第1章 4 分子间的相互作用力 （课件）-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修第三册（教科版2019）

DIYIZHANG 第一章 4　分子间的相互作用力 1.知道分子间存在相互作用力，理解分子间的作用力与分子间距离的关系(重难点)。 2.知道分子势能，明确分子势能与分子间距离的关系(难点)。 3.理解内能的概念及其决定因素，了解分子动理论的内容(重点)。 学习目标 2 一、分子间的作用力 二、分子势能 课时对点练 三、内能 学习目标 内容索引 四、分子动理论 3 一 分子间的作用力 4 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？ 答案　物质的分子间存在引力，而且该引力发生作用的距离很小。 1.分子间存在相互作用力 分子间存在 的作用，使大量分子在一定条件下聚集在一起形成固体或液体；但分子间有间隙，却难以被压缩，这种情况下，分子之间的作用力表现为 。 2.分子间作用力与距离的关系 分子间作用力与距离关系的图像如图所示。 (1)当r＝r0时，分子间作用力F＝ ，这个位置称为 位置。 (2)当r＜r0时，分子间作用力F＞0，即表现为 力，并且r越小，斥力F 。 (3)当r＞r0时，分子间作用力F＜0，即表现为引力。 梳理与总结 引力 斥力 0 平衡 斥 越大 3.固体、液体分子间距离通常在r0附近，多数情况下，液体分子间的距离比固体分子间的距离略大。气体分子间的距离在 以上，所以气体分子间的作用力很小，通常可以忽略不计。 10r0 1.锯断的钢筋对接在一起，不能形成一个整体，而通过焊接却很容易将它们接上，这是为什么？ 答案　锯断的钢筋直接对接时达不到分子引力的作用范围，从而不能形成一个整体，而在焊接的过程中，分子间距可以达到分子引力的作用范围，从而利用分子引力的作用将它们接在一起。 讨论交流 2.实验表明分子间同时存在引力和斥力。如图为分子间引力、分子间斥力及分子间作用力(即分子引力与分子斥力的合力)与分子间距离的关系，由图分析，分子间作用力(分子引力和斥力的合力)随分子间距离变化的特点： ①当距离r从r＝r0开始减小时，引力、斥力都 ，但 力变化得快，分子间表现为 力；且r越小，分子力F 。 增大 斥 斥 越大 ②当距离r从r＝r0处开始增大时，引力、斥力都_____，但 力变化得快，分子间表现为 力，r从r0处开始增大，开始的一段，引力F ；到某一距离r′处，引力F增至 ；再往后，随着r的进一步增大，引力F逐渐 ；当距离r增大到____ 左右时，引力F已经很微弱，一般可以忽略不计了。 减小 斥 引 增大 最大 减小 10r0 　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r<r0时，它们之间只有斥力作用 B.当分子间的距离r＝r0时，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，分子间作用力的合力在 　逐渐减小 例1 √ 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r<r0时，F斥>F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，之后先增大再减小，故C正确，D错误。 　(多选)(2022·北京市高二期中)下列说法中正确的是 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，这是分子间存在引力的宏观表现 例2 √ √ 水的体积之所以很难被压缩，是因为分子间存在斥力，A正确； 气体总是很容易充满容器，这是分子在做无规则运动，B错误； 马德堡半球很难拉开，是因为大气压强的作用，C错误； 用力拉铁棒的两端，铁棒没有断，这是分子间存在引力的缘故，D正确。 二 分子势能 15 1.分子势能： 具有的势能叫作分子势能；分子势能的大小由分子间的 决定。 2.分子势能随分子间距离的变化 (1)当r>r0时，分子力为 ，若要增大分子间距需要克服引力做功，即分子势能 。因此在r>r0时，分子势能随分子间距离的 而增大。 (2)当r<r0时，分子力为 ，若要减小分子间距需要克 服斥力做功，即分子势能 。因此在r<r0时，分子势 能随分子间距离的 而增大。 (3)当r＝r0时，分子力为 ，分子势能 。 分子系统 相对位置 引力 增加 增大 斥力 增加 减小 零 最小 当两个分子从相距无穷远处逐渐靠近到不能再靠近的过程中，分子势能如何变化？ 