熱學知識:分子間的作用力

2020-12-06 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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