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高中物理3 分子间的作用力学案设计
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这是一份高中物理3 分子间的作用力学案设计，共4页。学案主要包含了例2－1，例2－2，例3－1，例3－2，例4－1，例4－2，例5－1，例5－2等内容，欢迎下载使用。
1．分子间作用力及其变化
(1)分子力：由于分子间同时存在引力和斥力，两种力的合力就叫做分子力。
(2)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距离有关。
①当分子之间距离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，随着分子之间距离的减小引力和斥力同时增大，但斥力增大得更快一些，故斥力大于引力，此时分子之间的作用力表现为斥力(此时引力仍然存在)。
③当分子之间距离r＞r0时，随着分子之间距离的增大引力和斥力同时减小，但斥力减小得更快一些，故引力大于斥力，此时分子之间的作用力表现为引力(此时斥力仍然存在)。
④用图象法解析分子力
分子间相互作用力同时存在着引力和斥力，有时表现为引力，有时表现为斥力，怎样把分子力的规律清晰地理出个头绪来呢？借助分子力随分子间距离的变化而变化的Fr图象，可以比较直观地反映出它们间的联系。如图所示，分子斥力或分子引力都随分子间距离的增大而减小，但分子斥力的变化率较大，分子引力的变化率较小。因此，当距离r＜r0时，分子力表现为斥力；当距离 r＞r0时，分子力表现为引力；当距离r＝r0时，分子力为零。
释疑点 分子之间的引力和斥力 总是同时存在的，且当分子之间距离变化时，引力和斥力同时发生变化，只是斥力变化得更快一些。
【例1】 当钢丝被拉伸时，下列说法正确的是( )
A．分子间只有引力作用
B．分子间的引力和斥力都减小
C．分子间的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B、C正确，A、D错误。
答案：BC
点技巧 分子力图象的应用 处理此类问题的关键是熟记分子力与分子间距离的关系曲线。分子力属定性内容，易记易忘，所以在理解时需要结合分子间的斥力与引力随分子间距离变化的图象。另外对分子间距离的几个临界数量级要熟悉。
2．分子动理论
(1)分子动理论主要内容：物体是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运动，分子之间存在着引力和斥力。
(2)意义：分子动理论是热现象微观理论的基础。分子动理论是建立在大量实验事实基础上的，是解释、分析热现象的基本理论。
【例2－1】 物体能够被压缩但不能无限制地被压缩，说明了( )
A．分子间有间隙 B．分子间既有引力又有斥力
C．分子之间有斥力 D．分子在做无规则运动
解析：物体能够被压缩说明分子之间有间隙，不能无限制地被压缩说明分子之间存在斥力。所以本题选AC。
答案：AC
【例2－2】 下列说法中正确的是( )
A．用手捏面包，面包的体积缩小了，证明分子间有间隙
B．煤堆在墙角时间长了，墙内部也变黑了，证明分子在永不停息地运动
C．打开香水瓶后，很远的地方能闻到香味，说明分子在不停地运动
D．封闭在容器中的液体很难被压缩，证明分子间有斥力
解析：用手捏面包，面包易被压缩，是因为面包内有空腔，并非分子间距所致。“空腔”是个宏观的“体积”，分子间距是微观量，无法直接测量，A错；两个物体相互接触时，由于扩散现象，会使分子彼此进入对方物体中，B对；分子在永不停息地做无规则运动，C对；液体很难被压缩，说明分子间有斥力，D正确。
答案：BCD
析规律 分子动理论 它揭示了微观量分子运动特征及分子间的相互作用，考虑问题时注意微观粒子的属性与它们所产生的宏观效果。
3．类比法学习分子间作用力
(1)当r＝r0时，分子力表现为零，可将其对比成两个小球中间连一轻弹簧且弹簧处于原长的情况。此时两小球间相互作用力为零。
(2)当r＜r0时，分子力表现为斥力，可将其对比成两小球间连一轻弹簧且处于压缩状态的情形，此时两小球均受到背离两小球的弹力作用，表现为“排斥”。
(3)当r＞r0时，分子力表现为引力，同样将其对比成轻弹簧处于伸长状态的情形。此时两小球均受到指向彼此的弹簧的拉力作用，表现为“吸引”。三种情形如下表所示：
eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(\(\s\up7(),\s\d5(析规律)))) 关于分子力问题
(1)分子力是分子引力和分子斥力的合力。
(2)分子引力和分子斥力随分子间距的变化规律。
(3)分子的平衡距离。
(4)分子力是短程力。
【例3－1】 在使两个分子间的距离由很远(r＞10－9 m)变得很难再靠近的过程中，分子间的作用力的大小将( )
A．先减小后增大 B．先增大后减小
C．先增大后减小再增大 D．先减小后增大再减小