答案　当两个分子从相距无穷远处逐渐靠近到不能再靠近的过程中，当r>r0时，分子间作用力为引力，分子力做正功，分子势能减小，当r<r0时，分子间作用力为斥力，分子力做负功，分子势能增大，所以分子势能先减小后增大。 讨论交流 　(多选)(2022·长春市高二期末)两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0，相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近，若两分子相距无穷远时分子势能为零，下列说法正确的是 A.在r>r0阶段，F做正功，分子动能增大，势能减小 B.在r<r0阶段，F做负功，分子动能减小，势能也减小 C.在r＝r0时，分子势能最小，动能为零 D.在r＝r0时，分子势能小于零 例3 √ √ r0为分子间的平衡位置，在r>r0阶段，分子力表现为 引力，相互靠近时F做正功，分子动能增加，势能减 小，故A正确； 在r<r0阶段，分子力表现为斥力，相互靠近时F做负功，分子动能减小，势能增加，故B错误； 由以上分析可知，在r＝r0时，分子势能最小，动能最大，故C错误； 由于两分子相距无穷远时分子势能为零，在r>r0阶段，相互靠近时F做正功，势能减小，故在r＝r0时，分子势能小于零，故D正确。 三 内能 20 1.物体中所有分子的热运动的 和 的总和，称为物体的热力学能，也称物体的内能。 2.内能的决定因素 (1)宏观上：物体的内能取决于物体所含物质的量、 、 及物态。 (2)微观上：物体的内能取决于物体所含分子的总数、分子的 和分子间的 。 动能 分子势能 温度 体积 平均动能 距离 3.内能和机械能的区别 (1)内能源自分子的微观运动，是大量 的动能和分子势能的总和，用 、 等宏观物理量来表征。 (2)机械能是物体做宏观运动具有的能量，是物体做 的动能与势能的总和，与 无关。 (3)在热现象研究中，一般不考虑物体的机械能。 分子热运动 温度 体积 宏观运动 温度 物体运动得越快，把物体举得越高，其内能就越大吗？静止在地面上的物体，内能为0吗？ 讨论交流 答案　物体运动得越快，物体动能越大，但分子的平均动能不一定大，分子的平均动能只与温度有关，与物体宏观运动的快慢无关；把物体举得越高，物体的重力势能越大，但分子势能不一定大，分子势能与物体的体积有关，即物体的内能与热运动有关，与物体宏观的机械运动无关；静止在地面上的物体，如果以地面作为零势能面，那么这个物体的机械能为0，但这个物体内的分子却始终处在永不停息的热运动中，物体的内能不为0。 　(2022·徐州市高二期中)关于质量相同的100 ℃的水和100 ℃的水蒸气，下列说法中正确的是 A.分子平均动能不相同，分子势能相同，内能相同 B.分子平均动能相同，分子势能不相同，内能相同 C.分子平均动能相同，分子势能不相同，内能不相同 D.分子平均动能不相同，分子势能相同，内能不相同 例4 √ 质量相同的100 ℃的水和100 ℃的水蒸气的分子数相同；温度是分子平均动能的标志，所以100 ℃的水分子平均动能等于100 ℃的水蒸气的分子平均动能。相同质量的水和水蒸气的体积不同，故分子势能不相同。同样温度的水变为同样温度的水蒸气要吸收热量，所以100 ℃的水的内能小于100 ℃相同质量的水蒸气的内能，故A、B、D错误，C正确。 物态变化对内能的影响 一些物质在物态发生变化时，如冰的融化、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。 总结提升 四 分子动理论 27 1.内容： (1)物体是由 分子组成的； (2)分子 地做 运动； (3)分子之间存在着 、 。 2.意义：分子动理论是热力学的基础，用分子动理论可以解释很多热现象和物质的性质。 大量 永不停息 无规则 引力 斥力 　(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炭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，可以利用分子扩散向半导体材料中掺入其他元素 例5 √ √ 小炭粒做布朗运动间接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r<r0范围内，随分子间距的增大而减小；在分子间距r0<r<10r0的范围内，随分子间距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。 五 课时对点练 考点一　分子间的作用力 1.(多选)下列现象能说明分子间存在引力的是 A.