《導(dǎo)學(xué)案》2021版高中物理(人教版-選修3-3)教師用書：7.3-分子間的作用力-講義

課時(shí)7.3分子間的作用力1.知道分子間存在間隙。2.知道分子之間同時(shí)存在著引力和斥力,其大小與分子間的距離有關(guān)。3.知道分子間的距離r<r0時(shí),實(shí)際表現(xiàn)的分子力為斥力,此斥力隨r的減小而快速增大;知道分子間的距離r>r0時(shí),實(shí)際表現(xiàn)的分子力為引力,此引力隨r的增大而減小。重點(diǎn)難點(diǎn):對(duì)斥力和引力隨距離變化的關(guān)系圖象的理解,分子力隨距離的變化規(guī)律。教學(xué)建議:大量分子間的相互作用格外抽象,同學(xué)難于理解。教學(xué)中要做好教材中的兩個(gè)試驗(yàn),使同學(xué)體會(huì)分子間有間隙、分子間有相互作用力。理解分子間相互作用力的基本規(guī)律是本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)。讓同學(xué)通過(guò)閱讀爭(zhēng)辯,體會(huì)教科書中用彈簧兩端連接的兩個(gè)小球間的相互作用類比分子間的作用,領(lǐng)悟分子力與分子間距離變化的關(guān)系。引導(dǎo)同學(xué)分組爭(zhēng)辯模型類比的局限性:不能說(shuō)明分子間斥力和引力的同時(shí)存在,更不能表示分子間位置變化時(shí)斥力和引力的簡(jiǎn)潔變化狀況。在此基礎(chǔ)上,借助合理的圖象解釋,進(jìn)一步使同同學(xué)疏分子間相互作用力的基本規(guī)律。導(dǎo)入新課:蹦極是近幾年來(lái)新興的一項(xiàng)格外刺激的戶外休閑活動(dòng),它能讓人體驗(yàn)最驚險(xiǎn)、最刺激的感覺(jué),就好比是向死亡之神的挑戰(zhàn)。蹦極所用的繩索具有很大的彈性,那么你知道這種繩索的彈性來(lái)源于什么嗎?1.分子間有空隙(1)氣體分子間的空隙:氣體很簡(jiǎn)潔被壓縮,表明氣體分子間有很大的①空隙。(2)液體分子間的空隙:水和酒精混合后總體積會(huì)②變小,說(shuō)明液體分子間有③間(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④彼此進(jìn)入到對(duì)方的內(nèi)部,說(shuō)明固體分子間也存在著⑤空隙。2.分子間的作用力(1)兩個(gè)相近的分子之間同時(shí)存在著⑥引力和⑦斥力,實(shí)際表現(xiàn)出來(lái)的分子力即為兩者的合力。(2)分子間作用力隨分子間距離的變化關(guān)系分子間引力和斥力的大小都跟分子間的距離有關(guān):都隨分子間距離的增大而⑧減小,隨分子間距離的減小而⑨增大。在確定的范圍內(nèi),斥力比引力變化得⑩快。①當(dāng)分子間距離r=r0時(shí)(r0約為10-10m),分子間的引力和斥力相互平衡,此時(shí)分子間的作用力為零。②當(dāng)分子之間距離r<r0時(shí),斥力大于引力,此時(shí)分子之間的作用力表現(xiàn)為斥力(此時(shí)引力照舊存在)。③當(dāng)分子之間距離r>r0時(shí),引力大于斥力,此時(shí)分子之間的作用力表現(xiàn)為引力(此時(shí)斥力照舊存在)。④當(dāng)r>10r0(約10-9m)時(shí),分子間的作用力可以忽視。3.分子動(dòng)理論(1)內(nèi)容:物體是由大量分子組成的,分子在做永不停息的無(wú)規(guī)章運(yùn)動(dòng),分子之間存在著引力和斥力。(2)統(tǒng)計(jì)規(guī)律微觀方面:各個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)都是隨機(jī)的,帶有偶然性。宏觀方面:大量的分子運(yùn)動(dòng)有確定的規(guī)律,叫作統(tǒng)計(jì)規(guī)律,大量分子的運(yùn)動(dòng)受統(tǒng)計(jì)規(guī)律的支配。1.推斷下列說(shuō)法的正誤。(1)氣體簡(jiǎn)潔被壓縮,說(shuō)明氣體分子之間有空隙。(2)固體和液體難壓縮,說(shuō)明分子之間沒(méi)有空隙。(3)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。解答:氣體、液體和固體分子間都有空隙,(1)正確、(2)錯(cuò)誤;分子間的引力和斥力都隨距離的增大而減小,(3)錯(cuò)誤。2.物體是由大量分子組成的,分子又在永不停息地做無(wú)規(guī)章運(yùn)動(dòng),那么為什么大量分子能聚在一起形成液體或固體而不散開(kāi)?