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1.1.3 分子間的作用力
學(xué)習(xí)目標(biāo)
核心提煉
1.知道分子間存在空隙。
2種分子力——分子間的引力和斥力
1個(gè)關(guān)系——分子間的作用力與分子間距離的關(guān)系
1個(gè)理論——分子動(dòng)理論
2.知道分子間同時(shí)存在著引力和斥力，分子力是引力與斥力的合力。
3.知道分子間的作用力隨分子間距離的變化規(guī)律。能用分子力解釋有關(guān)現(xiàn)象。
4.了解分子動(dòng)理論的內(nèi)容及意義。
一、分子間的作用力
1.分子間有空隙
(1)氣體分子的空隙：氣體很容易被壓縮，說(shuō)明氣體分子之間存在著很大的空隙。
(2)液體分子間的空隙：水和酒精混合后總體積會(huì)變小，說(shuō)明液體分子之間存在著空隙。
(3)固體分子間的空隙：壓在一起的金片和鉛片，各自的分子能擴(kuò)散到對(duì)方的內(nèi)部，說(shuō)明固體分子之間也存在著空隙。
2.分子間的作用力
(1)分子間同時(shí)存在著相互作用的引力和斥力。分子間實(shí)際表現(xiàn)出的作用力是引力和斥力的合力。
(2)分子間作用力與分子間距離變化的關(guān)系(如圖1所示)。分子間的引力和斥力都隨分子間距離的增大而減小，隨分子間距離的減小而增大。但斥力比引力變化得快。
圖1
(3)分子間作用力與分子間距離的關(guān)系。
①當(dāng)r＝r0時(shí)，F(xiàn)引＝F斥，此時(shí)分子所受合力為零。
②當(dāng)r＜r0時(shí)，F(xiàn)引＜F斥，作用力的合力表現(xiàn)為斥力。
③當(dāng)r＞r0時(shí)，F(xiàn)引＞F斥，作用力的合力表現(xiàn)為引力。
④當(dāng)r＞10r0(即大于10－9 m)時(shí)，分子間的作用力變得很微弱，可忽略不計(jì)。
思考判斷
(1)水的體積很難被壓縮，這是分子間存在斥力的宏觀表現(xiàn)。(√)
(2)氣體總是很容易充滿容器，這是分子間存在斥力的宏觀表現(xiàn)。()
(3)兩個(gè)相同的半球殼吻合接觸，中間抽成真空(馬德堡半球)，用力很難拉開(kāi)，這是分子間存在引力的宏觀表現(xiàn)。()
(4)用力拉鐵棒的兩端，鐵棒沒(méi)有斷，這是分子間存在引力的宏觀表現(xiàn)。(√)
(5)氣體容易被壓縮，說(shuō)明氣體分子之間有空隙。(√)
(6)分子間的引力隨距離的增大而增大，斥力隨距離的增大而減小。()
二、分子動(dòng)理論
1.分子動(dòng)理論
(1)分子動(dòng)理論：把物質(zhì)的熱學(xué)性質(zhì)和規(guī)律看做微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)而建立的理論。
(2)內(nèi)容
①物體是由大量分子組成的。
②分子在做永不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。
③分子之間存在著引力和斥力。
2.統(tǒng)計(jì)規(guī)律：由大量偶然事件的整體所表現(xiàn)出來(lái)的規(guī)律。
(1)微觀方面：?jiǎn)蝹€(gè)分子的運(yùn)動(dòng)是無(wú)規(guī)則的，具有偶然性。
(2)宏觀方面：大量分子的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出規(guī)律性，受統(tǒng)計(jì)規(guī)律的支配。
思維拓展
(1)既然分子間存在引力，當(dāng)兩個(gè)物體緊靠在一起時(shí)，為什么分子引力沒(méi)有把它們粘在一起？
(2)無(wú)論容器多大，氣體有多少，氣體分子總能夠充滿整個(gè)容器，是分子斥力作用的結(jié)果嗎？
(3)分子做永不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)與大量分子的整體行為受到統(tǒng)計(jì)規(guī)律的支配，這兩種說(shuō)法矛盾嗎？
答案 (1)雖然兩物體靠得很緊，但絕大部分分子間距離仍很大，達(dá)不到分子引力起作用的距離，所以不會(huì)粘在一起。
(2)氣體分子之間的距離r＞10r0，分子間的作用力很微弱，可忽略不計(jì)。所以氣體分子能充滿整個(gè)容器，并不是分子斥力作用的結(jié)果，而是分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)造成的。