磁铁吸引附近的小铁钉 B.打湿了的两张纸很难分开 C.一根铁棒很难被拉长 D.用电焊能把两块铁焊在一起 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 基础对点练 √ √ √ 磁铁吸引附近的小铁钉是靠磁力，故A错误； 两张纸间由于水分子及纸中分子的相互引力作用，而很难分开，故B正确； 一根铁棒很难被拉长，说明分子间存在引力，故C正确； 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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2.(多选)如图所示，是分子间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F(斥力和引力的合力)与分子间距离r的关系，由图可知下列说法中正确的是 A.分子间距离为r0时，分子间没有相互作用力 B.分子间距离增大时，分子间斥力减小，引力增大 C.分子间距离大于r0时，分子间的引力总是大于斥力 D.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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 分子间距离为r0时，分子间的斥力和引力相等，对外表 现为分子间作用力等于零，但分子间仍有相互作用力， 故A错误； 分子间距离增大时，分子间斥力和引力都减小，故B错误； 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； 分子间距离小于r0时，分子间作用力表现为斥力，随着分子间距离增大，分子间作用力逐渐减小；分子间距离大于r0时，分子间作用力表现为引力，随着分子间距离增大，分子间作用力先增大后减小，故D正确。 3.(多选)如图所示，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像如图。现把乙分子从r3处由静止释放，则 A.乙分子从r3到r1，所受甲分子的分子力一直向左 B.乙分子从r3到r2过程中表现为引力，从r2到r1过程中表 现为斥力 C.乙分子从r3到r1过程中，两分子间作用力先增大后减小 D.乙分子从r3到距离甲最近的位置过程中，两分子间作用力先减小后增大 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 由题图知，乙分子从r3到r1，甲、乙两分子间作用力表现为引力，所以乙分子受的合力一直向左，故A正确，B错误； 由题图知，乙分子从r3到r1过程中，两分子间作用力先增大后减小，故C正确； 乙分子从r3到r1过程中，两分子间作用力先增大后减小，从r1继续向左运动，甲、乙两分子间作用力表现为斥力，一直增大，故D错误。 考点二　分子势能 4.分子甲和乙相距较远(此时分子间作用力可以忽略)，设甲分子固定不动，乙分子逐渐向甲靠近直到不能再靠近，在这个过程中，下列说法正确的是 A.分子间作用力总对乙做正功，分子势能不断减小 B.乙总是克服分子间作用力做功，分子势能不断增大 C.乙先是克服分子间作用力做功，然后分子间作用力对乙做正功，分子 势能先增大后减小 D.先是分子间作用力做正功，然后乙克服分子间作用力做功，分子势能 先减小后增大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 甲和乙相距较远时，分子间作用力为零，分子势能为零，甲分子固定不动，乙向甲靠近直到r＝r0的过程中，由于r＞r0，分子间作用力为引力，分子间作用力做正功，分子势能越来越小，且为负值，r＝r0时分子势能最小，乙分子从r＝r0到不能再靠近甲的过程中，由于r＜r0，分子间作用力为斥力，分子间作用力做负功，分子势能增加，所以先是分子间作用力对乙做正功，然后乙克服分子间作用力做功，分子势能先减小后增大，选项D正确。 5.(2022·北京市昌平区高二期末)分子势能Ep随分子间距离r变化的图像如图所示，取r趋于无穷大时Ep为零，若甲分子固定在坐标原点O处，乙分子从r3处由静止释放运动到r1的过程中，下列说法正确的是 A.当r＝r1时，分子引力与分子斥力大小相等 B.当r＝r2时，分子引力大于分子斥力 C.从r3到r2分子力对乙做正功，分子势能减小 D.