分子间的相互作用力F与分子间的距离r有关，如图11—3－1所示，图中虚线表示分子间的引力和

随分子间距离的增大而减小，但斥力比引力减小得更快，所以

图象上表示斥力的曲线要比表示引力的曲线陡．图中实线表示

引力和斥力的合力，即实际表现出来的分子间作用力随距离变

化的情况．注意r o的意义：当分子间距离r＝r o时，引力和斥

力的合力为零，r o大约为10－10 m；当分子间距离r≥10r o时，