高中物理 第七章 分子动理论 3 分子间的作用力教材梳理素材 新人教版选修3-3（通用）
3 分子间的作用力
庖丁巧解牛
知识·巧学
一、分子间存在空隙
扩散现象和布朗运动表明分子永不停息地做无规则运动，同时也反映了分子间有空隙，假若分子间无空隙，则无规则运动无法实现.
以下事实可以说明分子间是有空隙的.
1.气体容易被压缩，说明气体分子间有空隙.
2.水和酒精混合后的体积小于原来体积之和，说明液体分子间有空隙.
3.物体的热胀冷缩现象正是由于物体分子间的空隙增大或缩小而造成的，这是气体、液体和固体所共有的现象.
联想发散 我们在估测分子大小时，常常把固体或液体分子看作是一个挨一个紧密排列的，其实，那只是为了研究方便而作的一种理想化的模型，真实的分子间是有空隙的.
二、分子间的作用力
1.分子之间有相互作用力的宏观证据
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，例如坚硬的固体很难使它伸长；伸长了的橡皮筋，松开手就能恢复原状，两块铅压紧后能连成一块.
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，例如固体和液体很难被压缩，即使是气体压缩到一定程度后再继续压缩也很困难.
分子间虽然有空隙，大量分子却能聚集在一起形成固体或液体，说明分子间存在着引力；固体保持一定的形状，液体具有一定的容积，而不会离散成一群独立的单个分子，分子间有引力，而分子间又有空隙，没有紧紧吸在一起，这说明分子间还存在斥力.
2.分子间相互作用力的特征
分子力F与分子间距离r的图象关系
图7-3-1所示为分子间的作用力跟距离的关系（示意图），图中斥力用正值表示，引力用负值表示.F为斥力和引力的合力，即分子力.F为正值时，表示合力为斥力；F为负值时，表示合力为引力.
图7-3-1
研究表明，分子间同时存在着引力和斥力，它们的大小都跟分子间的距离有关.图731的两条虚线分别表示两个分子间的引力和斥力随距离变化的情形，实线表示引力和斥力的合力，即实际表现出来的分子间的作用力随距离变化的情形.
甲：r=r0时，F引=F斥，对外表现的分子力F=0；
乙：r
r0时，F引>F斥，对外表现的分子力F为引力.
由上图我们可看到，分子间的引力和斥力随着分子间距离的增大而减小.
当两分子间的距离等于r0时，分子间的引力和斥力相互平衡，分子间的作用力为零，r0的数量级约为10-10 m，相当于距离为r0的位置，叫做平衡位置（图7-3-2甲）.
当分子间的距离小于r0时，引力和斥力虽然都随着距离的减小而增大，但是斥力增大得更快，因而分子间的作用力表现为斥力（图7-3-2乙）.
图7-3-2
当分子间的距离大于r0时，引力和斥力虽然都随着距离的增大而减小，但是斥力减小得更快，因而分子间的作用力表现为引力（图7-3-2丙），它随着距离的增大迅速减小，当分子间距离的数量级大于10-9 m时，分子力已经变得十分微弱，可以忽略不计了.
深化升华 （1）分子间相互作用力既有引力，又有斥力.
（2）分子间相互作用的引力与斥力都随着分子间距离的增大而减小，只是斥力减小得更快一些；
（3）分子间存在一个平衡距离r0，分子间距离为r0的位置就叫做平衡位置（数量级为10-10 m）.
当r>r0时，f引>f斥，对外表现的分子力F为引力.
当r=r0时，f引=f斥，对外表现的分子力F = 0.
当rr0时，分子之间的引力和斥力同时减小，但斥力减小得更快一些，故引力大于斥力，此时分子之间呈现出相互的引力作用（此时斥力仍然存在）；
(4)不要忽视r=r0时分子力为零与r≥10r0时分子力为零的区别，前者是F引=F斥而致使分子力为零，物体处于固态和液态，后者是F引、F斥
可忽略不计，认为分子间无相互作用力，物质处于气态.
辨析比较 分子间作用力和万有引力
分子间也存在万有引力，这里所涉及的分子间的作用力是一种电磁作用——是由组成分子的电子及原子核与另一分子的电子及原子核交互作用而产生的.分子间的万有引力与分子间作用力相比较很小.
三、分子动理论
1.分子动理论内容：物体是由大量分子组成的，分子在永不停息地做无规则运动，分子之间存在着引力和斥力.
2.热学学习包括两个方面：一方面是热现象的宏观理论，另一方面是热现象的微观理论.
典题·热题
知识点一 说明分子间存在相互作用力的实例
例1 下列事例能说明分子间有相互作用力的是（ ）
A.金属块经过锻打能改变它原来的形状
B.拉断一根钢绳需要用一定的外力
C.食盐能溶于水而石蜡却不溶于水
D.液体一般很难压缩
解析:金属块锻打后能改变形状而不断裂，说明分子间有引力，拉断钢绳需要一定外力，也说明分子间有引力，而液体难压缩说明分子间存在斥力；食盐能溶于水而石蜡不溶于水是由物质的溶解特性决定的，而不是分子的作用，故答案为A、B、D.