从r2到r1分子力对乙做负功，分子势能减小 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 √ r2为平衡位置，分子引力等于斥力，B错误； 当r＝r1时，分子力表现为斥力，分子斥力大 于分子引力，A错误； 从r3到r2，分子力为引力，分子力对乙做正功，分子势能减小，C正确； 从r2到r1，分子力为斥力，分子力对乙做负功，分子势能增大，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 6.(2022·潮州市高二期中)分子力F随分子间距离r的变化如图所示。将两分子从相距r＝r2处释放，仅考虑这两个分子间的作用，下列说法正确的是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A.从r＝r2到r＝r0分子间引力、斥力都在减小 B.从r＝r2到r＝r1分子力的大小先减小后增大 C.从r＝r2到r＝r0分子势能先减小后增大 D.从r＝r2到r＝r1分子动能先增大后减小 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 从r＝r2到r＝r0分子间引力、斥力都增大，但斥力增 加得更快，故A错误； 由题图可知，在r＝r0时分子力为零，故从r＝r2到r＝ r1分子力的大小先增大后减小再增大，故B错误； 分子势能在r＝r0时最小，故从r＝r2到r＝r0分子势能一直减小，故C错误； 从r＝r2到r＝r1分子势能先减小后增大，故分子动能先增大后减小，故D正确。 考点三　内能　分子动理论 7.(2022·上海师大附中期末)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.物体的内能不可能为零 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一定不相同 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 温度高低只反映分子平均动能的大小，由于物体的内能跟物体的物质的量、体积、温度和物态有关，所以温度高的物体不一定比温度低的物体内能大，A错误； 内能是物体内所有分子无规则热运动的动能和分子势能的总和，分子在永不停息地做无规则运动，所以内能永不为零，B正确； 内能相同的物体，它们的温度可能不相同，所以它们的分子平均动能可能不相同，C错误； 内能不同的两个物体，它们的温度可能相同，即它们的分子平均动能可能相同，D错误。 8.(2022·齐齐哈尔市高二期中)关于物体的内能和分子势能，下列说法中正确的是 A.物体的速度增大，则分子的动能增加，内能也一定增加 B.物体温度不变，内能可能变大 C.物体的内能与温度有关，与物体的体积无关 D.把物体举得越高，分子势能越大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 物体的速度增大，是物体的动能增大，增加的是物体的机械能，分子动能的变化只与物体的温度有关，故A错误； 物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和叫作物体的内能，分子热运动的平均动能由温度决定，分子势能与物体的体积有关，当发生物态变化时，物体的温度不变，只是分子的平均动能不变，但分子势能可能变大，物体的内能可能增大，故B正确； 物体的内能由物体的物质的量、温度、物体的体积共同决定，同时会受物态变化的影响，故C错误； 分子势能与物体的体积有关，把物体举得越高，增加的是物体的重力势能，故D错误。 9.(2022·珠海市高二月考)关于分子动理论，下列说法正确的是 A.0 ℃的物体中的分子不做无规则运动 B.当分子间的距离减小时，分子间的引力和斥力都增大 C.产生布朗运动的原因是悬浮在液体或者气体中的微粒永不停息地做无 规则运动 D.磁铁可以吸引铁屑，这一事实说明分子间存在引力 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 组成物质的分子做永不停息的无规则运动，故A错误； 当分子间的距离减小时，分子间的引力和斥力都增大，故B正确； 布朗运动是固体小颗粒受到不同方向的液体分子无规则运动产生的撞击作用的不平衡性引起的，间接证明了液体分子永不停息地做无规则运动，故C错误； 磁铁可以吸引铁屑，并非分子力的作用，故D错误。 10.(多选)18 g的水，18 g的水蒸气，32 g的氧气，在它们的温度都是100 ℃时 A.它们的分子数目相同，分子的平均动能不相同，氧气的分子平均动能大 B.它们的分子数目相同，分子的平均动能相同 C.它们的分子数目相同，它们的内能不相同，水蒸气的内能比水大 D.