解答:由于分子間存在引力,引力使分子聚集在一起而不分開(kāi)。主題1:分子間有空隙問(wèn)題:閱讀課本中本節(jié)的第一段內(nèi)容,回答下列問(wèn)題。(1)觀看“清水與酒精混合后體積的變化”試驗(yàn),會(huì)看到什么現(xiàn)象?這個(gè)試驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明白什么?(2)除了酒精和水混合試驗(yàn)說(shuō)明分子間有空隙外,你還能依據(jù)哪些物理常識(shí)來(lái)進(jìn)一步證明分子間有空隙?解答:(1)水與酒精混合后體積變小,說(shuō)明液體分子之間有空隙。(2)氣體很簡(jiǎn)潔被壓縮,說(shuō)明氣體分子間有空隙;物體的熱脹冷縮現(xiàn)象正是由物體分子間的空隙增大或縮小造成的,這是氣體、液體和固體所共有的現(xiàn)象;布朗運(yùn)動(dòng)和集中現(xiàn)象不但說(shuō)明分子不停地做無(wú)規(guī)章運(yùn)動(dòng),同時(shí)也說(shuō)明分子間有空隙,假如分子間沒(méi)有空隙,分子便不能運(yùn)動(dòng)了。學(xué)問(wèn)鏈接:我們?cè)诠罍y(cè)分子大小時(shí),經(jīng)常把固體或液體分子看作是一個(gè)挨一個(gè)緊密排列的,其實(shí),這只是為了爭(zhēng)辯便利而假設(shè)的一種抱負(fù)化的模型,真實(shí)的分子間是有空隙的。主題2:分子間的作用力問(wèn)題:閱讀課本中“分子間的作用力”的相關(guān)內(nèi)容,完成觀測(cè)圖7.3-1(壓緊的鉛塊會(huì)“粘”在一起)的試驗(yàn),回答下列問(wèn)題。(1)圖7.3-1(壓緊的鉛塊會(huì)“粘”在一起)中壓緊的兩鉛塊會(huì)粘在一起,這說(shuō)明白什么問(wèn)題?(2)除上述試驗(yàn)外,你還能依據(jù)哪些物理常識(shí)來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明分子間存在引力?(3)分子間存在引力與分子間有空隙,沖突嗎?請(qǐng)你總結(jié)分子間作用力的特點(diǎn)。解答:(1)圖7.3-1中壓緊的兩鉛塊會(huì)粘在一起,說(shuō)明分子間存在引力。(2)物體在被拉伸時(shí)需要確定的外力,這表明組成物質(zhì)的分子之間存在著相互作用的引力;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,這說(shuō)明分子間存在著引力,引力作用使分子“聚集”在一起,形成固體或液體。(3)分子間有引力,而分子間又有空隙,沒(méi)有緊緊吸在一起,這說(shuō)明分子間還存在著斥力。分子間雖然有空隙,但大量分子卻能聚集在一起形成固體或液體,說(shuō)明分子之間存在著引力。因此,分子間存在吸引力與分子間有空隙不沖突。由此可見(jiàn),分子間同時(shí)存在相互作用的引力和斥力。學(xué)問(wèn)鏈接:以固體物質(zhì)為例,物體在被拉伸時(shí)需要確定的外力,這表明組成物質(zhì)的分子之間存在著相互作用的引力;同時(shí),物體在被壓縮時(shí)也需要確定的外力,這表明組成物質(zhì)的分子之間還存在著相互作用的斥力。主題3:探究分子間作用力與分子間距的關(guān)系問(wèn)題:閱讀課本中的相關(guān)內(nèi)容,依據(jù)圖7.3-2(分子間的作用力與距離的關(guān)系)回答下列問(wèn)題。(1)分子間的引力、斥力隨分子間的距離如何變化?(2)利用“分子間的作用力與距離的關(guān)系”圖作出一個(gè)分子所受另一個(gè)分子的斥力與引力的合力隨分子間距離r變化的圖象,結(jié)合彈簧小球模型和下表(表中r0為F引=F斥時(shí)兩分子的距離),試分析分子力是如何隨分子間距離的變化而變化的。分子間距離分子間引力與斥力的關(guān)系分子力彈簧小球模型r=r0r<r010r0>r>r0r>10r0解答:(1)從圖中可看出引力線比斥力線平緩些。由此可知,分子間引力和斥力都隨分子間距離r的增大而減小,且斥力比引力減小得快。(2)分子力隨分子間距離的變化圖象如圖中實(shí)線所示。分子間距離分子間引力與斥力的關(guān)系分子力彈簧小球模型r=r0F引=F斥零r<r0隨r的減小F引、F斥都增大,F斥比F引增大得快,F斥>F引分子力表現(xiàn)為斥力l<l0F向外10r0>r>r0隨r的增大,F引、F斥都減小,F斥比F引減小得快,F斥<F引分子力表現(xiàn)為引力l>l0F向里r>10r0分子間的作用力變得很微弱,可忽視不計(jì)零學(xué)問(wèn)鏈接:分子間作用力問(wèn)題的分析方法。