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课时7.3 分子间的作用力
1.知道分子间存在间隙。
2.知道分子之间同时存在着引力和斥力,其大小与分子间的距离有关。
3.知道分子间的距离r<r0时,实际表现的分子力为斥力,此斥力随r的减小而快速增大;知道分子间的距离r>r0时,实际表现的分子力为引力,此引力随r的增大而减小。
重点难点:对斥力和引力随距离变化的关系图象的理解,分子力随距离的变化规律。
教学建议:大量分子间的相互作用格外抽象,同学难于理解。教学中要做好教材中的两个试验,使同学体会分子间有间隙、分子间有相互作用力。理解分子间相互作用力的基本规律是本节教学的重点。让同学通过阅读争辩,体会教科书中用弹簧两端连接的两个小球间的相互作用类比分子间的作用,领悟
分子力与分子间距离变化的关系。引导同学分组争辩模型类比的局限性:不能说明分子间斥力和引力的同时存在,更不能表示分子间位置变化时斥力和引力的简洁变化状况。在此基础上,借助合理的图象解释,进一步使同同学疏分子间相互作用力的基本规律。
导入新课:蹦极是近几年来新兴的一项格外刺激的户外休闲活动,它能让人体验最惊险、最刺激的感觉,就好比是向死亡之神的挑战。蹦极所用的绳索具有很大的弹性,那么你知道这种绳索的弹性来源于什么吗?
1.分子间有空隙
(1)气体分子间的空隙:气体很简洁被压缩,表明气体分子间有很大的①空隙。
(2)液体分子间的空隙:水和酒精混合后总体积会②变小,说明液体分子间有③间(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④彼此进入到对方的内部,说明固体分子间也存在着⑤空隙。
2.分子间的作用力
(1)两个相近的分子之间同时存在着⑥引力和⑦斥力,实际表现出来的分子力即为两者的合力。
(2)分子间作用力随分子间距离的变化关系
分子间引力和斥力的大小都跟分子间的距离有关:都随分子间距离的增大而⑧减小,随分子间距离的减小而⑨增大。在确定的范围内,斥力比引力变化得⑩快。
①当分子间距离r=r0时(r0约为10-10 m),分子间的引力和斥力相互平衡,此时分子间的作用力为零。
②当分子之间距离r<r0时,斥力大于引力,此时分子之间的作用力表现为斥力(此时引力照旧存在)。
③当分子之间距离r>r0时,引力大于斥力,此时分子之间的作用力表现为引力(此时斥力照旧存在)。
④当r>10r0(约10-9 m)时,分子间的作用力可以忽视。
3.分子动理论
(1)内容:物体是由大量分子组成的,分子在做永不停息的无规章运动,分子之间存在着引力和斥力。
(2)统计规律
微观方面:各个分子的运动都是随机的,带有偶然性。
宏观方面:大量的分子运动有确定的规律,叫作统计规律,大量分子的运动受统计规律的支配。
1.推断下列说法的正误。
(1)气体简洁被压缩,说明气体分子之间有空隙。
(2)固体和液体难压缩,说明分子之间没有空隙。
(3)分子间的引力随距离的增大而增大,斥力随距离的增大而减小。
解答:气体、液体和固体分子间都有空隙,(1)正确、(2)错误;分子间的引力和斥力都随距离的增大而减小,(3)错误。
2.物体是由大量分子组成的,分子又在永不停息地做无规章运动,那么为什么大量分子能聚在一起形成液体或固体而不散开?
解答:由于分子间存在引力,引力使分子聚集在一起而不分开。
主题1:分子间有空隙
问题:阅读课本中本节的第一段内容,回答下列问题。
(1)观看“清水与酒精混合后体积的变化”试验,会看到什么现象?这个试验现象说明白什么?
(2)除了酒精和水混合试验说明分子间有空隙外,你还能依据哪些物理常识来进一步证明分子间有空隙?
解答:(1)水与酒精混合后体积变小,说明液体分子之间有空隙。
(2)气体很简洁被压缩,说明气体分子间有空隙;物体的热胀冷缩现象正是由物体分子间的空隙增大或缩小造成的,这是气体、液体和固体所共有的现象;布朗运动和集中现象不但说明分子不停地做无规章运动,同时也说明分子间有空隙,假如分子间没有空隙,分子便不能运动了。
学问链接:我们在估测分子大小时,经常把固体或液体分子看作是一个挨一个紧密排列的,其实,这只是为了争辩便利而假设的一种抱负化的模型,真实的分子间是有空隙的。
主题2:分子间的作用力
问题:阅读课本中“分子间的作用力”的相关内容,完成观测图7.3-1(压紧的铅块会“粘”在一起)的试验,回答下列问题。
(1)图7.3-1(压紧的铅块会“粘”在一起)中压紧的两铅块会粘在一起,这说明白什么问题?
(2)除上述试验外,你还能依据哪些物理常识来进一步说明分子间存在引力?