它们的分子数目不相同，分子的平均动能相同 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 √ 能力综合练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 水和水蒸气的相对分子质量相同，摩尔质量相同，故分子数相同，为N1＝N2＝ ×6.02×1023个＝6.02×1023个，32 g的氧气分子数为N3 ＝ ×6.02×1023个＝6.02×1023个，故N1＝N2＝N3；温度是分子热运动平均动能的标志，故分子热运动的平均动能相同，但水蒸气的分子势能更大，内能包括分子势能和分子热运动动能，故内能不相同，水蒸气的内能比水大，B、C正确，A、D错误。 11.(多选)(2022·聊城市高二期中)如图所示，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，若规定无限远处分子势能为零，则下列说法正确的是 A.乙分子在c处势能最小，且势能为负值 B.乙分子在c处加速度为零，速度最大 C.乙分子在d处势能一定为正值 D.乙分子在d处势能一定小于在a处势能 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 由于乙分子由静止开始，在ac间一直受到甲分子的 引力而做加速运动，引力做正功，分子势能一直在 减小，到达c点时所受分子作用力为零，加速度为 零，速度最大，动能最大，分子势能最小，为负值，故A、B正确； 由于惯性，到达c点后乙分子继续向甲分子靠近，由于分子力为斥力，故乙分子做减速运动，斥力做负功，势能增加，但在d处势能不一定为正值，故C错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 在分子力表现为斥力的cd段上，随分子间距的减小，乙分子克服斥力做功，分子力、分子势能随间距的减小一直增加，但乙分子在d处势能不一定小于在a处势能，故D错误。 12.(多选)(2022·重庆市渝中高二月考)如图所示，假设甲分子(未画出)固定在原点O处静止不动，乙分子(未画出)位于Ox轴不同位置处，两条曲线分别表示分子间引力和斥力的大小随两分子间距离x的变化关系，E为两曲线的交点。取无穷远处的分子势能为零。下列判断正确的是 A.x＝x0时，分子间作用力为零 B.x<x0时，分子力表现为引力 C.x从x0开始逐渐增大，分子力先逐渐增大后逐渐减小 D.x从x0开始逐渐增大，分子势能也逐渐增大 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 由题图可知，x＝x0时，分子间引力和斥力的大小相 等，则分子间作用力为零，故A正确； 因为分子间引力和斥力都随距离的减小而增大且斥 力增大得更快，故x<x0时，分子力表现为斥力，故B 错误； x从x0开始逐渐增大，分子力先逐渐增大后逐渐减小，故C正确； 图线CD表示斥力，故x从x0开始逐渐增大，分子力表现为引力，故分子力做负功，分子势能增大，故D正确。 13.(2022·盐城市高二期中)用电脑软件模拟两个相同分子在仅受相互间分子力作用下的运动。将两个质量均为m的A、B分子从x轴上的－x0和x0处由静止释放，如图甲所示。其中B分子的速度v随位置x的变化关系如图乙所示。取无限远处势能为零，下列说法正确的是 A.A、B间距离为x1时分子力为零 B.A、B间距离为2(x1－x0)时分子力 为零 C.刚释放时A、B系统的分子势能为 mv22 D.A、B间分子势能最小值为mv22－mv12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 尖子生选练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 由题图乙可知，B分子在x0～x1过程中做加速运动，说明开始时两分子间作用力为斥力，在x1处速度最大，加速度为0，即两分子间的作用力为0，根据运动的对称性可知，此时A、B分子间的距离为2x1，故A、B错误； 由题图乙可知，两分子运动到无穷远处的速度为v2，在无穷远处的总动能为2× mv22＝mv22，由题意可知，无穷远处的分子势能为0，则能量守恒可知，刚释放时A、B系统的分子势能为mv22，故C错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 由能量守恒可知，当两分子速度最大即动能最大时，分子势能最小，则最小分子势能为Epmin＝mv22－2× mv12＝mv22－mv12，故D正确。 $$