2024-2025學(xué)年高中物理第七章分子動理論第3節(jié)分子間的作用力學(xué)案含解析新人教版選修3-3

PAGE10-第3節(jié)分子間的作用力1．通過試驗知道分子間存在著空隙和相互作用力。2．知道分子間作用力與分子間距離的關(guān)系。3．知道分子動理論的內(nèi)容，了解統(tǒng)計規(guī)律。一、分子間有空隙1．氣體很簡單被壓縮，表明氣體分子間存在著很大的eq\o(□,\s\up3(01))空隙。2．水和酒精混合后總體積會eq\o(□,\s\up3(02))減小，說明液體分子間存在著空隙。3．壓在一起的金片和鉛片，各自的分子能eq\o(□,\s\up3(03))擴(kuò)散到對方的內(nèi)部，說明固體分子間也存在著空隙。二、分子間的作用力1.分子間同時存在著相互作用的eq\o(□,\s\up3(01))引力和eq\o(□,\s\up3(02))斥力。分子間實際表現(xiàn)出的作用力是引力和斥力的eq\o(□,\s\up3(03))合力。2．分子間作用力與分子距離的關(guān)系(如圖)分子間的引力和斥力都隨分子間距離r的增大而eq\o(□,\s\up3(04))減小，隨分子間距離的減小而eq\o(□,\s\up3(05))增大。但eq\o(□,\s\up3(06))斥力比eq\o(□,\s\up3(07))引力變更得快。(1)當(dāng)r＝r0時，F(xiàn)引＝F斥，此時分子所受合力為eq\o(□,\s\up3(08))0。(2)當(dāng)r<r0時，F(xiàn)引<F斥，作用力的合力表現(xiàn)為eq\o(□,\s\up3(09))斥力。(3)當(dāng)r>r0時，F(xiàn)引>F斥，作用力的合力表現(xiàn)為eq\o(□,\s\up3(10))引力。(4)當(dāng)r>10r0(即大于10－9m三、分子動理論1．內(nèi)容：物體是由大量eq\o(□,\s\up3(01))分子組成的，分子在做永不停息的eq\o(□,\s\up3(02))無規(guī)則運動，分子之間存在著eq\o(□,\s\up3(03))引力和eq\o(□,\s\up3(04))斥力。在熱學(xué)探討中經(jīng)常以這樣的基本圖象為動身點，把物質(zhì)的熱學(xué)性質(zhì)和規(guī)律看做微觀粒子熱運動的宏觀表現(xiàn)。這樣建立的理論是一種微觀統(tǒng)計理論，叫做分子動理論。2．統(tǒng)計規(guī)律(1)微觀方面：各個分子的運動都是eq\o(□,\s\up3(05))無規(guī)則的，具有eq\o(□,\s\up3(06))偶然性。(2)宏觀方面：大量分子的運動有肯定的eq\o(□,\s\up3(07))規(guī)律，叫做統(tǒng)計規(guī)律。大量分子的集體行為受eq\o(□,\s\up3(08))統(tǒng)計規(guī)律的支配。判一判(1)固體分子間的吸引力總是大于排斥力。()(2)當(dāng)分子間的距離達(dá)到無窮遠(yuǎn)時，分子力為零。()(3)分子間不行能同時具有引力和斥力。()(4)金屬塊經(jīng)過鍛打能變更它原來的形態(tài)，說明白分子間有相互作用力。()提示：(1)×(2)√(3)×(4)√課堂任務(wù)分子間的作用力1．分子間存在引力(1)當(dāng)外力欲使物體拉伸時，組成物體的大量分子間將表現(xiàn)出引力以抗拒外界對它的拉伸。(2)分子間雖然有空隙，大量分子卻能聚在一起形成固體和液體，說明分子間存在著引力。(3)固體保持肯定的形態(tài)，說明分子間有引力。2．分子間存在斥力(1)當(dāng)外力欲使物體壓縮時，組成物體的大量分子間將表現(xiàn)出斥力以抗拒外界對它的壓縮。(2)分子間有引力，分子卻沒有緊緊吸在一起，而是還存在空隙，說明分子間有斥力。3．