(3)這兩種說(shuō)法不矛盾。從單個(gè)分子來(lái)看，各個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)是無(wú)規(guī)則的，但是大量分子的運(yùn)動(dòng)卻遵守統(tǒng)計(jì)規(guī)律。
分子間的作用力
[要點(diǎn)歸納]
1.對(duì)分子力的認(rèn)識(shí)
(1)分子間存在引力：分子間雖然有空隙，大量分子卻能聚集在一起形成固體或液體，說(shuō)明分子間存在著引力。把兩塊純凈的鉛壓緊，它們會(huì)“粘”在一起，這也說(shuō)明分子間存在引力。
(2)分子間存在斥力：固體和液體都不易被壓縮，組成它們的分子間有空隙，但是用力壓縮物體，物體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生反抗壓縮的彈力，這說(shuō)明分子間存在著斥力。
(3)分子間同時(shí)存在著相互作用的引力和斥力，實(shí)際表現(xiàn)出的作用力是引力和斥力的合力。
2.對(duì)分子力與分子間距離變化關(guān)系的理解
(1)r0的意義：如圖2所示，分子間距離r＝r0時(shí)，引力與斥力大小相等，分子力為零，所以分子間距離等于r0(數(shù)量級(jí)為10－10 m)的位置叫平衡位置。
圖2
(2)分子間的引力和斥力都隨分子間距離r的增大而減小，但斥力減小得更快。如圖3所示。
圖3
(3)當(dāng)r
r0時(shí)，合力隨距離的增大而先增大后減小。
3.分子力模型
如圖4所示，用兩個(gè)小球中間連有一個(gè)彈簧的模型來(lái)類比分子及分子間的分子力：小球代表分子，彈簧的彈力代表分子斥力和引力的合力。當(dāng)彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)(r＝r0)，象征著分子力的合力為零；當(dāng)彈簧處于壓縮狀態(tài)時(shí)(rr0)，象征著分子力的合力為引力。借助此模型僅限于幫助記憶分子力的合力何時(shí)為引力、何時(shí)為斥力。
圖4
[精典示例]
[例1] 當(dāng)兩個(gè)分子間的距離為r0時(shí)，正好處于平衡狀態(tài)，下列關(guān)于分子間作用力與分子間距離的關(guān)系的說(shuō)法正確的是( )
A.當(dāng)分子間的距離rF引，合力為斥力，并非只受斥力，故A、B錯(cuò)誤；當(dāng)分子間的距離從0.5r0增大到10r0的過(guò)程中，分子間的引力和斥力都減小，而且斥力比引力減小得快，分子間作用力的合力先減小到零，再增大再減小到零，故C正確，D錯(cuò)誤。
答案 C
[例2] 分子甲和乙距離較遠(yuǎn)，設(shè)甲固定不動(dòng)，乙分子逐漸向甲分子靠近，直到不能再靠近的這一過(guò)程中( )
A.分子力總是對(duì)乙做正功
B.乙分子總是克服分子力做功
C.先是乙分子克服分子力做功，然后分子力對(duì)乙分子做正功
D.先是分子力對(duì)乙分子做正功，然后乙分子克服分子力做功
解析 如圖所示，由于開(kāi)始時(shí)分子間距大于r0，分子力表現(xiàn)為引力，因此分子乙從遠(yuǎn)處移到距分子甲r0處的過(guò)程中，分子力做正功；由于分子間距離小于r0時(shí)，分子力表現(xiàn)為斥力，因此分子乙從距分子甲r0處繼續(xù)向甲移近時(shí)要克服分子力做功。故D正確。
答案 D
[針對(duì)訓(xùn)練1] (多選)甲分子固定在坐標(biāo)原點(diǎn)O，乙分子位于r軸上，甲、乙兩分子間作用力與分子間距離關(guān)系圖象如圖5所示。現(xiàn)把乙分子從r3處由靜止釋放，則( )
圖5
A.乙分子從r3到r1一直加速
B.乙分子從r3到r2過(guò)程中兩分子間的分子力呈現(xiàn)引力，從r2到r1過(guò)程中兩分子間的分子力呈現(xiàn)斥力
C.乙分子從r3到r1過(guò)程中，兩分子間的分子力先增大后減小
D.乙分子從r3到距離甲最近的位置過(guò)程中，兩分子間的分子力先減小后增大
解析 乙分子從r3到r1一直受甲分子的引力作用，且分子間作用力先增大后減小，故乙分子做加速運(yùn)動(dòng)，A、C正確；乙分子從r3到r1過(guò)程中兩分子間的分子力一直呈現(xiàn)引力，B錯(cuò)誤；乙分子從r3到距離甲最近的位置過(guò)程中，兩分子間的分子力先增大后減小再增大，D錯(cuò)誤。
答案 AC
