2018-2019学年物理选修3-3：1.1.3+分子间的作用力+Word版含答案

1.1.3　分子间的作用力
学习目标
核心提炼
1.知道分子间存在空隙。
2种分子力——分子间的引力和斥力
1个关系——分子间的作用力与分子间距离的关系
1个理论——分子动理论
2.知道分子间同时存在着引力和斥力，分子力是引力与斥力的合力。
3.知道分子间的作用力随分子间距离的变化规律。能用分子力解释有关现象。
4.了解分子动理论的内容及意义。
一、分子间的作用力
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，作用力的合力表现为斥力。
③当r＞r0时，F引＞F斥，作用力的合力表现为引力。
④当r＞10r0(即大于10－9 m)时，分子间的作用力变得很微弱，可忽略不计。
思考判断
(1)水的体积很难被压缩，这是分子间存在斥力的宏观表现。(√)
(2)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。(×)
(3)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。(×)
(4)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。(√)
(5)气体容易被压缩，说明气体分子之间有空隙。(√)
(6)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。(×)
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。
思维拓展
(1)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？
(2)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？
(3)分子做永不停息的无规则运动与大量分子的整体行为受到统计规律的支配，这两种说法矛盾吗？
答案　(1)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。
(2)气体分子之间的距离r＞10r0，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。
(3)这两种说法不矛盾。从单个分子来看，各个分子的运动是无规则的，但是大量分子的运动却遵守统计规律。
　分子间的作用力
[要点归纳]　
1.对分子力的认识
(1)分子间存在引力：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，说明分子间存在着引力。把两块纯净的铅压紧，它们会“粘”在一起，这也说明分子间存在引力。
(2)分子间存在斥力：固体和液体都不易被压缩，组成它们的分子间有空隙，但是用力压缩物体，物体内会产生反抗压缩的弹力，这说明分子间存在着斥力。
(3)分子间同时存在着相互作用的引力和斥力，实际表现出的作用力是引力和斥力的合力。
2.对分子力与分子间距离变化关系的理解
(1)r0的意义：如图2所示，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10－10 m)的位置叫平衡位置。
图2
(2)分子间的引力和斥力都随分子间距离r的增大而减小，但斥力减小得更快。如图3所示。
图3
(3)当rr0时，合力随距离的增大而先增大后减小。
3.分子力模型
如图4所示，用两个小球中间连有一个弹簧的模型来类比分子及分子间的分子力：小球代表分子，弹簧的弹力代表分子斥力和引力的合力。当弹簧处于原长时(r＝r0)，象征着分子力的合力为零；当弹簧处于压缩状态时(rr0)，象征着分子力的合力为引力。借助此模型仅限于帮助记忆分子力的合力何时为引力、何时为斥力。
图4
[精典示例]
[例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rB.当分子间的距离r＝r0时，分子处于平衡状态，分子不受力
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逐渐减小
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rF引，合力为斥力，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，再增大再减小到零，故C正确，D错误。
答案　C
[例2] 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，直到不能再靠近的这一过程中(　　)
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
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D正确。
答案　D
[针对训练1] (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关系图象如图5所示。现把乙分子从r3处由静止释放，则(　　)
图5
A.乙分子从r3到r1一直加速
B.乙分子从r3到r2过程中两分子间的分子力呈现引力，从r2到r1过程中两分子间的分子力呈现斥力
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
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过程中两分子间的分子力一直呈现引力，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。