(1)在平衡位置,即r=r0時(shí),引力與斥力大小相等、方向相反,合力為零。(2)當(dāng)r0<r<10r0時(shí),分子力表現(xiàn)為引力;當(dāng)r<r0時(shí),分子力表現(xiàn)為斥力。(3)引力、斥力均隨距離的增大而減小,隨距離的減小而增大,斥力變化得更快一些。主題4:分子動(dòng)理論問(wèn)題:(1)分子動(dòng)理論的主要內(nèi)容是什么?(2)分子做永不停息的無(wú)規(guī)章運(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)法沖突嗎?解答:(1)分子動(dòng)理論的主要內(nèi)容有以下三點(diǎn)。a.物體是由大量分子組成的;b.分子在做永不停息的無(wú)規(guī)章運(yùn)動(dòng);c.分子之間存在著引力和斥力。(2)這兩種說(shuō)法不沖突。從單個(gè)分子來(lái)看,各個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)是無(wú)規(guī)章的,但是大量分子的運(yùn)動(dòng)卻遵守統(tǒng)計(jì)規(guī)律。例如,任選一個(gè)成年男性和一個(gè)成年女性,可能男的高,也可能女的高,沒(méi)有規(guī)律,但從總體來(lái)看成年男性比成年女性高。學(xué)問(wèn)鏈接:統(tǒng)計(jì)規(guī)律是對(duì)大量偶然大事整體作用的一種客觀規(guī)律,它反映了事物整體的本質(zhì)和必定的聯(lián)系。統(tǒng)計(jì)規(guī)律是自然科學(xué)和人類社會(huì)生活中的普遍規(guī)律之一。1.(考查對(duì)分子間作用力的理解)如圖所示,兩個(gè)接觸面平滑的鉛柱壓緊后懸掛起來(lái),下面的鉛柱不脫落,主要緣由是()。A.鉛分子做無(wú)規(guī)章熱運(yùn)動(dòng)B.鉛柱受到大氣壓力作用C.鉛柱間存在萬(wàn)有引力作用D.鉛柱間存在分子引力作用【解析】擠壓后的鉛分子之間的距離可以達(dá)到分子之間存在相互作用力的距離范圍,故不脫落的主要緣由是分子之間的引力作用,故D正確,A、B、C錯(cuò)誤。【答案】D【點(diǎn)評(píng)】利用分子力使物體結(jié)合在一起的問(wèn)題,要考慮分子間距。拉伸和壓縮物體,要優(yōu)先考慮分子力。2.(考查分子間作用力的特點(diǎn))劉明同學(xué)在網(wǎng)上發(fā)覺(jué)一張汽車走鋼絲的照片(如圖所示),他被汽車司機(jī)的超群駕駛技術(shù)所折服,同時(shí)他和同學(xué)們對(duì)鋼絲被拉伸時(shí)的狀況進(jìn)行了爭(zhēng)辯。他們對(duì)鋼絲被拉伸的狀況提出了以下說(shuō)法,你認(rèn)為正確的是()。A.分子間只有引力作用B.分子間的引力和斥力都減小C.分子間引力比斥力減小得慢D.分子力為零時(shí),引力和斥力同時(shí)為零【解析】鋼絲拉伸,分子間距離增大,分子間的引力、斥力都減小,但引力比斥力減小得慢,分子力表現(xiàn)為引力,所以選項(xiàng)B、C正確,A、D錯(cuò)誤?！敬鸢浮緽C【點(diǎn)評(píng)】分子間的引力F引和斥力F斥都隨距離r的增大(或減小)而減小(或增大),但斥力減小(或增大)得更快。分子間相互作用在宏觀上的表現(xiàn):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;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.(考查分子間相互作用的宏觀表現(xiàn))下列現(xiàn)象中不能說(shuō)明分子間存在分子力的是()。A.兩鉛塊能被壓合在一起B(yǎng).鋼繩不易被拉斷C.水不簡(jiǎn)潔被壓縮 D.空氣簡(jiǎn)潔被壓縮【解析】?jī)摄U塊能被壓合在一起、鋼繩不易被拉斷說(shuō)明分子之間存在引力;而水不簡(jiǎn)潔被壓縮是由于分子間距小,略微壓縮都會(huì)使分子力表現(xiàn)為斥力,因此A、B、C都能說(shuō)明分子間存在分子力?？諝夂?jiǎn)潔被壓縮是由于分子間距大,而不能說(shuō)明分子間存在分子力,因此選D?！敬鸢浮緿【點(diǎn)評(píng)】分子力與分子間距離的關(guān)系:當(dāng)r=r0時(shí),分子力表現(xiàn)為零;當(dāng)r>r0時(shí),分子力表現(xiàn)為引力;當(dāng)r<r0時(shí),分子力表現(xiàn)為斥力。液體、固體分子間距r=r0,無(wú)論被拉還是被壓都有分子力作用,所以不易壓縮和拉伸,而氣體分子間距一般大于10r0,分子力近似為零,空氣簡(jiǎn)潔被壓縮不是由于分子力的作用。