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1、第七章 分子动理论1.1.3分子间的相互作用力 一、教学目标1、通过对生活中现象的分析，了解分子间存在引力和斥力，并进一步分析分子间作用力随距离变化的规律。2、能够运用分子动理论，从微观角度解释固体、液体和气体的宏观表现。二、教学重点1.通过分子之间存在间隙和分子之间有引力和斥力的一些实验现象和事实，推理论证出分子之间同时存在着引力和斥力;2.了解分子间的引力和斥力都随分子间距离的变化而变化，而分子力是引力和斥力的合力，并能正确理解分子间作用力与距离关系的曲线的物理意义。三、教学过程导论：物理是重视实验的学科，而分子动理论正是在坚实的实验基础上建立起来的。在之前的课程中，我们已经通过单分子油膜
2、实验、隧道扫描显微镜观察碳原子的分布等实验，知道物质是由很小的分子组成的，分子大小在10-10m数量级。我们又通过扩散现象和布朗运动等实验知道了分子是永不停息地做无规则运动的。分子动理论还告诉我们分子之间有相互作用力。我们知道，天体的运行遵循着万有引力定律。数亿年来，八大行星能够按照自己的轨道稳定地运行着，是因为万有引力的作用。那么从宏观的天体到微观的组成物质的分子，人类很难不去好奇，分子之间是否也有类似的力的作用呢？1. 分子间存在引力和斥力（1）第一组实验现象： 1） 气体可以被压缩。2） 水和酒精混合后总体积减小。3） 压在一起的铅块和金块会互相扩散。推论：上述实验现象可以说明气体、液体
3、和固体的内部分子之间都是有间隙的。（即使是钢铁这样坚固的固体的分子之间也有间隙，有人用两万标准大气压的压强压缩钢筒内的油，发现油可以透过筒壁溢出。）（2） 第二组实验现象1） 液滴、固体中分子的聚集2） 弹簧具有弹力3） 压紧的铅块很难被拉开推论：一方面分子间有空隙，另一方面，固体、液体内大量分子却能聚集在一起形成固定的形状或固定的体积，这两方面的事实，使我们推理得出分子之间一定存在着相互吸引力。（3）第三组实验现象1） 固体有一定的形状2） 液体、固体很难被压缩推论：运用反证法推理，如果分子之间只存在着引力，分子之间又存在着空隙，那么物体内部分子都吸引到一起，填满这些空隙，但事实并不是这样的
4、，说明必然还有斥力存在着。2. 分子间引力和斥力的大小跟分子间距离的关系经过研究发现分子之间的引力和斥力都随分子间距离增大而减小。但是分子间斥力随分子间距离增大而减小得更快些，如图1中两条有色曲线所示。图1 分子间的引力和斥力由图像可知：a.F引、F斥同时存在b.F引、F斥都随r增大而减小c.F斥随r变化得更快一些d.距离r 较小时，F引 F斥，对外表现的分子力F 为引力。e.当F引=F斥，分子处于平衡位置，此时的分子间距离记为r0（r010-10m）。由于分子间同时存在引力和斥力，两种力的合力叫做分子力。当两个分子间距在图象横坐标r0距离时，分子间的引力与斥力平衡，分子间作用力为零，r0的数
5、量级为10-10m，相当于距离为r0的位置叫做平衡位置。思考1：当两个分子间的距离从小于r0的位置逐渐増大，直至远大于r0时：分子间的引力如何变化? (逐渐减小)分子间的斥力如何变化? （逐渐减小）分子间引力与斥力的合力又如何变化? （先减小，后增加，再减小）如图2图2 分子力示意图联想：两个用弹簧连接的小球，弹簧原长为r0当有外力压缩它们时，弹簧缩短，相当于rr0，这时他们相互吸引，表现为引力。3.分子动理论（1）内容：物体是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运动，分子之间存在着引力和斥力。（2）统计规律 微观方面：各个分子的运动都是不规则的，带有偶然性。 宏观方面：大量分子的运动有
6、一定的规律，叫做统计规律。大量分子的集体行为受统计规律的支配。4.重点阐述：1分子运动的统计规律 由大量的偶然事件的整体所表现出来的规律，叫做统计规律。统计规律表现这些偶发事件整体的和必然的联系，而个别事件的特征和偶然联系已经不是重点了。 例如气体在无序运动中不断发生碰撞，每个分子的运动速率不断地发生变化。在某一特定时刻，某个特定分子究竟具有多大的速度完全是偶然的，不能预知。但对大量分子的整体，在一定条件下，实验和理论都证明它们的速率分布遵从一定的统计规律。2分子力与物体三态不同的宏观特征 分子间的距离不同，分子间的作用力表现也就不一样。 固体分子间的距离小，分子之间的作用力表现明显，其分子只
7、能在平衡位置附近做范围很小的无规则振动。因此，固体不但具有一定的体积，还具有一定的形状。 液体分子间的距离也很小，液体分子可以在平衡位置附近做范围较大的无规则振动，而且液体分子的平衡位置不是固定的，因而液体虽然具有一定的体积，却没有固定的形状。气体分子间距离较大，彼此间的作用力极为微小，可认为分子除了与其他分子或器壁碰撞时有相互作用外，分子力可忽略。所以宏观上气体没有一定的体积，也没有一定的形状，总是充满整个容器。5.课堂小结分子间存在相互作用的引力和斥力 分子间引力和斥力同时存在，且都随分子间距离的增大而减小，但斥力变化快，实际表现出的分子力是分子引力和分子斥力的合力 分子力的表现及变化，注
8、意两个距离，即平衡距离r0（约1010m）与10r0。 （a）当分子间距离r =r0时，引力等于斥力，分子力为零。 （b）当分子间距离rr0时，斥力大于引力，分子力表现为斥力。当分子间距离由r0减小时，分子力不断增大 （c）当分子间距离rr0时，引力大于斥力，分子力表现为引力。当分子间距离由r0增大时，分子力先增大后减小分子动理论：物体是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运动，分子之间存在着引力和斥力。 统计规律：由大量的偶然事件的整体所表现出来的规律，叫做统计规律。6.课后反思分子动理论其实是一堂逻辑性非常强的课。所有的固体液体和气体的宏观表现学生都很熟悉，但要从分子尺度去解释这些现象，需要有非常完备的推理过程。这堂课的设计从论证分子间有间隙入手，到论证分子间存在引力，最后到分子间同时存在斥力，帮助学生一步步建立起微观世界与宏观现象的联系。分子间的作用力如何随距离变化是本节课的一个难点。教师希望先抓住引力和斥力的共同点都随距离增大而减小，再讨论它们的不同之处斥力变化得更快些，来帮助学生理解分子间作用力的变化趋势。最后联系分子间的相互作用力随分子间距的变化来解释物质的三态，较利于学生理解。统计规律的提出与高中数学第九章的内容遥相呼应，建议物理老师可以和数学老师共同备课，以建立学科间的联系，利于学生理解。学科网（北京）股份有限公司