解析：如图可知随分子间距离的减小，分子间的作用力是先增大后减小再增大的，故选项C正确。
答案：C
【例3－2】 关于分子间作用力，下列说法中正确的是( )
A．当分子间的距离为r0时，它们之间既没有引力，也没有斥力
B．分子间引力和斥力都随它们之间的距离的增大而减小
C．分子间的距离大于r0时，分子间只有引力
D．分子间的平衡距离r0，可以看做分子直径的大小，其数量级为10－10 m
解析：分子间同时存在着相互作用的引力和斥力，当两个分子间距离为r0时，每个分子受另一个分子的引力和斥力的大小相等、方向相反，合力为零，而不是既无引力也无斥力。
从Fr图象中分子力随分子间距离变化的规律可以看出，无论是分子引力还是分子斥力，都是随距离r的增大而减小，当分子间距离r＞r0时，分子引力和斥力都随距离r的增大而减小，但斥力减小得更快些，所以分子力的合力表现为引力，而不是只有引力。
答案：BD
点评：分析分子间的作用力，应熟练掌握分子间的作用力F随分子间距离r变化的Fr图象，理解图象中各条曲线及特殊位置(例如r0位置)。
4．利用分子力解释物理现象
对分子之间的作用力可以从宏观和微观两个方面理解
(1)从宏观上：以固体物质为例，物体在被拉伸时需要一定的外力，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一定的外力，这表明组成物质的分子之间还存在着相互作用的斥力，因此要使物体被压缩，一定需要有外力来克服分子之间的斥力。
(2)从微观上：分子间虽然有间隙，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。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。
对于日常生活中的一些常见现象要能灵活应用分子动理论对其物理本质作出合理的解释。
5．利用图解法分析与分子力相关问题
在分析分子间的作用力时，可设分子甲在O点，分子乙在r轴上移，这样，物理情景和物理过程相对清楚一些，如图所示。
分析解答相关问题的基本方法：
(1)解答与分子力相关的试题时，首先应认真审题，确定题目要求分析判断的是分子间的相互作用力即合力还是分子间相互作用的引力和斥力，否则很容易出错。
(2)根据图象和分子力、分子间的引力和分子间的斥力随分子间距离的变化规律进行判断。
(3)若讨论的是分子间的引力和斥力问题，应记住它们都是随分子间距离的增大而减小，斥力减小得更快些。
(4)若讨论的是分子间的相互作用力即合力时，由图象可知，当分子间的距离由0→r0增大时，分子间的相互作用力减小；当分子间的距离由r0→∞增大时，分子间的相互作用力是先增大后减小。
【例4－1】 关于分子力，下列说法正确的是( )
A．碎玻璃不能拼合在一起，说明分子间存在斥力
B．将两块铅压紧以后能连成一块，说明分子间存在引力
C．水和酒精混合后的体积小于原来的体积之和，说明分子间存在引力
D．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
解析：物体能否拼合在一起，取决于它们分子之间能否接近到分子力发生作用的范围。碎玻璃不能拼合，是由于碎片间分子距离太大；两铅块压紧后能连成一块，是由于铅块分子间的间隙已达到分子力发生作用的距离，所以A项错误，B项正确；水和酒精混合后体积小于原来的体积之和，说明分子间有间隙，故C项错误，固体难被拉伸，说明分子间存在引力；难压缩，说明分子间存在斥力，故D项正确。
答案：BD
【例4－2】 下列说法哪些是正确的( )
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：根据分子动理论的基本知识可知A、D正确；气体容易充满容器是分子热运动的结果；抽成真空的马德堡半球很难分开是大气压强的作用效果，故B、C均错。
答案：AD
【例5－1】 如图所示，甲分子固定于坐标原点O，乙分子从无穷远处静止释放，在分子力的作用下靠近甲。图中b点是引力最大处，d点是分子靠得最近处，则乙分子加速度最大处可能是( )
A．a点 B．b点 C．c点 D．d点
解析：a点处分子间的作用力为零，乙分子的加速度为零。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。正确选项为D。
答案：D
【例5－2】 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( )
A．乙分子从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做加速度一直减小的加速运动，到达C时速度最大
C．乙分子由A到B的过程中，两分子间的分子势能一直减小
D．乙分子由B到D的过程中，两分子间的分子势能一直增大
解析：乙分子从A到C，一直受引力作用，速度方向与引力方向一致，做加速度先增大后减小的加速运动，分子力做正功，分子势能一直减小；从C到D分子力为斥力，方向与运动方向相反，乙分子做减速运动，由于分子力做负功，分子势能增加，故正确选项为C。