對(duì)分子間作用力的認(rèn)識(shí)
(1)無(wú)論分子間的距離如何，分子引力和分子斥力都是同時(shí)存在的，不會(huì)出現(xiàn)只有引力或只有斥力的情況。
(2)分子力是分子引力和分子斥力的合力。
(3)要注意“分子力表現(xiàn)為引力或斥力”與“分子引力”和“分子斥力”不是同一個(gè)概念。
分子動(dòng)理論
[要點(diǎn)歸納]
1.分子間有相互作用的宏觀表現(xiàn)
(1)當(dāng)外力欲使物體拉伸時(shí)，組成物體的大量分子間將表現(xiàn)為引力，以抗拒外界對(duì)它的拉伸。
(2)當(dāng)外力欲使物體壓縮時(shí)，組成物體的大量分子間將表現(xiàn)為斥力，以抗拒外界對(duì)它的壓縮。
(3)大量的分子能聚集在一起形成固體或液體，說(shuō)明分子間存在引力。固體有一定的形狀，液體有一定的體積，而固體、液體分子間有空隙，卻沒(méi)有緊緊地吸在一起，說(shuō)明分子間還同時(shí)存在著斥力。
2.分子力與物體三態(tài)不同的宏觀特征
分子間距離不同，分子間的作用力表現(xiàn)也就不一樣，物體的狀態(tài)特征也不相同。
物態(tài)
分子特點(diǎn)
宏觀表現(xiàn)
固態(tài)
①分子間的距離小
②作用力明顯
③分子只能在平衡位置附近做無(wú)規(guī)則的振動(dòng)
①體積一定
②形狀一定
液態(tài)
①分子間距離小
②平衡位置不固定
③可以較大范圍做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)
①有一定體積
②無(wú)固定形狀
氣態(tài)
①分子間距離較大
②分子力極為微小，可忽略
③分子可以自由運(yùn)動(dòng)
①無(wú)體積
②無(wú)形狀
③充滿整個(gè)容器
[精典示例]
[例3] 關(guān)于分子力，下列說(shuō)法中正確的是( )
A.碎玻璃不能拼合在一起，說(shuō)明玻璃分子間斥力起作用
B.鋸條彎到一定程度會(huì)斷裂，是因?yàn)閿嗔烟幏肿娱g的斥力起了作用
C.固體很難被拉伸，也很難被壓縮，說(shuō)明分子間既有引力又有斥力
D.水和酒精混合后的體積小于原來(lái)體積之和，說(shuō)明分子間存在引力
解析 分子間作用力發(fā)生作用的距離很小，打碎的碎片間的距離遠(yuǎn)大于分子力作用距離，因此打碎的玻璃不能拼合在一起，并不能說(shuō)明是分子斥力的作用，故A錯(cuò)誤；鋸條彎到一定程度斷裂是因?yàn)榉肿娱g距離大于10r0，分子力不再起作用，故B錯(cuò)誤；固體很難被拉伸，也很難被壓縮，說(shuō)明分子間既有引力又有斥力，故C正確；水和酒精混合后的體積小于原來(lái)體積之和，說(shuō)明分子間存在間隙，故D錯(cuò)誤。
答案 C
外力作用下三種狀態(tài)表現(xiàn)不同的原因
(1)外力作用下固體很難被壓縮的原因是分子間存在斥力；很難被拉伸的原因是分子間存在引力。
(2)外力作用下液體很難被壓縮的原因是分子間存在斥力。
(3)外力作用下氣體很容易被壓縮的原因是分子間有空隙，氣體壓縮到一定程度后較難再被壓縮，是氣體壓強(qiáng)的原因?！ ?
[針對(duì)訓(xùn)練2] (多選)對(duì)下列現(xiàn)象的解釋正確的是( )
A.兩塊鐵經(jīng)過(guò)高溫加壓將連成一整塊，這說(shuō)明鐵分子間有吸引力
B.一定質(zhì)量的氣體能充滿整個(gè)容器，這說(shuō)明在一般情況下，氣體分子間的作用力很微弱
C.電焊能把兩塊金屬連接成一整塊是分子間的引力起作用
D.破碎的玻璃不能把它們拼接在一起是因?yàn)槠浞肿娱g斥力作用的結(jié)果
解析 高溫下鐵分子運(yùn)動(dòng)非常激烈，兩鐵塊上的鐵分子間距很容易充分接近到分子力起作用的距離內(nèi)，所以兩塊鐵經(jīng)過(guò)高溫加壓將很容易連成一整塊，電焊也是相同的原理，所以A、C項(xiàng)正確；通常情況下，氣體分子間的距離大約為分子直徑的10多倍，此種情況下分子力非常微弱，氣體分子可以無(wú)拘無(wú)束地運(yùn)動(dòng)，從而充滿整個(gè)容器，所以B項(xiàng)正確；玻璃斷面凹凸不平，即使用很大的力也不能使兩斷面間距接近到分子引力作用的距離，所以碎玻璃不能接合，若把玻璃加熱，玻璃變軟，則可重新接合，所以D項(xiàng)錯(cuò)誤。
答案 ABC
1.(分子動(dòng)理論的理解)(多選)關(guān)于分子動(dòng)理論，下列說(shuō)法正確的是( )
A.物體是由大量分子組成的