答案　AC
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。
　分子动理论
[要点归纳]　
1.分子间有相互作用的宏观表现
(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。固体有一定的形状，液体有一定的体积，而固体、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。
2.分子力与物体三态不同的宏观特征
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
③分子可以自由运动
①无体积
②无形状
③充满整个容器
[精典示例]
[例3] 关于分子力，下列说法中正确的是(　　)
A.碎玻璃不能拼合在一起，说明玻璃分子间斥力起作用
B.锯条弯到一定程度会断裂，是因为断裂处分子间的斥力起了作用
C.固体很难被拉伸，也很难被压缩，说明分子间既有引力又有斥力
D.水和酒精混合后的体积小于原来体积之和，说明分子间存在引力
解析　分子间作用力发生作用的距离很小，打碎的碎片间的距离远大于分子力作用距离，因此打碎的玻璃不能拼合在一起，并不能说明是分子斥力的作用，故A错误；锯条弯到一定程度断裂是因为分子间距离大于10r0，分子力不再起作用，故B错误；固体很难被拉伸，也很难被压缩，说明分子间既有引力又有斥力，故C正确；水和酒精混合后的体积小于原来体积之和，说明分子间存在间隙，故D错误。
答案　C
外力作用下三种状态表现不同的原因
(1)外力作用下固体很难被压缩的原因是分子间存在斥力；很难被拉伸的原因是分子间存在引力。
(2)外力作用下液体很难被压缩的原因是分子间存在斥力。
(3)外力作用下气体很容易被压缩的原因是分子间有空隙，气体压缩到一定程度后较难再被压缩，是气体压强的原因。　　　　　　
[针对训练2] (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
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项错误。
答案　ABC
1.(分子动理论的理解)(多选)关于分子动理论，下列说法正确的是(　　)
A.物体是由大量分子组成的
B.分子永不停息地做无规则运动
C.分子间有相互作用的引力或斥力
D.分子动理论是在一定实验基础上提出的
解析　由分子动理论可知A、B正确；分子间有相互作用的引力和斥力，C错误；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正确。
答案　ABD
2.(分子间的作用力)下列说法中正确的是(　　)
A.人用手捏面包，面包体积变小了，说明分子间有间隙
B.高压下的油会透过钢板渗出，说明分子间有间隙
C.打碎的玻璃片不能拼合粘在一起，说明分子间只有斥力
D.给自行车轮胎打气，越来越费力，说明分子间有斥力
解析　用手捏面包，面包体积变小了，是因为面包的宏观结构有空隙，而不能说明分子间有间隙，A错误；高压下的油会透过钢板渗出，说明分子间有间隙，B正确；打碎的玻璃片不能拼合粘在一起，是因为分子间的距离太大，不能达到分子间相互作用力的作用范围，C错误；给自行车轮胎打气，越来越费力，是因为车胎内气体的压强越来越大，D错误。
答案　B
3.(分子间的作用力)(多选)关于分子间的作用力，下列说法正确的有(r0为分子的平衡位置)(　　)
A.两个分子间距离小于r0时，分子间只有斥力
B.两个分子间距离大于r0时，分子间只有引力
C.两个分子间距离由较远逐渐减小到r0的过程中，分子力先增大后减小，为引力
D.两个分子间距离由极小逐渐增大到r0的过程中，引力和斥力都同时减小，分子力表现为斥力
解析　关于分子之间的作用力，必须明确分子之间的引力和斥力是同时存在的，当r>r0时引力和斥力的合力表现
为引力，而当rr0时分子力表现为引力，且r较大即两个分子距离较远时，分子间相互作用力亦趋于0，可知由较远至r＝r0的过程中，分子力先增大后减小，即选项C正确；而分子间距离由极小逐渐增大到r＝r0时，分子间的引力和斥力都逐渐减小，分子力表现为斥力，故选项D正确。
答案　CD
4.(分子间的作用力)(多选)如图6所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示，F>0为斥力，F<0为引力。a、b、c、d为x轴上四个特定的位置。现把乙分子从a处由静止释放，则(　　)
图6
A.乙分子由a到b做加速运动，由b到c做减速运动
B.乙分子由a到c做加速运动，到达c时速度最大
C.乙分子由a到b的过程中，两分子间的分子力一直做正功
D.乙分子由b到c的过程中，两分子间的分子力一直做负功
解析　乙分子从a到b，再到c的过程，分子之间均表现为引力，显然乙分子始终做加速运动，且到达c点时速度最大，A错误，B正确；乙分子从a到b的过程，分子的引力一直做正功，C正确；乙分子由b到c的过程，分子力仍然做正功，D错误。
答案　BC
基础过关
1.(多选)关于分子间作用力，下列说法中正确的是(　　)
A.分子之间的距离越小，f引越小，f斥越大
B.当分子间距的数量级大于10－9 m时，分子力已微弱到可以忽略
C.两个分子之间的距离从rD.碎玻璃不能拼在一起，是由于分子间距离太大，不存在作用力
解析　分子之间的距离越小，引力和斥力都增大，但是斥力增加得更快，A错误；当分子间距的数量级大于10－9 m时，分子力已微弱到可以忽略；碎玻璃不能拼在一起，是由于分子间距离太大，不存在作用力，B、D正确；两个分子之间的距离从r答案　BCD