答案：C
r＝r0
F合＝0
r＜r0
F合表现为斥力
r＞r0
F合表现为引力
l＝l0，F弹＝0
l＜l0，F弹向外
l＞l0，F弹向里
1．分子间作用力及其变化
(1)分子力：由于分子间同时存在引力和斥力，两种力的合力就叫做分子力。
(2)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距离有关。
①当分子之间距离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，随着分子之间距离的减小引力和斥力同时增大，但斥力增大得更快一些，故斥力大于引力，此时分子之间的作用力表现为斥力(此时引力仍然存在)。
③当分子之间距离r＞r0时，随着分子之间距离的增大引力和斥力同时减小，但斥力减小得更快一些，故引力大于斥力，此时分子之间的作用力表现为引力(此时斥力仍然存在)。
④用图象法解析分子力
分子间相互作用力同时存在着引力和斥力，有时表现为引力，有时表现为斥力，怎样把分子力的规律清晰地理出个头绪来呢？借助分子力随分子间距离的变化而变化的Fr图象，可以比较直观地反映出它们间的联系。如图所示，分子斥力或分子引力都随分子间距离的增大而减小，但分子斥力的变化率较大，分子引力的变化率较小。因此，当距离r＜r0时，分子力表现为斥力；当距离 r＞r0时，分子力表现为引力；当距离r＝r0时，分子力为零。
释疑点 分子之间的引力和斥力 总是同时存在的，且当分子之间距离变化时，引力和斥力同时发生变化，只是斥力变化得更快一些。
【例1】 当钢丝被拉伸时，下列说法正确的是( )
A．分子间只有引力作用
B．分子间的引力和斥力都减小
C．分子间的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B、C正确，A、D错误。
答案：BC
点技巧 分子力图象的应用 处理此类问题的关键是熟记分子力与分子间距离的关系曲线。分子力属定性内容，易记易忘，所以在理解时需要结合分子间的斥力与引力随分子间距离变化的图象。另外对分子间距离的几个临界数量级要熟悉。
2．分子动理论
(1)分子动理论主要内容：物体是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运动，分子之间存在着引力和斥力。
(2)意义：分子动理论是热现象微观理论的基础。分子动理论是建立在大量实验事实基础上的，是解释、分析热现象的基本理论。
【例2－1】 物体能够被压缩但不能无限制地被压缩，说明了( )
A．分子间有间隙 B．分子间既有引力又有斥力
C．分子之间有斥力 D．分子在做无规则运动
解析：物体能够被压缩说明分子之间有间隙，不能无限制地被压缩说明分子之间存在斥力。所以本题选AC。
答案：AC
【例2－2】 下列说法中正确的是( )
A．用手捏面包，面包的体积缩小了，证明分子间有间隙
B．煤堆在墙角时间长了，墙内部也变黑了，证明分子在永不停息地运动
C．打开香水瓶后，很远的地方能闻到香味，说明分子在不停地运动
D．封闭在容器中的液体很难被压缩，证明分子间有斥力
解析：用手捏面包，面包易被压缩，是因为面包内有空腔，并非分子间距所致。“空腔”是个宏观的“体积”，分子间距是微观量，无法直接测量，A错；两个物体相互接触时，由于扩散现象，会使分子彼此进入对方物体中，B对；分子在永不停息地做无规则运动，C对；液体很难被压缩，说明分子间有斥力，D正确。
答案：BCD
析规律 分子动理论 它揭示了微观量分子运动特征及分子间的相互作用，考虑问题时注意微观粒子的属性与它们所产生的宏观效果。
3．类比法学习分子间作用力
(1)当r＝r0时，分子力表现为零，可将其对比成两个小球中间连一轻弹簧且弹簧处于原长的情况。此时两小球间相互作用力为零。
(2)当r＜r0时，分子力表现为斥力，可将其对比成两小球间连一轻弹簧且处于压缩状态的情形，此时两小球均受到背离两小球的弹力作用，表现为“排斥”。
(3)当r＞r0时，分子力表现为引力，同样将其对比成轻弹簧处于伸长状态的情形。此时两小球均受到指向彼此的弹簧的拉力作用，表现为“吸引”。三种情形如下表所示：
eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(\(\s\up7(),\s\d5(析规律)))) 关于分子力问题
(1)分子力是分子引力和分子斥力的合力。
(2)分子引力和分子斥力随分子间距的变化规律。
(3)分子的平衡距离。
(4)分子力是短程力。
【例3－1】 在使两个分子间的距离由很远(r＞10－9 m)变得很难再靠近的过程中，分子间的作用力的大小将( )
A．先减小后增大 B．先增大后减小
C．先增大后减小再增大 D．先减小后增大再减小
解析：如图可知随分子间距离的减小，分子间的作用力是先增大后减小再增大的，故选项C正确。
答案：C
【例3－2】 关于分子间作用力，下列说法中正确的是( )
A．当分子间的距离为r0时，它们之间既没有引力，也没有斥力
B．分子间引力和斥力都随它们之间的距离的增大而减小
