1.4 分子间的相互作用力（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（教科版2019）

第4节　分子间的相互作用力 物理观念 科学思维 科学探究 1.知道分子间存在着相互作用的引力和斥力。 2．知道分子动理论的内容。 1.掌握分子力随分子间距离的变化规律。 2．掌握分子间的作用力与分子间距离的关系图像。 3．学会用类比法分析分子力与分子势能。 　　通过实验，探究分子间存在着作用力。 [对应学生用书P14] 一、分子力 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，说明分子间存在着引力；分子间有间隙却很难被压缩，说明分子间存在着斥力。 2．分子间作用力与距离的关系 如图所示，表示了分子间斥力和引力随分子间距离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。 (3)固体、液体分子间的距离通常在r0附近；气体分子间的距离更大，一般达到10r0以上，所以气体分子间的作用力很小，通常可以忽略不计。 二、内能 1．分子势能：分子系统具有的势能叫作分子势能。 2．内能 (1)定义：物体中所有分子的热运动的动能和分子势能的总和。 (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。 三、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．作用：是热力学的基础，可解释很多热现象和物质的性质。 请判断下列说法的正误(对的画“√”，错的画“×”)。 (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)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。(　　×　　) (3)冰冻的衣服也会变干，说明固体分子也不停地运动。(　　√　　) (4)当温度升高时，所有分子都运动的更剧烈了。(　　×　　) 备课札记 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [对应学生用书P15] 探究点一___分子间作用力与距离的关系 [问题设计] (1)从物理角度看破镜为什么不能重圆？ (2)为什么人们可以把两个物体焊接(粘接)在一起？ 提示：(1)镜子破了后，断裂处总是凸凹不平的，无论怎么挤压断裂处，两部分绝大多数分子之间的距离都远大于相互作用的分子力距离的范围，所以从物理角度说，破镜不能重圆。 (2)两部分物体焊接在一起，是通过熔化的焊条把两部分物体结合处填满，使结合处绝大多数的分子之间的距离在相互作用的范围之内，所以可以把两个物体焊接(粘接)在一起。 1．分子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。 分子力F随分子间距离r的变化关系图像 分子间距离 分子力 r＝r0 零 r<r0 表现为斥力，且随分子间距离的增大而减小 r>r0 表现为引力，且随分子间距离的增大，先增大后减小 2.分子力的宏观表现 (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。固体有一定的形状，液体有一定的体积，但固体、液体分子间有间隙，分子没有紧紧地吸在一起，说明分子间还同时存在着斥力。 【例1】 (2023·北京昌平高二统考期末)分子间的作用力F与分子间距离r的关系如图所示，r0为分子间的平衡位置。下列说法正确的是(　　) A．当r＝r0时，分子间的作用力最小 B．当r＝r1时，分子间的作用力表现为斥力 C．分子间的作用力总是随分子间距离增大而减小 D．分子间的作用力总是随分子间距离增大而增大 A　解析：当r＝r0时，分子间的作用力为零，最小，A正确；当r＝r1时，分子间的作用力表现为引力，B错误；当r <r0时，分子间的作用力随分子间距离增大而减小；当r >r0时，分子间的作用力随分子间距离增大先增大后减小，故C、D错误。 [练1] (2023·北京高三专题练习)关于分子间相互作用力的以下说法中正确的是(　　) A．当分子间的距离r＝r0时，分子力为零，说明此时分子间既不存在引力，也不存在斥力 B．分子力随分子间距离的变化而变化，当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 C．当分子间的距离r＝10－9 m时，分子间的作用力可以忽略不计 D．