B.分子永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)
C.分子間有相互作用的引力或斥力
D.分子動(dòng)理論是在一定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上提出的
解析 由分子動(dòng)理論可知A、B正確；分子間有相互作用的引力和斥力，C錯(cuò)誤；分子動(dòng)理論是在擴(kuò)散現(xiàn)象、布朗運(yùn)動(dòng)等實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上提出的，D正確。
答案 ABD
2.(分子間的作用力)下列說(shuō)法中正確的是( )
A.人用手捏面包，面包體積變小了，說(shuō)明分子間有間隙
B.高壓下的油會(huì)透過(guò)鋼板滲出，說(shuō)明分子間有間隙
C.打碎的玻璃片不能拼合粘在一起，說(shuō)明分子間只有斥力
D.給自行車輪胎打氣，越來(lái)越費(fèi)力，說(shuō)明分子間有斥力
解析 用手捏面包，面包體積變小了，是因?yàn)槊姘暮暧^結(jié)構(gòu)有空隙，而不能說(shuō)明分子間有間隙，A錯(cuò)誤；高壓下的油會(huì)透過(guò)鋼板滲出，說(shuō)明分子間有間隙，B正確；打碎的玻璃片不能拼合粘在一起，是因?yàn)榉肿娱g的距離太大，不能達(dá)到分子間相互作用力的作用范圍，C錯(cuò)誤；給自行車輪胎打氣，越來(lái)越費(fèi)力，是因?yàn)檐囂?nèi)氣體的壓強(qiáng)越來(lái)越大，D錯(cuò)誤。
答案 B
3.(分子間的作用力)(多選)關(guān)于分子間的作用力，下列說(shuō)法正確的有(r0為分子的平衡位置)( )
A.兩個(gè)分子間距離小于r0時(shí)，分子間只有斥力
B.兩個(gè)分子間距離大于r0時(shí)，分子間只有引力
C.兩個(gè)分子間距離由較遠(yuǎn)逐漸減小到r0的過(guò)程中，分子力先增大后減小，為引力
D.兩個(gè)分子間距離由極小逐漸增大到r0的過(guò)程中，引力和斥力都同時(shí)減小，分子力表現(xiàn)為斥力
解析 關(guān)于分子之間的作用力，必須明確分子之間的引力和斥力是同時(shí)存在的，當(dāng)r>r0時(shí)引力和斥力的合力表現(xiàn)
為引力，而當(dāng)rr0時(shí)分子力表現(xiàn)為引力，且r較大即兩個(gè)分子距離較遠(yuǎn)時(shí)，分子間相互作用力亦趨于0，可知由較遠(yuǎn)至r＝r0的過(guò)程中，分子力先增大后減小，即選項(xiàng)C正確；而分子間距離由極小逐漸增大到r＝r0時(shí)，分子間的引力和斥力都逐漸減小，分子力表現(xiàn)為斥力，故選項(xiàng)D正確。
答案 CD
4.(分子間的作用力)(多選)如圖6所示，甲分子固定在坐標(biāo)原點(diǎn)O，乙分子位于x軸上，甲分子對(duì)乙分子的作用力與兩分子間距離的關(guān)系如圖中曲線所示，F(xiàn)>0為斥力，F(xiàn)<0為引力。a、b、c、d為x軸上四個(gè)特定的位置?，F(xiàn)把乙分子從a處由靜止釋放，則( )
圖6
A.乙分子由a到b做加速運(yùn)動(dòng)，由b到c做減速運(yùn)動(dòng)
B.乙分子由a到c做加速運(yùn)動(dòng)，到達(dá)c時(shí)速度最大
C.乙分子由a到b的過(guò)程中，兩分子間的分子力一直做正功
D.乙分子由b到c的過(guò)程中，兩分子間的分子力一直做負(fù)功
解析 乙分子從a到b，再到c的過(guò)程，分子之間均表現(xiàn)為引力，顯然乙分子始終做加速運(yùn)動(dòng)，且到達(dá)c點(diǎn)時(shí)速度最大，A錯(cuò)誤，B正確；乙分子從a到b的過(guò)程，分子的引力一直做正功，C正確；乙分子由b到c的過(guò)程，分子力仍然做正功，D錯(cuò)誤。
答案 BC
基礎(chǔ)過(guò)關(guān)
1.(多選)關(guān)于分子間作用力，下列說(shuō)法中正確的是( )
A.分子之間的距離越小，f引越小，f斥越大
B.當(dāng)分子間距的數(shù)量級(jí)大于10－9 m時(shí)，分子力已微弱到可以忽略
C.兩個(gè)分子之間的距離從rr0時(shí)，引力大于斥力，分子力表現(xiàn)為引力；當(dāng)r
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