C．分子间的距离大于r0时，分子间只有引力
D．分子间的平衡距离r0，可以看做分子直径的大小，其数量级为10－10 m
解析：分子间同时存在着相互作用的引力和斥力，当两个分子间距离为r0时，每个分子受另一个分子的引力和斥力的大小相等、方向相反，合力为零，而不是既无引力也无斥力。
从Fr图象中分子力随分子间距离变化的规律可以看出，无论是分子引力还是分子斥力，都是随距离r的增大而减小，当分子间距离r＞r0时，分子引力和斥力都随距离r的增大而减小，但斥力减小得更快些，所以分子力的合力表现为引力，而不是只有引力。
答案：BD
点评：分析分子间的作用力，应熟练掌握分子间的作用力F随分子间距离r变化的Fr图象，理解图象中各条曲线及特殊位置(例如r0位置)。
4．利用分子力解释物理现象
对分子之间的作用力可以从宏观和微观两个方面理解
(1)从宏观上：以固体物质为例，物体在被拉伸时需要一定的外力，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一定的外力，这表明组成物质的分子之间还存在着相互作用的斥力，因此要使物体被压缩，一定需要有外力来克服分子之间的斥力。
(2)从微观上：分子间虽然有间隙，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。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。
对于日常生活中的一些常见现象要能灵活应用分子动理论对其物理本质作出合理的解释。
5．利用图解法分析与分子力相关问题
在分析分子间的作用力时，可设分子甲在O点，分子乙在r轴上移，这样，物理情景和物理过程相对清楚一些，如图所示。
分析解答相关问题的基本方法：
(1)解答与分子力相关的试题时，首先应认真审题，确定题目要求分析判断的是分子间的相互作用力即合力还是分子间相互作用的引力和斥力，否则很容易出错。
(2)根据图象和分子力、分子间的引力和分子间的斥力随分子间距离的变化规律进行判断。
(3)若讨论的是分子间的引力和斥力问题，应记住它们都是随分子间距离的增大而减小，斥力减小得更快些。
(4)若讨论的是分子间的相互作用力即合力时，由图象可知，当分子间的距离由0→r0增大时，分子间的相互作用力减小；当分子间的距离由r0→∞增大时，分子间的相互作用力是先增大后减小。
【例4－1】 关于分子力，下列说法正确的是( )
A．碎玻璃不能拼合在一起，说明分子间存在斥力
B．将两块铅压紧以后能连成一块，说明分子间存在引力
C．水和酒精混合后的体积小于原来的体积之和，说明分子间存在引力
D．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
解析：物体能否拼合在一起，取决于它们分子之间能否接近到分子力发生作用的范围。碎玻璃不能拼合，是由于碎片间分子距离太大；两铅块压紧后能连成一块，是由于铅块分子间的间隙已达到分子力发生作用的距离，所以A项错误，B项正确；水和酒精混合后体积小于原来的体积之和，说明分子间有间隙，故C项错误，固体难被拉伸，说明分子间存在引力；难压缩，说明分子间存在斥力，故D项正确。
答案：BD
【例4－2】 下列说法哪些是正确的( )
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：根据分子动理论的基本知识可知A、D正确；气体容易充满容器是分子热运动的结果；抽成真空的马德堡半球很难分开是大气压强的作用效果，故B、C均错。
答案：AD
【例5－1】 如图所示，甲分子固定于坐标原点O，乙分子从无穷远处静止释放，在分子力的作用下靠近甲。图中b点是引力最大处，d点是分子靠得最近处，则乙分子加速度最大处可能是( )
A．a点 B．b点 C．c点 D．d点
解析：a点处分子间的作用力为零，乙分子的加速度为零。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。正确选项为D。
答案：D
【例5－2】 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( )
A．乙分子从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做加速度一直减小的加速运动，到达C时速度最大
C．乙分子由A到B的过程中，两分子间的分子势能一直减小
D．乙分子由B到D的过程中，两分子间的分子势能一直增大
解析：乙分子从A到C，一直受引力作用，速度方向与引力方向一致，做加速度先增大后减小的加速运动，分子力做正功，分子势能一直减小；从C到D分子力为斥力，方向与运动方向相反，乙分子做减速运动，由于分子力做负功，分子势能增加，故正确选项为C。
答案：C
r＝r0
F合＝0
r＜r0
F合表现为斥力
r＞r0
F合表现为引力
l＝l0，F弹＝0
l＜l0，F弹向外
l＞l0，F弹向里
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