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减小，但斥力比引力减小得快，故分子力表现为引力 C　解析：分子间既存在引力也存在斥力，分子间距离为r0时分子的斥力等于引力，它们的合力，即分子力为零，但并不是分子间无引力和斥力，A错误；当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，故分子力表现为引力，B错误；当分子间的距离r＝10－9 m时，分子间的作用力可以忽略不计，C正确；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错误。 探究点二___分子势能与距离的关系 [问题设计] 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？ 提示：(1)当r>r0时，分子力做正功，分子势能减小； (2)当r<r0时，分子力做负功，分子势能增大； (3)当r＝r0时，分子势能最小。 1．分子势能与分子力、分子间的距离的关系图像(如图所示) 注：一般选取两分子间距离无穷远时，分子势能为零。 2．分子力、分子势能与分子间距离的关系 分子间距离 r＝r0 r＞r0，r增大 r＜r0，r减小 分子力 等于零 表现为引力 表现为斥力 分子力做功 — 分子力做负功 分子力做负功 分子势能 最小 随分子间距离的增大而增大 随分子间距离的减小而增大 3.分子势能的特点 特别提醒： ①若取r0处为零势能点，则分子势能都大于0。 ②分子势能为0和分子势能最小的含义不同。 (1)由分子间的相对位置决定，随分子间距离的变化而变化。 (2)分子势能是标量，正、负表示的是大小，具体的值与零势能点的选取有关。 4．分子势能的影响因素 (1)宏观上：分子势能跟物体的体积有关。 (2)微观上：分子势能跟分子间距离r有关，分子势能与r的关系不是单调变化的。 【例2】 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(　　) 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分子势能先减小后增大 D　解析：从r＝r2到r＝r0，分子间距离减小，分子间引力、斥力都在增大，A错误；由图可知：从r＝r2到r＝r1分子力的大小先增大后减小再反向增大，B错误；从r＝r2到r＝r0，分子力表现为引力，分子力做正功，分子势能减小，C错误；从r＝r2到r＝r1，分子力先表现为引力，后表现为斥力，分子力先做正功后做负功，分子势能先减小后增大，D正确。 [练2] (2023·宁夏银川高二银川一中校考期末)分子间由于相对静止而具有的能量叫分子势能，分子力做功会改变分子势能的大小，取分子间距为无穷远时的分子势能为零。如图为分子势能Ep随着分子间距离r变化的图像，现假设将分子A固定在O点，分子B从某一点静止释放且只受到分子A的作用力。以下判断正确的是(　　) A．从r1处释放的分子B，在第一次向右运动过程中，在r2位置速度达到最大 B．从r1处释放的分子B，将在r1和r2右侧某个位置之间往复运动 C．从r4处释放的分子B，在第一次向左运动过程中，在r3位置速度达到最大 D．从r4处释放的分子B，将在r4和r2左侧某个位置之间往复运动 C　解析：由势能曲线可知，当分子间距离为r3时受力平衡，所以从r1处释放的分子B，先受排斥力加速运动到r3，速度达到最大，然后继续向右一直减速运动至无穷远处，A、B错误；从r4处释放的分子B，先受到吸引力加速运动到r3，速度达到最大，然后向左减速运动至r2和r3之间某处，再向右运动到r4，以此往复运动下去，C正确，D错误。 探究点三___内能 [问题设计] 1 g 100 ℃的水和1 g 100 ℃的水蒸气相比： (1)这两者的平均动能哪个大？ (2)1 g 100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气，分子势能怎么变化？ (3)两者谁的内能大？ (4)影响内能的因素有哪些？ 提示：(1)一样大。 (2)在1 g 100 ℃的水变成100 ℃水蒸气的过程中，分子间距增大，要克服分子间的引力做功，分子势能增大。 (3)1 g 100 ℃水蒸气的内能大。 (4)物体所含物质的多少、温度和体积。 1．决定物体内能的因素 (1)从宏观上看：物体内能的大小由物体的物质的量、温度和体积三个因素决定。 (2)从微观上看：物体内能的大小由组成物体的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定。 2．