答案：ABD
方法归纳 物体的形状或体积改变时，很容易体现为分子间相互作用的特性，而像溶解、吸引等现象一般不是由于分子间相互作用，而是物质的其他性质造成的.
知识点二 分子间的相互作用力
例2 关于分子间相互作用力的下列说法中，正确的是（ ）
A.分子力随分子间隔的增加而减小
B.分子间引力、斥力都随分子间距的增大而减小
C.分子间同时存在引力和斥力
D.在分子间距r>r0时，分子间只有引力
解析:分子间存在引力和斥力，这两个力都随分子间距而变化，变化情况如图7-3-3所示.引力、斥力都随分子间距的增大而减小，但总的分子力（引力与斥力之和）却不是这样.当分子间距rr0时，引力比斥力大，分子力为引力，在某阶段逐渐加大，然后又逐渐减小.通过上面的分析可知，B、C项是正确的，A、D项是不正确的.
图7-3-3
答案：BC
方法归纳 牢记分子间相互作用力随分子间距离的变化规律是快速解决问题的关键.熟练应用图象法解决问题形象、直观、简捷.
知识点三 分子力和分子力做功
例3 分子甲和分子乙距离较远，设甲分子固定不动，乙分子逐渐向甲分子靠近，直到不能再近的这一过程中（ ）
A.分子力总是对乙分子做正功
B.乙分子总是克服分子力做功
C.先是乙分子克服分子力做功，然后分子力对乙分子做正功
D.先是分子力对乙分子做正功，然后乙分子克服分子力做功
解析:分子间存在着作用力，同时存在斥力和引力，在r0=10-10 m数量级内，两种力的合力为零，r >r0时表现为引力，r < r0时表现为斥力，当两个分子由较远到再不能靠近时，分子力对乙分子先做正功，后做负功.
答案：D
巧妙变式 如果已知分子力做功对应分子势能变化的关系，也可分析这一过程中分子势能的变化情况.
例4 玻璃打碎以后，为什么不能把它们拼在一起，利用分子力使其复原呢？
解析:分子间的引力只有在距离小于10-9 m时才会比较显著.碎玻璃拼在一起，由于接触面错落起伏，绝大多数的分子间距离远大于10-9 m，所以，总的分子引力非常小，根本不足以使它们连在一起.
方法归纳 对于日常生活中的一些常见现象要能够应用分子间作用力的规律对其物理本质作出合理的解释.
巧妙变式 如果要使玻璃能接合应采取什么措施？只要分子间距离小于10-9 m即可（比如把玻璃加热，玻璃变软，亦可重新接合）.
例5 当铁丝被拉伸时，下列说法中正确的是（ ）
A.分子间的引力和斥力都增加 B.分子间的引力和斥力都减小
C.分子间的斥力比引力减小得快 D.分子间的引力比斥力增加得快
解析:当铁丝被拉伸时，分子间距离增大，根据分子力随分子间距离变化的规律知，分子间的引力和斥力都减小，且斥力比引力减小得快，实际表现的分子力为引力，所以拉伸铁丝必须施加外力，本题正确选项是B、C.
答案：BC
巧解提示 解题关键是掌握分子间相互作用力随分子间距离变化的规律，利用分子力Fr图象解答此题也非常简捷明了.
问题 ·探究
方案设计探究
问题 设计实验验证：当分子之间距离增大时，分子力随分子距离增大的变化关系是什么？
探究过程：
实验器材：弹簧秤、玻璃片、烧杯、水、细线.
实验步骤：
1.用细线把玻璃片拴在弹簧秤的下方，读出弹簧秤示数F ；
2.在烧杯中装适量水，把弹簧秤挂着的玻璃片放在烧杯的水面上（不能浸没），读出弹簧秤示数F2；
3.用弹簧秤往上提玻璃，观察其读数变化情况，并记录弹簧秤的最大示数F3.
探究结论：分子间的作用外在表现随分子距离的增大而增大，但有一个极限值.
思维发散探究
问题 中华民族是一个有着上下五千年文明史的民族，自古就有“破镜难重圆”的名言.请讨论，利用分子力的特点，找到几个能使破镜重圆的方法.
探究过程：
破镜不能重圆的原因是破了的镜子彼此之间的距离大于分子力作用的范围（分子直径的十倍左右），没有分子力的作用，也就不能成为一个整体，针对这个原因可找到一些方法.
探究结论：
观点一（或方法一）：把破了的镜子熔化之后放在一起，即可变成一个整体，在整形后凝固就可重圆一个镜子.
观点二（或方法二）：把破了的镜子的断面擦干净，且去掉污物，然后在断面上涂上万能胶，把镜子组合成一个整体.