分子間的作用力產(chǎn)生的緣由分子間的作用力并不是一種基本力，而是一種極其困難的力，是由組成分子的電子及原子核與另一分子的電子及原子核相互作用而產(chǎn)生的。原子中有一個直徑約10－15m(1)不能把宏觀的小空間同分子間的空隙相混淆，打碎的玻璃不會因分子引力重新結(jié)合為一體，是因為絕大部分分子間距離太大，超過分子力作用的范圍，可見分子力是短程力。(2)壓縮氣體時須要外力，并非克服氣體分子間的斥力(氣體分子間的距離很大，相互作用力很微弱可忽視)，而是氣體有壓強(qiáng)。例1關(guān)于分子間作用力，下面說法中正確的是(其中r0為分子處于平衡位置時分子之間的距離)()A．兩個分子間距離小于r0時，分子間只有斥力B．兩個分子間距離大于r0時，分子間只有引力C．壓縮物體時，分子間斥力增大，引力減小D．拉伸物體時，分子斥力和引力都減小[規(guī)范解答]分子間引力和斥力總是同時存在，引力、斥力以及它們的合力均隨分子距離的變更而變更。分子間的引力和斥力是同時存在的，當(dāng)r>r0時，它們的合力表現(xiàn)為引力；當(dāng)r<r0時，它們的合力表現(xiàn)為斥力，故A、B皆錯誤。當(dāng)分子間距離變更時，分子間的引力和斥力同時增大或減小，故C錯誤。所以正確答案為D。[完備答案]D分子力問題的分析方法(1)首先要分清是分子力還是分子引力或分子斥力。(2)分子間的引力和斥力都隨分子間距離的增大而減小。3分子力比較困難，要抓住兩個關(guān)鍵點：一是r＝r0時，分子力為零但引力和斥力大小相等，均不為零；二是r>10r0時，分子力以及引力、斥力都可忽視，可以看做是零。所以當(dāng)r＜r0時，分子力隨分子間距離的增大而減??；當(dāng)r＞r0時，分子間距由r0增大到10r0，分子力先增大后減小。eq\a\vs4\al([變式訓(xùn)練1])在使兩個分子間的距離由很遠(yuǎn)(r>10－9m)變到很難再靠近的過程中，分子力的大小將()A．先減小，后增大B．先增大，后減小C．先增大，后減小，再增大D．先增大，后增大，再減小答案C解析本題考查分子力變更特點，可以利用如圖所示的兩個分子間引力和斥力隨分子間距離r變更的關(guān)系進(jìn)行分析。當(dāng)兩分子之間的距離大于10－9m時，分子之間的作用力可以視為零。當(dāng)兩分子從很大的間距靠近時，分子之間的作用力表現(xiàn)為引力且漸漸變大；由于斥力增大更快，在r0旁邊向r0靠近時，分子力又漸漸減??；當(dāng)靠近到r＝r0時，分子力為零；接著靠近時r<r0課堂任務(wù)分子動理論1．分子運動的統(tǒng)計規(guī)律物體中的分子不斷發(fā)生碰撞，每個分子的運動速率不斷地發(fā)生變更。在某一特定時刻，某個特定分子原委具有多大的速度完全是偶然的，不能預(yù)知。但對大量分子的整體，在肯定條件下，試驗和理論都證明它們的速率分布遵從肯定的統(tǒng)計規(guī)律。2．分子間有相互作用力的宏觀表現(xiàn)(1)當(dāng)外力欲使物體拉伸時，組成物體的大量分子間將表現(xiàn)為引力，以抗拒外界對它的拉伸。(2)當(dāng)外力欲使物體壓縮時，組成物體的大量分子間將表現(xiàn)為斥力，以抗拒外界對它的壓縮。(3)大量的分子能聚集在一起形成固體或液體，說明分子間存在引力。固體有肯定形態(tài)，液體有肯定的體積，而固體、液體分子間有空隙，卻沒有緊緊地吸在一起，說明分子間還同時存在著斥力。3．分子力與物體三態(tài)不同的宏觀特征分子間的距離不同，分子間的作用力表現(xiàn)也就不一樣。固體分子間的距離小，分子之間的作用力表現(xiàn)明顯，其分子只能在平衡位置旁邊做范圍很小的無規(guī)則振動。因此，固體不但具有肯定的體積，還具有肯定的形態(tài)。