内能与机械能的区别和联系 项目 内能 机械能 对应的运动形式 微观分子的热运动 宏观物体的机械运动 能量常见形式 分子动能、分子势能 物体的动能、重力势能和弹性势能 能量存在的原因 由物体内大量分子的热运动和分子间相互位置决定 由于物体做机械运动、被举高或发生形变 影响因素 物质的量、物体的温度和体积 物体的质量、机械运动的速度、离地高度(或相对于零势能面的高度)和弹性形变程度 是否为零 永远不能等于零 一定条件下可以等于零 联系 在一定条件下可以相互转化 【例3】 关于物体的内能，下列说法正确的是(　　) A．相同质量的两种物质，升高相同的温度，内能的增加量一定相同 B．物体的内能改变时温度也一定改变 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 D　解析：质量相同的物体，其物质的量不一定相同，因此相同质量的两种物质，升高相同的温度，内能的增加量不一定相同，A错误；物体的内能取决于物体的温度、体积以及物态等，物体的内能改变时温度不一定改变，例如晶体在融化过程中，内能增大而温度不变，B错误；一切物体在任何温度下都具有内能，因此0 ℃的物体仍具有内能，C错误；物体的内能取决于物体的温度、体积以及物态等，所以分子数和温度相同的物体不一定具有相同的内能，D正确。 [练3] (多选)以下关于物体的内能与机械能的说法中，可能成立的是(　　) A．内能为零，机械能不为零 B．机械能为零，内能不为零 C．内能、机械能都不为零 D．内能、机械能都为零 BC　解析：机械能是相对的，可能为零。由于分子永不停息地做无规则运动，分子平均动能不可能为零，所以内能不可能为零，B、C正确。 [对应学生用书P18] 1．关于机械能和内能，下列说法中正确的是(　　) A．机械能大的物体，其内能一定很大 B．物体的机械能损失时，内能却可以增加 C．物体的内能损失时，机械能必然减小 D．物体的内能为零时，机械能可以不为零 B　解析：机械能和内能是两种不同形式的能，机械能包括物体的动能、重力势能和弹性势能；而内能是指所有分子动能和分子势能之和，与物体的温度、体积和物质的量有关；机械能大的物体其内能不一定大，机械能损失时，其内能可能增大、不变或减小，A错误，B正确；物体具有机械能的大小与物体内能的大小无直接关系，物体的内能损失时，机械能可能增大、不变或减小，C错误； 由分子动理论知，物体的内能不能为零，机械能可以为零也可以不为零，D错误。 2．用细线将一块玻璃片水平地悬挂在弹簧测力计下端，并使玻璃片贴在水面上，如图所示，然后用手缓慢提起弹簧测力计，在使玻璃片脱离水面的一瞬间，弹簧测力计的示数会远大于玻璃板的重力，其主要原因是(　　) A．玻璃板分子做无规则热运动 B．玻璃板受到大气压力作用 C．玻璃板和水间存在万有引力作用 D．玻璃板分子与水分子间存在引力作用 D　解析：玻璃片脱离水面的一瞬间，除了受重力、拉力外，还受到水分子对它的引力，所以拉力大于玻璃片的重力。玻璃板分子做无规则热运动，与结论不相符，A错误；玻璃板受到大气压力作用，与结论不相符，B错误；玻璃板和水间存在万有引力作用，与结论不相符，选项C错误；玻璃板分子与水分子间存在引力作用，与结论相符，D正确。 3．如图所示，甲分子固定于坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲、乙两分子间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，现将乙分子从a点静止释放移动到d的过程中，下列说法正确的是(　　) A．从a到c过程中，分子力表现为引力 B．从b到c过程中两分子间的分子力逐渐增大 C.在c点处，乙分子的加速度最大 D．在b点处，乙分子的速度最大 A　解析：由图可知，从a到c过程中，分子力为负值，即表现为引力，A正确；从b到c过程中两分子间的分子力逐渐减小，B错误；在c点处，分子力为零，则乙分子的加速度为零，C错误；从a到c过程中，乙分子一直受引力作用做加速运动，则在c点处，乙分子的速度最大，D错误。 4．(多选)如图所示是分子间作用力跟距离的关系。下列关于分子动理论的说法正确的是(　　) A．分子间距离为r0时，分子间既有斥力作用，也有引力作用 B．分子间距离为r0时，分子间势能最小 C．分子力做正功，分子势能增加，分子力做负功，分子势能减少 D．物体间的扩散作用主要是分子间斥力作用的结果 AB　解析：分子间距离为r0时，分子间既有斥力作用，也有引力作用，且引力大小等于斥力，A正确；由图可知，分子间平衡距离为r0，设分子间距离为r，当r>r0时分子力表现为引力，分子间距离越大，分子势能越大，当r<r0时分子力表现为斥力，分子间距离越小，分子势能越大，故当r＝r0时分子力为0，分子势能最小，B正确；分子力做正功，分子势能减少，分子力做负功，分子势能增大，C错误；物体间的扩散作用主要是分子在不停地做无规则的运动的结果，D错误。 [课时梯级训练(4)见P141] 学科网（北京）股份有限公司 $$