(3)分子间存在引力与分子间有空隙,冲突吗?请你总结分子间作用力的特点。
解答:(1)图7.3-1中压紧的两铅块会粘在一起,说明分子间存在引力。
(2)物体在被拉伸时需要确定的外力,这表明组成物质的分子之间存在着相互作用的引力;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,这说明分子间存在着引力,引力作用使分子“聚集”在一起,形成固体或液体。
(3)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着斥力。分子间虽然有空隙,但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引力。因此,分子间存在吸引力与分子间有空隙不冲突。由此可见,分子间同时存在相互作用的引力和斥力。
学问链接:以固体物质为例,物体在被拉伸时需要确定的外力,这表明组成物质的分子之间存在着相互作用的引力;同时,物体在被压缩时也需要确定的外力,这表明组成物质的分子之间还存在着相互作用的斥力。
主题3:探究分子间作用力与分子间距的关系
问题:阅读课本中的相关内容,依据图7.3-2(分子间的作用力与距离的关系)回答下列问题。
(1)分子间的引力、斥力随分子间的距离如何变化?
(2)利用“分子间的作用力与距离的关系”图作出一个分子所受另一个分子的斥力与引力的合力随分子间距离r变化的图象,结合弹簧小球模型和下表(表中r0为F引=F斥时两分子的距离),试分析分子力是如何随分子间距离的变化而变化的。
分子间距离
分子间引力与斥力的关系
分子力
弹簧小球模型
r=r0
r<r0
10r0>r>r0
r>10r0
解答:(1)从图中可看出引力线比斥力线平缓些。由此可知,分子间引力和斥力都随分子间距离r的增大而减小,且斥力比引力减小得快。
(2)分子力随分子间距离的变化图象如图中实线所示。
分子间
距离
分子间引力与
斥力的关系
分子力
弹簧小球模型
r=r0
F引=F斥
零
r<r0
随r的减小F引、F斥都增大,F斥比F引增大得快,F斥>F引
分子力
表现为
斥力
l<l0 F向外
10r0>r>r0
随r的增大,F引、F斥都减小,F斥比F引减小得快,F斥<F引
分子
力表
现为
引力
l>l0 F向里
r>10r0
分子间的作用力变得很微弱,可忽视不计
零
学问链接:分子间作用力问题的分析方法。
(1)在平衡位置,即r=r0时,引力与斥力大小相等、方向相反,合力为零。
(2)当r0<r<10r0时,分子力表现为引力;当r<r0时,分子力表现为斥力。
(3)引力、斥力均随距离的增大而减小,随距离的减小而增大,斥力变化得更快一些。
主题4:分子动理论
问题:(1)分子动理论的主要内容是什么?
(2)分子做永不停息的无规章运动与大量分子的整体行为受到统计规律的支配,这两种说法冲突吗?
解答:(1)分子动理论的主要内容有以下三点。
a.物体是由大量分子组成的;
b.分子在做永不停息的无规章运动;
c.分子之间存在着引力和斥力。
(2)这两种说法不冲突。从单个分子来看,各个分子的运动是无规章的,但是大量分子的运动却遵守统计规律。例如,任选一个成年男性和一个成年女性,可能男的高,也可能女的高,没有规律,但从总体来看成年男性比成年女性高。
学问链接:统计规律是对大量偶然大事整体作用的一种客观规律,它反映了事物整体的本质和必定的联系。统计规律是自然科学和人类社会生活中的普遍规律之一。
1.(考查对分子间作用力的理解)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,主要缘由是( )。
A.铅分子做无规章热运动
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
【解析】挤压后的铅分子之间的距离可以达到分子之间存在相互作用力的距离范围,故不脱落的主要缘由是分子之间的引力作用,故D正确,A、B、C错误。
【答案】D
【点评】利用分子力使物体结合在一起的问题,要考虑分子间距。拉伸和压缩物体,要优先考虑分子力。
2.(考查分子间作用力的特点)刘明同学在网上发觉一张汽车走钢丝的照片(如图所示),他被汽车司机的超群驾驶技术所折服,同时他和同学们对钢丝被拉伸时的状况进行了争辩。他们对钢丝被拉伸的状况提出了以下说法,你认为正确的是( )。
A.分子间只有引力作用
B.分子间的引力和斥力都减小
C.分子间引力比斥力减小得慢
D.分子力为零时,引力和斥力同时为零
【解析】钢丝拉伸,分子间距离增大,分子间的引力、斥力都减小,但引力比斥力减小得慢,分子力表现为引力,所以选项B、C正确,A、D错误。
【答案】BC
【点评】分子间的引力F引和斥力F斥都随距离r的增大(或减小)而减小(或增大),但斥力减小(或增大)得更快。 分子间相互作用在宏观上的表现: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;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.(考查分子间相互作用的宏观表现)下列现象中不能说明分子间存在分子力的是( )。