液體分子間的距離也很小，液體分子可以在平衡位置旁邊做范圍較大的無規(guī)則振動，而且液體分子的平衡位置不是固定的，因而液體雖然具有肯定的體積，卻沒有固定的形態(tài)。氣體分子間距離較大，彼此間的作用力極為微小，可認(rèn)為分子除了與其他分子或器壁碰撞時有相互作用外，分子力可忽視。所以氣體沒有肯定的體積，也沒有肯定的形態(tài)，總是充溢整個容器。(1)我們在估測分子大小時，經(jīng)常把固體或液體分子看做是一個挨一個緊密排列的，其實，那只是為了探討便利而做的一種志向化的模型，真實的分子間是有空隙的。分子間隙在宏觀上不易感知，但在微觀上是很大的。(2)分子力是一種短程力，只有當(dāng)分子間的距離在10－10m例2(多選)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．氣體總是很簡單充溢容器，這是分子間存在斥力的宏觀表現(xiàn)C．兩個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)[規(guī)范解答]水是液體、鐵是固體，正常狀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，分子距離由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，鐵棒發(fā)生微小形變，分子距離由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A、D正確。氣體分子由于永不停息地做無規(guī)則運動，能夠到達(dá)容器內(nèi)的任何空間，所以總是充溢容器，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，也表現(xiàn)為引力，所以B錯誤。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球的作用，所以C錯誤。[完備答案]ADeq\a\vs4\al([變式訓(xùn)練2])如圖所示，用細(xì)線將一塊玻璃板水平地懸掛在彈簧測力計下端，并使玻璃板貼在水面上，然后緩慢提起彈簧測力計，在玻璃板脫離水面的一瞬間，彈簧測力計讀數(shù)會突然增大，主要緣由是()A．水分子做無規(guī)則熱運動B．玻璃板受到大氣壓力作用C．水與玻璃間存在萬有引力作用D．水與玻璃間存在分子引力作用答案D解析在玻璃板脫離水面的一瞬間，彈簧測力計讀數(shù)會突然增大的主要緣由是：水與玻璃間存在分子引力作用，D正確。A組：合格性水平訓(xùn)練1．(分子間的作用力)下列現(xiàn)象中不能說明分子間存在分子力的是()A．兩鉛塊能被壓合在一起 B．鋼繩不易被拉斷C．水不簡單被壓縮 D．空氣簡單被壓縮答案D解析A、B兩項說明分子間存在引力，C說明分子間存在斥力，D說明氣體分子間距大，故答案為D。2．(分子間的作用力)當(dāng)兩個分子間的距離為r0時，正好處于平衡位置，下列關(guān)于分子間作用力與分子間距離的關(guān)系的說法正確的是()A．當(dāng)分子間的距離r<r0時，它們之間只有斥力作用B．當(dāng)分子間的距離r＝r0時，分子處于平衡狀態(tài)，不受力C．在分子間的距離從0.5r0增大到10r0的過程中，分子間的引力和斥力都在減小，且斥力比引力減小得快D．在分子間的距離從0.5r0增大到10r0的過程中，分子間相互作用力的合力在漸漸減小答案C解析分子間相互作用的引力和斥力是同時存在的，當(dāng)r＝r0時，F(xiàn)引＝F斥，每個分子所受的合力為零，并非不受力；當(dāng)r<r0時，F(xiàn)斥>F引，合力為斥力，并非只受斥力，故A、B錯誤。在分子間的距離從0.5r0增大到10r0的過程中，分子間的引力和斥力都減小，且斥力比引力減小得快，分子間作用力的合力先減小到零，再增大后減小到零，故C正確，D錯誤。