1-4 分子间的相互作用力 学案

学案4　分子间的相互作用力
[学习目标定位]1.通过实验知道分子间存在着相互作用力.2.通过图象分析知道分子力随分子距离变化而变化的规律.3.了解分子间作用力的本质．
1．当两种物质间发生扩散时，它们的分子可以彼此进入对方．
2．弹簧被拉伸时，其弹力表现为拉力；当弹簧被压缩时，其弹力表现为推力．
3．根据功的公式W＝F·x，当力F与位移x方向相同时，力F做正功；当力F与位移x方向相反时，力F做负功．
一、分子间的相互作用
1．分子间同时存在着相互作用的引力和斥力．大量分子能聚集在一起形成固体或液体，说明分子间存在着引力；用力压缩物体，物体内会产生反抗压缩的力，说明分子间存在着斥力．
2．当两个分子间的距离为r0时，分子所受的引力与斥力大小相等，此时分子所受的合力为零．当分子间的距离小于r0时，作用力的合力表现为斥力；当分子间的距离大于r0时，作用力的合力表现为引力；当分子间的距离大于10r0时，分子间的作用力可以忽略不计．
二、分子力的实质
1．分子间的作用力本质上是一种电磁力．
2．分子间的作用力是由原子内部的带电粒子的相互作用引起的.
一、分子间的作用力
[问题设计]　如图1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，由弹簧测力计读出的示数和用弹簧测力计直接测玻璃板的重力时的示数相同吗？为什么？
图1
答案　不同；因为玻璃板和液面之间有相互作用力，所以在使玻璃板拉出水面时示数要稍大．
[要点提炼]
1．在任何情况下，分子间总是同时存在着引力和斥力，而实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力．
2．分子间的引力和斥力都随分子间距离r的增大而减小，随分子间距离r的减小而增大，但斥力变化得快．
3．分子力与分子间距离变化的关系
(1)分子间距离r＝r0(平衡距离)时，F引＝F斥，分子力为零，所以分子间距离等于r0的位置叫平衡位置．
(2)当rF引，分子力F表现为斥力．
(3)当r>r0时，F斥当r≥10r0时，F引和F斥都十分微弱，可认为分子间无相互作用力，所以分子力F＝0.
(4)分子力随分子间距离变化的图象如图2所示，当rr0时，合力随分子间距离的增大先增大后减小．
图2
二、分子力的宏观表现
[问题设计]
根据前面学习的知识回答下列问题：
1．为什么坚硬的固体很难被拉长？
答案　这是分子间引力的宏观表现．
2．为什么固体、液体很难被压缩？
答案　这是分子间斥力的宏观表现．
[要点提炼]
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，以抗拒外界对它的拉伸．
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，以抗拒外界对它的压缩．
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，而固体分子、液体分子间有空隙，却没有紧紧地吸在一起，说明分子间还同时存在着斥力．
一、分子力的特点
例1　(双选)关于分子间的相互作用力，下列说法中正确的是(　　)
A．分子力随分子间距的增大而减小
B．分子间的引力和斥力都随分子间距的增大而减小
C．分子间同时存在引力和斥力
D．当分子间距r>r0时，分子间只有引力
解析　分子间同时存在引力和斥力，这两个力都随分子间距的变化而变化，变化情况如图所示．引力、斥力都随分子间距的增大而减小，但分子力(引力与斥力的合力)却不是这样．当分子间距rr0时，引力比斥力大，分子力表现为引力，随r的增大先增大后减小，通过上面的分析可知，B、C项是正确的，A、D项是不正确的．故正确答案为B、C.
答案　BC
针对训练　(单选)如图3所示，设有一分子位于图中的坐标系原点O处不动，另一分子可位于x轴正半轴上不同位置处，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或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3
A．ab线表示引力，cd线表示斥力，e点的横坐标约为10－15m
B．ab线表示斥力，cd线表示引力，e点的横坐标约为10－10m
C．ab线表示引力，cd线表示斥力，e点的横坐标约为10－10m
D．ab线表示斥力，cd线表示引力，e点的横坐标约为10－15m
答案　B
解析　由于分子间斥力的大小随两分子间距离的变化比引力快，所以题图中曲线ab表示斥力，cd表示引力，e点引力和斥力平衡，分子间距离的数量级为10－10m，所以B选项正确．
二、分子力的功
例2　(单选)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
解析　如图所示，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.
答案　D
三、分子力的宏观表现
例3　(双选)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，这是分子间存在吸引力的宏观表现
D．用力拉铁棒的两端，铁棒没有断，这是分子间存在吸引力的宏观表现
解析　水是液体、铁是固体，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，分子力的宏观表现为斥力，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，分子力的宏观表现为引力，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，就是有作用力，也表现为引力，所以B错．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．故正确答案为A、D.
