4.分子间的相互作用力-【金版新学案】2024-2025学年高中物理选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（教科版2019）

4.分子间的相互作用力 【素养目标】　1.知道分子力的概念和分子间作用力与距离的关系。2.理解分子势能的概念，知道分子势能与分子间距离的关系。3.知道内能的概念及影响内能的因素。4.了解分子动理论。 知识点一　分子间的作用力 [情境导学]　取两段直径为2 cm左右的铅柱，把它们的断面切平磨光，然后用力把两个光滑的面对齐压紧，这两段铅柱就“粘”在一起了，而且下端可以吊起1 kg甚至更重的物体，如图所示。为什么把铅柱断面切平磨光并且用力对齐压紧，两段铅柱就能“粘”在一起？ 提示：物质的分子间存在引力，而且该引力发生作用的距离很小。 (阅读教材P15－P16完成下列填空) 1．分子间存在相互作用力 大量分子能聚集在一起形成固体或液体，说明分子间存在引力；分子间有间隙却很难被压缩，说明分子间存在斥力。 2．分子间作用力与距离的关系 如图所示，表示了分子间作用力随分子间距离r的变化情况(r0的数量级为10－10 m)。 由图可知： (1)当r<r0时，分子间作用力F>0，即表现为斥力，并且距离r越小，力F越大。 (2)当r>r0时，分子间作用力F<0，即表现为引力。当距离r从r0处开始增大时，开始的一段，引力F增大；到某一距离处(图中的r′处)，引力F增至最大；再往后，随着距离r的进一步增大，引力F将逐渐减小；当距离r增大到10r0左右时，引力F已经很微弱，一般可以忽略不计了。 [问题探究]　如图所示为分子间的相互作用力随距离的变化图像，结合图像分析以下问题。 (1)图线A、B、C分别代表的是什么力？ (2)分子间的引力和斥力随分子间距离的变化是如何变化的？ (3)分子间的相互作用力(合力)与距离间存在什么关系？ 提示：(1)图线A代表分子间的斥力。图线B代表分子间的引力。图线C代表分子间相互作用力的合力。 (2)分子间的引力和斥力均随分子间距离的增大而减小，斥力减小得更快。 (3)当分子间距r＝r0时，引力等于斥力，分子间作用力为零。 当r>r0时，引力大于斥力，分子间的作用力表现为引力，随距离的增大先增大后减小。 当r<r0时，引力小于斥力，分子间的作用力表现为斥力，随距离的减小而增大。 (多选)(2023·河北邯郸高二月考)甲分子固定在坐标原点O处，乙分子位于r轴上，甲、乙两分子间作用力与距离的 学生用书↓第15页 图像如图所示，现把乙分子从r3处由静止释放，下列说法正确的是(　　) A．乙分子从r3到r1一直加速 B．乙分子从r3到r1先加速后减速 C．乙分子从r3到r1的过程中，乙分子的加速度大小先减小后增大 D．乙分子从r3到甲、乙两分子间距离最小的过程中，两分子间的作用力先增大后减小再增大 [解题导引]　(1)乙分子在r3到r1的整个过程中始终受到引力作用且先变大后减小为零。 (2)乙分子在从r1到甲、乙两分子间距离最小的过程中始终受到斥力作用且逐渐增大。 答案：AD 解析：乙分子在r3处释放后，受到甲分子的分子力表现为引力，且在r3到r1的整个过程中始终为引力，先变大后减小为零，所以在此过程中，甲分子的速度一直增大，加速度先增大后减小到零，故A正确，B、C错误；乙分子从r3到甲、乙两分子间距离最小的过程中，两分子间的作用力先增大后减小再增大，D正确。 1．分子间作用力：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间作用力是分子间的引力和斥力的合力。 2．分子间作用力与分子间距离变化的关系 (1)平衡位置：分子间距离r＝r0时，引力与斥力大小相等，分子间作用力为零。平衡位置即分子间距离等于r0(数量级为10－10 m)的位置。 (2)分子间的引力和斥力随分子间距离r的变化关系：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。 3．分子间作用力的宏观表现 (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。