3．(分子間的作用力)以下關(guān)于分子間作用力的說法，正確的是()A．分子間既存在引力也存在斥力B．液體難于被壓縮表明液體中分子力總是引力C．氣體分子之間總沒有分子力的作用D．?dāng)U散現(xiàn)象表明分子間不存在引力答案A解析分子間同時存在著引力和斥力，B、D錯誤，A正確。氣體分子間可發(fā)生碰撞，產(chǎn)生相互作用力，故C錯誤。4．(分子間相互作用力)(多選)關(guān)于分子間相互作用力的說法中正確的是()A．分子間的相互作用是由組成分子的原子內(nèi)部的帶電粒子間的相互作用而引起的B．分子間的作用力是引力還是斥力跟分子間的距離有關(guān)，分子間距離較大時分子間就只有相互吸引力的作用，當(dāng)分子間距離較小時，就只有相互排斥力的作用C．溫度越高，分子間的相互作用力就越大D．分子間的引力和斥力總是同時存在的答案AD解析分子力的本質(zhì)是電磁力，故A正確。分子間的引力和斥力同時存在，其大小只與物質(zhì)種類和分子間距離有關(guān)，故B、C錯誤，D正確。5．(分子間的作用力)(多選)兩個分子從靠近得不能再靠近的位置起先，使二者之間的距離漸漸增大，直到大于分子直徑的10倍以上，這一過程中關(guān)于分子間的相互作用力的下述說法中正確的是()A．分子間的引力和斥力都在減小B．分子間的斥力在減小，引力在增大C．分子間的作用力在漸漸減小D．分子間的作用力，先減小后增大，再減小到零答案AD解析分子間同時存在著引力與斥力，當(dāng)距離增大時，二力都在減小，只是斥力減小得比引力快，當(dāng)分子間距離r＞r0時，分子間的斥力小于引力，因而表現(xiàn)為引力；在r＝r0時，合力為零；r＜r0時，分子間的斥力大于引力，因而表現(xiàn)為斥力；當(dāng)距離大于10r0時，分子間的相互作用力可視為零，所以分子力的變更是先減小后增大，再減小到零。6.(綜合)(多選)分子力隨分子間距離變更的關(guān)系如圖所示，兩個分子從10r0遠(yuǎn)處由靜止釋放，它們相互靠近到不能再靠近的過程中，若此過程分子間只受分子力作用，則下列說法中正確的是()A．它們的速度先增大再減小B．它們的加速度是先變大再變小C．它們的加速度是先變大再變小，最終又變大D．它們的動能先變大再變小，最終又增大到最大答案AC解析兩分子在分子力的作用下運動，當(dāng)r>r0過程中分子力做正功，動能增加；當(dāng)r＝r0時，動能達(dá)到最大；當(dāng)r<r0過程中分子力做負(fù)功，動能減小，最靠近時動能為零，A正確。運動過程中當(dāng)分子力為引力時，引力先變大再變??；當(dāng)分子力為斥力時，斥力始終變大，故加速度先變大再變小，最終變大，C正確。7．(分子間的作用力)下列現(xiàn)象能說明分子之間有相互作用力的是()A．一般固體難于拉伸，說明分子間有引力B．一般液體易于流淌和變成小液滴，說明液體分子間有斥力C．用打氣筒給自行車輪胎打氣，越打越費勁，說明壓縮后的氣體分子間有斥力D．高壓密閉的鋼筒中的油沿筒壁滲出，說明鋼分子對油分子有斥力答案A解析固體難于拉伸，是分子間引力的表現(xiàn)，故A正確；B中液體的流淌性不能用引力、斥力來說明，緣由是分子的振動與無規(guī)則運動，故錯誤；打氣筒給自行車輪胎打氣，越打越費勁，是因為氣體的壓強(qiáng)增大，C錯誤；D中說明鋼分子間有空隙，油從筒壁中滲出，是外力作用的結(jié)果，而不是鋼分子對油分子有斥力，故錯誤。8．(分子動理論)(多選)下述說法正確的是()A．物體是由大量分子組成的B．分子永不停息地做無規(guī)則運動C．分子間有相互作用的引力或斥力D．分子動理論是在肯定試驗基礎(chǔ)上提出的E．當(dāng)分子間距離增大時，分子間的引力和斥力都減小F．