4.(考查分子力做功問(wèn)題)一般狀況下,分子間同時(shí)存在分子引力和分子斥力;若在外力作用下兩分子的間距達(dá)到不能再靠近為止,且甲分子固定不動(dòng),乙分子可自由移動(dòng),則去掉外力后,當(dāng)乙分子運(yùn)動(dòng)到相距很遠(yuǎn)時(shí),速度為v,則在乙分子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(乙分子的質(zhì)量為m)()。A.乙分子的動(dòng)能變化量為QUOTEmv2B.分子力對(duì)乙分子做的功為QUOTEmv2C.分子引力比分子斥力多做了QUOTEmv2的功D.分子斥力比分子引力多做了QUOTEmv2的功【解析】依據(jù)動(dòng)能定理W斥-W引=QUOTEmv2,可知C項(xiàng)錯(cuò)?！敬鸢浮緾【點(diǎn)評(píng)】分子力對(duì)分子做功和其他力對(duì)宏觀物體做功的推斷相同,即F、s方向相同或夾角為銳角時(shí),F做正功;F、s方向相反或夾角為鈍角時(shí),F做負(fù)功。拓展一:對(duì)分子間斥力和引力的理解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r<r0時(shí),它們之間只有斥力作用B.當(dāng)分子間距離r=r0時(shí),分子處于平衡狀態(tài),不受力C.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在減小,且斥力比引力減小得快D.當(dāng)分子間的距離從0.5r0增大到10r0的過(guò)程中,分子間相互作用力的合力在漸漸減小【分析】牢記分子間的作用力隨分子間距離的變化規(guī)律是快速解決該題的關(guān)鍵?！窘馕觥糠肿娱g相互作用的引力和斥力是同時(shí)存在的,當(dāng)r=r0時(shí),F引=F斥,每個(gè)分子所受的合力為零,并非不受力;當(dāng)r<r0時(shí),F引<F斥,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,然后又減小到零,故C正確,D錯(cuò)誤。【答案】C【點(diǎn)撥】①F=0是分子力表現(xiàn)為零,此時(shí)F引=F斥,不是說(shuō)沒(méi)有引力和斥力了。②F為斥力,說(shuō)明分子力表現(xiàn)為斥力,此時(shí)F引<F斥,不是說(shuō)引力不存在了。③F為引力,也不是說(shuō)只有引力而沒(méi)有斥力。拓展二:應(yīng)用分子力解釋宏觀物理現(xiàn)象2.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.確定質(zhì)量的氣體能布滿整個(gè)容器,這說(shuō)明在一般狀況下,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引力起的作用D.裂開(kāi)的玻璃不能把它們拼接在一起,是由于其分子間斥力作用的結(jié)果【分析】解答本題要留意以下幾點(diǎn):①氣體分子的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)打算氣體體積特點(diǎn);②分子間相互作用的常見(jiàn)表現(xiàn);③分子力是短程力,只在微小的范圍內(nèi)存在。【解析】高溫下鐵分子運(yùn)動(dòng)格外激烈,兩鐵塊上的鐵分子間距很簡(jiǎn)潔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)高溫加壓將很簡(jiǎn)潔連成一整塊,電焊也是相同的原理,所以A、C項(xiàng)正確;通常狀況下,氣體分子間的距離大約為分子直徑的10多倍,此種狀況下分子力格外微弱,氣體分子可以無(wú)拘無(wú)束地運(yùn)動(dòng),從而布滿整個(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,亦可重新接合,所以D項(xiàng)錯(cuò)誤?！敬鸢浮緼BC【點(diǎn)撥】分子之間有相互作用力時(shí),分子間的距離確定很小,其數(shù)量級(jí)一般為10-10m,因此要靠分子間作用力使物體連成一體,必需使接觸面處的大量分子間距離達(dá)到10-10m。只有真正理解分子動(dòng)理論的要點(diǎn),勤于觀看、擅長(zhǎng)思考,才能對(duì)日常生活中的一些常見(jiàn)現(xiàn)象做出合理的解釋。拓展三:分子力做功問(wèn)題3.兩個(gè)分子甲和乙相距較遠(yuǎn)(此時(shí)它們分子之間的作用力可忽視),設(shè)甲固定不動(dòng),乙漸