人教版高二物理选修3-3第七章第3节：分子间的作用力学案

7.3 分子间的相互作用力
【学习目标】
1.知道分子间同时存在着引力和斥力。
2.知道引力和斥力随分子间距离变化情况。
3.知道随分子间距离的变化，实际表现出来的分子力何时为引力何时为斥力。
4.能用分子间的相互作用理解简单的现象。
【学习重、难点】
分子间相互作用力的特点
分子间作用力跟分子间距离的关系图的理解
【知识梳理】
1．分子之间有空隙
扩散现象和布朗运动都表明分子永不停息地_______，同时也反映了分子间有______。
2．分子间的作用力
分子之间同时存在着_____和____，实际表现出来的分子力即为两者的____。为了便于理解，分子间作用力的合力可以用_______的两个小球间的作用力来模拟：拉伸时表现为______，压缩时表现为_______。它们随分子间距离变化的情况可用图7．3–1表示。
分子间作用力的变化
分子间引力和斥力的大小都跟分子间的______有关：
（1）当分子间距离_____时（约为），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_____时，随着分子之间距离的减小引力和斥力同时____，但____增大得更快一些，故_____大于_____，此时分子之间的作用力表现为____（此时引力仍然存在）。
（3）当分子之间距离_____时，随着分子之间距离的增大引力和斥力同时____，但____减小得更快一些，故____大于____，此时分子之间的作用力表现为___（此时斥力仍然存在）。
说明：分子力属于短程力。分子之间的作用力只存在于相近的分子之间，当分子之间的距离超过分子直径的10倍时，分子之间的作用力已经变得十分微弱，可以忽略不计了。

【典例分析】

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
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


【自我检测】
1.玻璃打碎后，不能把它们再拼在一起，其原因是（　　）
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；而两块碎玻璃之间，分子引力和斥力大小相等合力为零
D.两块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，总的分子作用力为零
解：一切物质的分子间都有相互作用的引力和斥力，但分子间的作用力是有范围的；
由于两块玻璃之间的分子间距离较大，大于分子直径的10倍，故分子间的作用力就十分微弱，两块玻璃无法结合成一块，
故选：D
下列现象可以说明分子间有引力的是（　　）
A．正、负电荷相互吸引
B．磁体吸引附近的小铁钉
C．用粉笔写字在黑板上留下字迹
D．用电焊把两块铁焊在一起
解析：A、正、负电荷相互吸引是受到库仑力的作用，故A错误；
B、磁铁能吸引铁钉，是因为磁力的作用，故B错误；
C、能在黑板上留下字迹，是分子间引力作用的结果，说明分子间存在引力，C正确；
D、高温状态下，铁块熔化，分子间距缩小，达到分子间引力作用范围，故D正确．
故选CD

3.(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。
4.甲、乙两分子相距较远(分子力为零)，固定甲、乙逐渐靠近甲，直到不能再靠近的过程中（ ）
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，后分子力对乙做正功
D、先是分子力对乙做正功，后乙克服分子力做功
答案：D
5．(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。
6．(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。

7.(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。