熱學知識:分子間的作用力

2020-12-11 高中物理知識

分子之間有空隙

1.氣體很容易被壓縮,說明氣體分子之間存在著很大的空隙。

2.水和酒精混合後總體積會減小,說明液體分子之間存在著空隙。

3.壓在一起的金片和鉛片,各自的分子能擴散到對方的內部,說明固體分子之間也存在著空隙。

分子間的作用力

1.分子之間同時存在著引力和斥力,分子間實際表現出的作用力是引力和斥力的合力。

2.引力和斥力的大小 都跟分子間的距離有關,它們隨分子間距離的增大而變小,隨分子間距離的減小而變大,在變化過程中,斥力變化得更快。

即當分子間的距離增大時,引力和斥力都在變小,但斥力變化得更快;

當分子間的距離在減小時,引力和斥力都在變大,但斥力變化得更快。

分子間的作用力示意圖

3.存在一個平衡位置r0 (數量級為10)

分子間作用力的合力有些像彈簧連接著的兩個小球間的作用力:拉伸時表現為引力,壓 縮時表現為斥力。

但是我們需要注意:分子間的引力和斥力是同時存在的,當分子間距離大於r0時,分子力表現為引力,但分子間的斥力仍然存在.當分子間距離小於r0時,分子力表現為斥力,但分子間的引力仍然存在.

對於分子間作用力的宏觀解釋

以固體物質為例,物體在被拉伸時需要一定的外力,這表明組成物體的分子之間存在著相互作用的引力,所以要使物體被拉伸,一定需要有外力來克服分子之間的引力.

同樣,物體在被壓縮時也需要一定的外力,這表明組成物體的分子之間還存在著相互作用的斥力,因此要使物體被壓縮,一定需要有外力來克服分子之間的斥力.

固體、液體和氣體

分子力間作用力的微觀解釋

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,而不是散開,說明分子之間存在著引力.

分子間有引力,而分子間又有空隙,沒有緊緊吸在一起,這說明分子間還存在著斥力。

熱現象的兩個研究領域

幾百年來物理學家對熱現象進行了不斷深入的研究,在理論上形成了兩個重要分支:一個分 支是,只在宏觀上研究熱現象而不涉及微觀解釋,這個分支叫做熱力學;另一個分支是,用統計的觀點處理大量分子的熱運動,進而研究熱現象的規律,這個分支叫做統計物理學

分子力解釋物體三種狀態的宏觀特徵

1.固體:固體分子間的距離小,分子之間的作用力表現明顯,其分子只能在平衡位置附近做範圍很小的無規則振動.因此,固體不但具有一定的體積,還具有一定的形狀.

2.液態:液體分子間的距離也很小,分子之間的作用力也能體現得比較明顯,但與固體分子相比,液體分子可以在平衡位置附近做範圍較大的無規則振動,而且液體分子的平衡位置不是固定的,是不斷移動的,因此液體雖然具有一定的體積,卻沒有固定的形狀.

3.氣體:氣體分子間的距離較大,分子之間的作用力極小,可認為氣體分子除了與其他氣體分子或器壁碰撞時有相互作用外,分子力可忽略.因而氣體分子總是做勻速直線運動,直到碰撞時才改變方向.所以氣體沒有一定的體積,也沒有一定的形狀,總是充滿整個空間.

例題1:下列說法正確的是

A.水的體積很難被壓縮,這是分子間存在斥力的宏觀表現

B.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

C.兩個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,這是分子間存在吸引力的宏觀表現

D.用力拉鐵棒的兩端,鐵棒沒有斷,這是分子間存在吸引力的宏觀表現

參考答案:AD

例題2:分子甲和分子乙距離較遠,設分子甲固定不動,分子乙逐漸向分子甲靠近,直到不能再靠近.在這一過程中(  )

A.分子力總是對分子乙做正功

B.分子乙總是克服分子力做功

C.先是分子乙克服分子力做功,然後分子力對分子乙做功

D.先是分子力對分子乙做正功,然後分子乙克服分子力做功

參考答案:D

解析:由於分子間距大於r0時,分子力表現為引力,因此分子乙從遠處移到距分子甲r0處的過程中分子力做正功;由於分子間距離小於r0時分子力表現為斥力,因此分子乙從距分子甲r0處繼續移近分子甲時要克服分子力做功,故D正確.

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