固体有一定形状，液体有一定的体积，而固体、液体分子间有间隙，没有紧紧地吸在一起，说明分子间还同时存在着斥力。 针对练1.(多选)关于分子间相互作用力，下列说法正确的是(　　) A．当分子间的距离r＝r0时，分子间的作用力可以忽略不计 B．当分子间的距离r＝r0时，分子间作用力为零，说明此时分子间既不存在引力，也不存在斥力 C．当分子间的距离r<r0时，随着距离的减小，分子间的引力和斥力都增大，但斥力比引力增大得快，故分子力表现为斥力 D．当分子间的距离r>r0时，随着距离的增大，分子间的引力和斥力都增大，但引力比斥力增大得快，故分子力表现为引力 答案：AC 解析：当分子间的距离r＝r0时，分子间作用力为零，此时分子间引力与斥力大小相等，合力为零，分子间的作用力可以忽略不计，但并不是分子间无引力和斥力，故A正确，B错误；当分子间的距离r<r0时，随着距离的减小，分子间的引力和斥力都增大，但斥力比引力增大得快，故分子间作用力表现为斥力，故C正确；当分子间的距离r>r0时，随着距离的增大，分子间的引力和斥力都减小，但斥力比引力减小得快，故分子间作用力表现为引力，故D错误。故选AC。 针对练2.(多选)(2023·北京高二期中)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，这就是分子间存在引力的宏观表现 D．用力拉铁棒的两端，铁棒没有断，这就是分子间存在引力的宏观表现 答案：AD 解析：当水被压缩时，水分子间的距离要减小，此时分子间作用力表现为斥力，故水的体积很难被压缩，故A正确；气体能充满整个容器，是因为气体分子间距离较大，分子间的作用力很小，故分子可以自由移动，不能说明分子间存在斥力，故B错误；马德堡半球实验是因为两球间为真空，而外界受大气压强的作用，要想把半球拉开应克服大气压强产生的压力，不是分子间引力的表现，故C错误；用力拉铁棒时分子间距离增大，分子间存在引力，故D正确。 学生用书↓第16页 知识点二　内能　分子动理论 [情境导学]　地球和月亮间相互吸引具有势能。相互作用的分子之间是不是也具有势能呢？ 提示：是。 (阅读教材P16－P17完成下列填空) 1．内能 (1)分子势能：分子系统具有的势能。 (2)内能 ①定义：物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和，称为物体的热力学能，也称物体的内能。 ②内能的普遍性：组成任何物体的分子都在做无规则的热运动，所以任何物体都具有内能。 ③决定因素：与物体所处的状态(如温度、体积等)有关。 (3)内能与机械能的区别 内能是大量分子热运动的动能和分子势能的总和，源自分子的微观运动，用温度、体积等宏观物理量来表征。机械能是物体做宏观运动的动能与势能的总和，与温度无关。 2．分子动理论 (1)内容 ①物体是由大量分子组成的； ②分子永不停息地做无规则运动； ③分子间存在着引力、斥力。 (2)分子动理论是热力学的基础，可解释很多热现象和物质的性质。 [问题探究]　分子力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图所示(取无穷远处分子势能Ep＝0)。 (1)当r>r0时，分子间作用力表现为什么力？若r增大，分子力做什么功？分子势能怎么变化？ (2)当r<r0时，分子间作用力表现为什么力？若r减小，分子力做什么功？分子势能怎么变化？ (3)当r＝r0时，分子势能有什么特点？ 提示：(1)分子间作用力表现为引力。若r增大，分子力做负功，分子势能增加。 (2)分子间作用力表现为斥力。若r减小，分子力做负功，分子势能增加。 (3)分子势能最小。 角度1　对分子势能的理解 如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子从位置x3处由静止释放后仅在分子间相互作用力下沿x轴运动，两分子间的分子势能Ep与两分子间距离x的变化关系如图中曲线所示。已知图中分子势能最小值为－E0，下列说法正确的是(　　) A．乙分子在位置x2时，加速度为0 B．乙分子在位置x1时，其动能最大 C．