2.(多选)分子间作用力由F引和F斥组成，下列说法正确的是(　　)
A.F引和F斥同时存在
B.F引和F斥都随分子间距增大而减小
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
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。
答案　ABC
3.“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
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。
答案　D
4.(多选)下列关于分子间引力和斥力的说法正确的是(　　)
A.两块铅块压紧以后能连在一块，说明存在引力
B.只有同种物质的分子间才存在分子力的作用
C.当分子间距离减小时，分子间斥力增大，引力减小
D.表面平滑的太空船很容易“黏合”灰尘是因为分子力的作用
解析　两块铅块压紧后能连在一块，说明分子间存在引力，A正确；不同物质的分子间也存在相互作用力，B错误；当分子间的距离减小时，分子斥力和引力都增大，斥力增大得快，C错误；当表面平滑的太空船在太空中与灰尘相互摩擦时，可以使太空船表面与灰尘的距离达到分子力作用的范围而发生“黏合”，因此是分子力的作用，D正确。
答案　AD
5.如图1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1
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
解析　下面的铅柱不脱落，说明铅柱受到一个向上的力的作用，A错误；大气对铅柱有向上的压力，但是远远不足以抵消铅柱的重力，因此B错误；铅柱间的万有引力太小，远小于铅柱的重力，C错误；由于铅柱间存在着分子引力的作用，故下面的铅柱才不脱落，D正确。
答案　D
6.下列现象可以说明分子间有引力的是(　　)
A.用粉笔在黑板上写字留下字迹
B.两个带异种电荷的小球相互吸引
C.用毛皮摩擦过的橡胶棒能吸引轻小的纸屑
D.磁体吸引附近的小铁钉
解析　粉笔字留在黑板上是由于粉笔的分子与黑板的分子间存在引力的结果，故A正确；毛皮摩擦的橡胶棒能吸引轻小的纸屑及两个带异种电荷的小球相吸是静电力的作用，磁铁吸引附近的小铁钉的力是磁场力，二者跟分子力是不同性质的力，故B、C、D错误。
答案　A
7.设r0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.4r0＞r＞r0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10r0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
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错误；当4r0＞r＞r0时，引力大于斥力，两者同时存在，B错误；在r减小的过程中，分子引力和斥力都增大，C错误；r由10r0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。所以D正确。
答案　D
能力提升
8.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10－15 m
B.ab线表示斥力，cd线表示引力，e点的横坐标数量级为10－10 m
C.ab线表示引力，cd线表示斥力，e点的横坐标数量级为10－10 m
D.ab线表示斥力，cd线表示引力，e点的横坐标数量级为10－15 m
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10－10 m，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答案　C
9.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象如图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可能是(　　)
图3
A.a点 B.b点
C.c点 D.d点
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。
答案　C
10.(多选)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
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，分子引力做负功，动能增加mv2，故分子斥力比分子引力多做mv2的功，C错误，D正确。
答案　ABD
11. (多选)如图4所示，把一块干净的玻璃板吊在测力计的下端，使玻璃板水平地接触水面，用手缓慢竖直向上拉测力计，则玻璃板在拉离水面的过程中(　　)
图4
A.测力计示数始终等于玻璃板的重力
B.测力计示数会出现大于玻璃板重力的情况
C.因为玻璃板上表面受到大气压力，所以拉力大于玻璃板的重力
D.因为拉起时还需要克服水分子对玻璃板分子的吸引力，所以拉力大于玻璃板的重力
解析　玻璃板被拉起时，受到水分子的引力作用，故拉力大于玻璃板的重力，与大气压无关，所以B、D正确。
答案　BD
12.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，乙分子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。