A.两铅块能被压合在一起 B.钢绳不易被拉断
C.水不简洁被压缩 D.空气简洁被压缩
【解析】两铅块能被压合在一起、钢绳不易被拉断说明分子之间存在引力;而水不简洁被压缩是由于分子间距小,略微压缩都会使分子力表现为斥力,因此A、B、C都能说明分子间存在分子力。空气简洁被压缩是由于分子间距大,而不能说明分子间存在分子力,因此选D。
【答案】D
【点评】分子力与分子间距离的关系:当r=r0时,分子力表现为零;当r>r0时,分子力表现为引力;当r<r0时,分子力表现为斥力。液体、固体分子间距r=r0,无论被拉还是被压都有分子力作用,所以不易压缩和拉伸,而气体分子间距一般大于10r0,分子力近似为零,空气简洁被压缩不是由于分子力的作用。
4.(考查分子力做功问题)一般状况下,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下列说法错误的是(乙分子的质量为m)( )。
A.乙分子的动能变化量为mv2
B.分子力对乙分子做的功为mv2
C.分子引力比分子斥力多做了mv2的功
D.分子斥力比分子引力多做了mv2的功
【解析】依据动能定理W斥-W引=mv2,可知C项错。
【答案】C
【点评】分子力对分子做功和其他力对宏观物体做功的推断相同,即F、s方向相同或夹角为锐角时,F做正功;F、s方向相反或夹角为钝角时,F做负功。
拓展一:对分子间斥力和引力的理解
1.当两个分子间的距离为r0时,正好处于平衡状态,下列关于分子间作用力与分子间距离的关系的说法正确的是( )。
A.当分子间的距离r<r0时,它们之间只有斥力作用
B.当分子间距离r=r0时,分子处于平衡状态,不受力
C.当分子间的距离从0.5r0增大到10r0的过程中,分子间的引力和斥力都在减小,且斥力比引力减小得快
D.当分子间的距离从0.5r0增大到10r0的过程中,分子间相互作用力的合力在渐渐减小
【分析】牢记分子间的作用力随分子间距离的变化规律是快速解决该题的关键。
【解析】分子间相互作用的引力和斥力是同时存在的,当r=r0时,F引=F斥,每个分子所受的合力为零,并非不受力;当r<r0时,F引<F斥,并非只受斥力,故A、B错误。当分子间的距离从0.5r0增大到10r0的过程中,分子间的引力和斥力都减小,而且斥力比引力减小得快,分子间作用力的合力先减小到零,再增大,然后又减小到零,故C正确,D错误。
【答案】C
【点拨】①F=0是分子力表现为零,此时F引=F斥,不是说没有引力和斥力了。
②F为斥力,说明分子力表现为斥力,此时F引<F斥,不是说引力不存在了。
③F为引力,也不是说只有引力而没有斥力。
拓展二:应用分子力解释宏观物理现象
2.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.确定质量的气体能布满整个容器,这说明在一般状况下,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引力起的作用
D.裂开的玻璃不能把它们拼接在一起,是由于其分子间斥力作用的结果
【分析】解答本题要留意以下几点:①气体分子的运动特点打算气体体积特点;②分子间相互作用的常见表现;③分子力是短程力,只在微小的范围内存在。
【解析】高温下铁分子运动格外激烈,两铁块上的铁分子间距很简洁充分接近到分子力起作用的距离内,所以两块铁经过高温加压将很简洁连成一整块,电焊也是相同的原理,所以A、C项正确;通常状况下,气体分子间的距离大约为分子直径的10多倍,此种状况下分子力格外微弱,气体分子可以无拘无束地运动,从而布满整个容器,所以B项正确;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作用的距离,所以碎玻璃不能接合,若把玻璃加热,玻璃变软,亦可重新接合,所以D项错误。
【答案】ABC
【点拨】分子之间有相互作用力时,分子间的距离确定很小,其数量级一般为10-10 m,因此要靠分子间作用力使物体连成一体,必需使接触面处的大量分子间距离达到10-10 m。只有真正理解分子动理论的要点,勤于观看、擅长思考,才能对日常生活中的一些常见现象做出合理的解释。
拓展三:分子力做功问题
3.两个分子甲和乙相距较远(此时它们分子之间的作用力可忽视),设甲固定不动,乙渐渐向甲靠近直到不能再靠近的整个过程中,下列说法正确的是( )。
A.分子力总是对乙做正功
B.乙总是克服分子力做功
C.先是乙克服分子力做功,然后分子力对乙做功
D.先是分子力对乙做正功,然后乙克服分子力做功
【分析】依据分子力与分子间距离的关系,结合功的学问即可正确分析。
【解析】当r≥10r0时,分子力可以忽视;r>r0时,分子力为引力,此时力与位移方向相同,分子力对乙做正功;r<r0时,分子力为斥力,此时力与位移方向相反,分子力对乙做负功。
【答案】D
【点拨】推断分子力是做正功还是负功,要依据分子力的方向与位移方向的关系。分子力和分子移动方向相同时,分子力做正功;否则,分子力做负功。
分子间的作用力
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