乙分子在位置x2时，动能等于E0 D．甲、乙分子的最小距离等于x1 [解题导引]　(1)分析分子的加速度和动能均要从分子力入手。 (2)抓关键点，势能随距离变化的转折点即势能最小处，分子力为零。 答案：A 解析：乙分子在x2时，分子势能最小，分子间距离为平衡距离，分子力为零，故加速度为零，此时速度最大，动能最大，由于从x3处(分子势能不为零)静止释放后仅在分子间相互作用力下沿x轴运动，故分子势能和动能之和不变，为负值，因在x2处分子势能为－E0，则此时(x2处)的动能小于E0，故A正确，B、C错误；由于分子势能和动能之和不变，为负值，当乙分子运动到x2左侧某位置分子势能与x3处相等时，其分子动能为零，此时两分子间的距离最小，而后向分子间距变大的方向运动，因此甲、乙分子的最小距离一定大于x1，故D错误。 学生用书↓第17页 针对练．(多选)关于分子势能，下列说法正确的是(　　) A．分子间作用力表现为斥力时，分子间距离越小，分子势能越大 B．分子间作用力表现为引力时，分子间距离越小，分子势能越大 C．分子势能随物体的体积变化而变化 D．物体热胀冷缩时，分子的平均动能改变，分子势能不变 答案：AC 解析：当分子间作用力表现为斥力时，分子间距离减小，斥力做负功，分子势能增大，故分子间距离越小，分子势能越大，选项A正确；当分子间作用力表现为引力时，分子间距离减小，引力做正功，分子势能减小，因此分子间距离越小，分子势能越小，选项B错误；当物体的体积发生变化时，分子间距离便发生变化，则分子势能随之发生变化，分子势能是随物体的体积变化而变化的，选项C正确；物体热胀冷缩时，其温度发生变化，分子的平均动能改变，同时物体的体积发生变化，则分子势能也会变化，选项D错误。 角度2　对内能的理解 关于物体的内能，下列叙述正确的是(　　) A．温度高的物体比温度低的物体内能大 B．物体的体积增大时，内能也增大 C．内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同 D．内能不相同的物体，它们的分子平均动能可能相同 答案：D 解析：温度高的物体比温度低的物体分子的平均动能大，但分子数不一定多，分子势能不一定大，即物体的内能不一定大，故A错误；物体的体积增大时，分子势能改变，但不知道分子动能如何变化，故内能不一定增大，故B错误；内能相同的物体，说明分子势能和分子动能之和相等，它们的分子平均动能不一定相同，故C错误；内能不相同的物体，它们的温度可能相同，即它们的分子平均动能可能相同，故D正确。 针对练．(多选)关于物体的内能，下列说法正确的是(　　) A．相同质量的两种不同物质，升高相同的温度，内能的增量一定相同 B．物体的内能改变时温度不－定改变 C．内能与物体的温度有关，所以0 ℃的物体内能为零 D．分子数和温度相同的物体不一定具有相同的内能 答案：BD 解析：相同质量的两种不同物质的物质的量可能不同，进而可知分子数可能不同，故升高相同的温度时(分子平均动能的变化量相同)，其分子总动能的变化量不一定相同，且不知道分子势能如何变化，故其内能的增量可能不相同，选项A错误；物体内能改变时，可能是分子势能改变，因此温度不一定改变，选项B正确；分子永不停息地做无规则运动，故物体的内能不可能为零，选项C错误；物体的内能与分子数、温度和体积等有关，分子数和温度相同，体积不同的物体，内能可能不同，选项D正确。 角度3　对分子动理论的理解 (多选)分子动理论较好地解释了物质的宏观热学性质，据此可判断下列说法中正确的是(　　) A．显微镜下观察到墨水中的小碳粒在不停地做无规则运动，这间接地反映了液体分子运动的无规则性 B．分子间的相互作用力随分子间距离的增大，一定先减小后增大 C．分子间引力随着分子间距离的增大，可能先减小后增大 D．在真空、高温条件下，可以利用固体原子扩散向半导体材料中掺入其他元素 答案：AD 解析：小碳粒做布朗运动反映了液体分子的无规则运动，故A正确；分子间的相互作用力在分子间距离r<r0的范围内，随分子间距离的增大而减小，而在分子间距离r>r0的范围内，随分子间距离的增大先增大后减小，故B错误；分子间的引力一定随着分子间距离的增大而减小，故C错误；真空环境是为了防止其他杂质的介入，而高温条件下分子热运动加剧，有利于所掺入元素分子的扩散，故D正确。 