酒精和水混合后，總體積減小，是因為酒精和水發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)變成了其他物質(zhì)G．鐵塊不易壓縮是因為在擠壓鐵塊時，分子間只有斥力沒有引力H．無論分子間距離增大還是減小，分子斥力都比分子引力變更得快答案ABDEH解析由分子動理論可知A、B正確；分子間有相互作用的引力和斥力，C錯誤；分子動理論是在擴(kuò)散現(xiàn)象和布朗運動的試驗基礎(chǔ)上提出的，D正確；酒精和水混合后總體積減小是因為分子間有空隙，它們并沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，F(xiàn)錯誤；擠壓鐵塊時，分子斥力和引力同時存在，但分子力表現(xiàn)為斥力，G錯誤；分子間距離增大時，斥力比引力減小得快，分子間距離減小時，斥力比引力增大得快，E、H正確。B組：等級性水平訓(xùn)練9．(分子間的作用力)(多選)利用分子間作用力的變更規(guī)律可以說明很多現(xiàn)象，下面的幾個實例中利用分子力對現(xiàn)象進(jìn)行的說明正確的是()A．鋸條彎到肯定程度就會斷裂是因為斷裂處分子之間的斥力起了作用B．給自行車打氣時越打越費勁，是因為胎內(nèi)氣體分子多了以后相互排斥造成的C．從水中拿出的一小塊玻璃表面上有很多水，是因為玻璃分子吸引了水分子D．用膠水把兩張紙粘在一起，是利用了不同物質(zhì)的分子之間有較強(qiáng)的吸引力答案CD解析鋸條彎到肯定程度就會斷裂是因為斷裂處分子之間的距離大到肯定程度時，分子力不能發(fā)揮作用而斷裂；給自行車打氣時越打越費勁，是因為胎內(nèi)氣體分子多了以后氣體的壓強(qiáng)增大，而不是分子之間斥力起作用。A和B的說明是錯誤的，C和D的說明是正確的。10．(分子間的作用力)“破鏡難圓”的緣由是()A．玻璃分子間的斥力比引力大B．玻璃分子間不存在分子力的作用C．一塊玻璃內(nèi)部分子間的引力大于斥力；而兩塊碎玻璃片之間，分子引力和斥力大小相等，合力為零D．兩塊碎玻璃片之間，絕大多數(shù)玻璃分子間距離太大，分子引力和斥力都可忽視，總的分子引力為零答案D解析破裂的玻璃放在一起，由于接觸面的錯落起伏，只有極少數(shù)分子能接近到距離很小的程度，因此，總的分子引力特別小，不足以使它們連在一起。11．(綜合)如圖所示，設(shè)有一分子位于圖中的坐標(biāo)系原點O處不動，另一分子可位于x軸的正半軸上不同位置處，圖中縱坐標(biāo)表示這兩個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更的關(guān)系，e為兩曲線的交點，則()A．a(chǎn)b線表示引力，cd線表示斥力，e點的橫坐標(biāo)約為10－15B．a(chǎn)b線表示斥力，cd線表示引力，e點的橫坐標(biāo)約為10－10C．a(chǎn)b線表示引力，cd線表示斥力，e點的橫坐標(biāo)約為10－10D．a(chǎn)b線表示斥力，cd線表示引力，e點的橫坐標(biāo)約為10－15答案B解析由于分子間斥力的大小隨兩分子間距離變更比引力快，所以題圖中曲線ab表示斥力，cd表示引力，e點引力和斥力平衡，分子間距為r0，數(shù)量級為10－10m12．(綜合)(多選)一般狀況下，分子間同時存在分子引力和分子斥力；若在外力作用下兩分子的間距達(dá)到不能再靠近為止，且甲分子固定不動，乙分子可自由移動，則去掉外力后，當(dāng)乙分子運動到相距很遠(yuǎn)時，速度為v，則在乙分子的運動過程中(乙分子的質(zhì)量為m)()A．乙分子的動能變更量為eq\f(1,2)mv2B．分子力對乙分子做的功為eq\f(1,2)mv2C．分子引力比分子斥力多做了eq\f(1,2)mv2的功D．分子斥力比分子引力多做了eq\f(1,2)mv2的功答案ABD解析當(dāng)甲、乙