答案　AD
1．(分子力的特点)(双选)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，增大多少也未知．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的增大是先减小后增大，再减小．
2．(分子力的功)(单选)如图4所示，甲分子固定于坐标原点O，乙分子从无穷远处静止释放，在分子间作用力的作用下靠近甲．图中d点是分子靠得最近的位置，则乙分子速度最大处可能是(　　)
图4
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，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，速度减小，所以在c点速度最大．
3．(分子力的宏观表现)(单选)表面平滑的太空飞行器在太空中飞行与灰尘互相摩擦时，很容易发生“黏合”现象，这是由于(　　)
A．摩擦生热的作用B．化学反应的作用
C．分子力的作用D．万有引力的作用
答案　C
解析　当表面平滑的飞行器在太空中与灰尘相互摩擦时，可以使飞行器表面与灰尘的距离达到分子力的作用范围，而发生“黏合”，因此是分子力的作用，C项正确．
题组一　分子力的特点
1．(单选)清晨，草叶上的露珠是由空气中的水汽凝结成的水珠，这一物理过程中，水分子间的(　　)
A．引力消失，斥力增大B．斥力消失，引力增大
C．引力、斥力都减小D．引力、斥力都增大
答案　D
解析　因为空气中的水汽凝结成水珠时，分子间的距离变小，而分子引力和分子斥力均随着分子间距离的减小而增大，故D选项正确．
2．(单选)分子间的相互作用力由引力F引和斥力F斥两部分组成，则(　　)
A．F斥和F引是同时存在的
B．F引总是大于F斥，其合力总是表现为引力
C．分子之间的距离越小，F引越小，F斥越大
D．分子之间的距离越小，F引越大，F斥越小
答案　A
解析　分子间的引力和斥力是同时存在的，它们的大小都是随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大，但斥力变化得更快一些．当r＜r0时，合力表现为斥力，随分子间距离的增大而减小．当r＞r0时，合力表现为引力，随分子间距离的增大先增大后减小．正确选项是A.
3．(单选)关于分子力，下列说法中正确的是(　　)
A．分子引力不等于斥力时，违背牛顿第三定律
B．两个分子间的引力等于万有引力
C．分子间相互作用的引力和斥力不是一对作用力和反作用力
D．浮力等于固体与液体表面分子间作用的合力
答案　C
解析　分子间的引力和斥力是同时存在的，且是遵守各自规律的两种力，不是作用力和反作用力，故选项A错误，选项C正确；分子间的引力与万有引力是不同性质的两种力，故选项B错误；浮力是固体受到的压力差，与分子间作用力无关，故选项D错误．
4．(双选)如图1所示，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关系图象如图．现把乙分子从r3处由静止释放，则(　　)
图1
A．乙分子从r3到r1一直加速
B．乙分子从r3到r2过程中受到引力作用，从r2到r1过程中受到斥力作用
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过程中一直受到合力为引力的作用，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．
题组二　分子力的功
5．(单选)一般情况下，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，当乙分子从静止开始运动到相距很远时，速度为v，则在乙分子的运动过程中(乙分子的质量为m)，下列说法不正确的是(　　)
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
答案　C
解析　由动能定理可知A、B正确．乙分子远离过程中，分子斥力做正功，引力做负功，动能增加mv2，故斥力比引力多做mv2的功，C错误，D正确．故选C.
6．有甲、乙两个分子，甲分子固定不动，乙分子由无穷远处向甲靠近，直到不能再靠近为止，此过程中：
(1)若不考虑其他作用力，则整个过程中乙分子的加速度怎么变化？
(2)不考虑其他作用力，乙分子的动能怎么变化？
答案　(1)由于乙分子只受分子力作用，根据牛顿第二定律知，乙的加速度与它所受的分子力成正比，也就是乙的加速度的变化与分子力的变化一致，即在整个过程中，乙分子的加速度大小是先增大后减小再增大，加速度的方向先是沿甲、乙连线指向甲，后是沿甲、乙连线指向乙．
(2)根据动能定理，乙分子的动能变化量等于合力即分子力对乙分子所做的功，由于分子力对乙分子先做正功后做负功，所以乙分子的动能先增大后减小．
题组三　分子力的宏观表现
7.(单选)如图2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，主要原因是(　　)
图2
A．铅分子做无规则热运动
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
答案　D
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，故不脱落的主要原因是分子之间存在引力，故D正确，A、B、C错误．
8．(单选)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　扩散现象说明了分子在做无规则的热运动，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．
9．(单选)水压机是利用液体来传递压强的．水压机工作时，水分子间(　　)
A．只有斥力
B．只有引力
C．既有引力也有斥力，但分子力表现为引力
D．既有引力也有斥力，但分子力表现为斥力
答案　D
解析　水压机工作时，水分子间距离小于平衡位置之间距离，水分子之间既有引力也有斥力，但斥力大于引力，分子力表现为斥力，选项D正确．
10．(单选)对下列现象的解释不正确的是(　　)
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　D
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容易连成一整块，电焊也是相同的原理，所以A、C项说法正确；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项说法正确；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，则可重新接合，所以D项说法错误．故选D.