1．分子势能与分子间距离的关系 图像 r<r0 分子力表现为斥力，随着r的减小，分子势能增大 r＝r0 分子势能最小。从此位置开始，分子间距离r不论减小还是增大，分子势能都增大 r>r0 分子力表现为引力，随着r的增大，分子势能增大 r>10r0 分子势能均视为零 2.分子势能的影响因素 (1)宏观上：跟物体的体积有关。 (2)微观上：跟分子间距离r有关，分子势能与r的关系不是单调变化的。 3．内能的决定因素 (1)宏观因素：物体内能的大小由物质的量、温度和体积三个因素决定，同时也受物态变化的影响。 (2)微观因素：物体内能的大小由物体所含的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定。 4．物态变化对内能的影响 一些物质在物态发生变化时，如冰的熔化、水在沸腾时变为水蒸气，温度不变，此过程中分子的平均动能不变，由于分子间的距离变化，分子势能变化，所以物体的内能变化。 学生用书↓第18页 1．(多选)下列现象可以说明分子间存在引力的是(　　) A．打湿了的两张纸很难分开 B．磁铁吸引附近的小铁钉 C．用斧子劈柴，要用很大的力才能把柴劈开 D．用电焊把两块铁焊在一起 答案：ACD 解析：纸被打湿后，水分子填充了两张纸之间的缝隙，使水分子与两张纸的分子之间的距离达到分子引力的作用范围，而使两张纸很难分开，A正确；磁铁对小铁钉的吸引力是磁力的作用，B错误；木柴是固体，其分子间距离很近，要使木柴分开就必须用很大的力来克服大量木柴分子间的引力，这也说明分子间存在引力，C正确；电焊也是使两块铁熔化后铁分子之间的距离达到引力的作用范围，而使两块铁焊在一起，D正确。 2．(多选)如图是分子间相互作用力与分子间距离的关系，其中两虚线分别表示分子间斥力和引力与分子间距离的关系，实线表示分子间作用力(斥力和引力的合力)与分子间距离的关系，由图可知下列说法中正确的是(　　) A．当分子间距离为r0时，分子间没有相互作用 B．当分子间距离增大时，分子间斥力减小，引力增大 C．当分子间距离大于r0时，分子间的引力总是大于斥力 D．当分子间距离增大时，分子间作用力可能先减小后增大再减小 答案：CD 解析：当分子间距离为r0时，分子间相互作用的斥力和引力大小相等，对外表现为分子间作用力等于0，但分子间仍有相互作用，故A错误；当分子间距离增大时，分子间斥力和引力都减小，故B错误；当分子间距离大于r0时，分子间的引力大于分子间的斥力，对外表现为引力，故C正确；由题图可知，当分子间距离增大时，分子间作用力可能先减小后增大再减小，故D正确。 3．(选自鲁科版教材课后练习)分子势能随分子间距离变化的图像如图所示。据图分析可得(　　) A．r1处为分子平衡位置 B．r2处为分子平衡位置 C．分子间距离足够大时，分子势能最小，分子间无相互作用力 D．r<r1时，r越小，分子势能越大，分子间仅有斥力存在 答案：B 解析：当分子处于平衡位置时，分子力为零，分子势能最小，所以r2处为分子平衡位置；当r>r2，分子间表现为引力，r增大，分子势能增大；当r<r1时，分子间表现为斥力，r越小，分子势能越大，此时分子间仍有引力存在，故选项B正确。 4．关于分子动理论和物体的内能，下列说法正确的是(　　) A．某种物体的温度为0 ℃，说明该物体中分子的平均动能为零 B．物体的温度升高时，分子的平均动能一定增大，内能也一定增大 C．物体的内能变化时，它的温度一定改变 D．质量相同时，0 ℃的水比0 ℃的冰的内能大 答案：D 解析：某种物体的温度是0 ℃，分子仍然在做无规则的热运动，物体中分子的平均动能并不为零，故A错误；物体的温度升高时，分子的平均动能一定增大，但内能不一定增大，还要考虑分子势能的变化，故B错误；物体的内能变化时，可能是分子势能发生变化，它的温度不一定改变，故C错误；冰融化的过程中要吸收热量，所以相等质量的0 ℃的水比0 ℃的冰的内能大，故D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$