分子力

3、分子间的相互作用力

一、教学目标

1、知道分子同时存在着相互作用的引力和斥力，表现出的分子力是引力和斥力的合

力。

2、知道分子力随分子间距离变化而变化的定性规律，知道分子间距离是时分子力

为零，知道的数量级。

3、了解在固体、液体、气体三种不同物质状态下，分子运动的特点。

4、通过一些基本物理事实和实验推理得出分子之间有引力，同时有斥力。这种以事

实和实验为依据求出新的结论的思维过程，就是逻辑推理。通过学习这部分知识，培

养学生的推理能力。

二、重点、难点的分析

1．重点内容有两个，一是通过分子之间存在间隙和分子之间有引力和斥力的一些演

示实验和事实，推理论证出分子之间存在着引力和斥力；二是分子间的引力和斥

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，能正确理解分

子间作用力与距离关系的曲线的物理意义。

2．难点是形象化理解分子间作用力跟分子间距离关系的曲线的物理意义。

三、教具

1．演示分子间有间隙的实验。

①约lm长的，外径约lcm的玻璃管，各约20～30ml的酒精和有红色颜料的水、

橡皮塞。

②长15cm的U形玻璃管、架台、橡皮塞、红墨水。

2．演示分子间存在引力的实验。

两个圆柱形铅块(端面刮光、平滑)、支架、钩码若干。用细线捆住的平板玻璃、

直径20cm的盛水玻璃槽、弹簧秤。

3．图片：分子力随分子间距离变化的曲线和两个分子距离在r＝，r>，r<

时分子力的示意图。

四、教学过程

(一)引入新课

分子动理论是在坚实的实验基础上建立起来的。我们通过单分子油膜实验、离子

显微镜观察钨原子的分布等实验，知道物质是由很小的分子组成的，分子大小在

m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，这结论的实验依据是什么?

分子间相互作用力有什么特点?这是今天要学习的问题。

(二)教学过程设计

1．已知的实验事实分析、推理得出分子之间存在着引力，

(1)演示实验：

①长玻璃管内，分别注入水和酒精，混合后总体积减小。

②U形管两臂内盛有一定量的水(不注满水)，将右管端橡皮塞堵住，左管继续注

入水，右管水面上的空气被压缩。

提问学生：这两个实验说明了什么问题?

总结归纳学生的回答：上述实验可以说明气体、液体的内部分子之间是有空隙的。

钢铁这样坚固的固体的分子之间也有空隙，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。

布朗运动和扩散现象不但说明分子不停地做无规则运动，同时也说明分子间有空

隙，否则分子便不能运动了。

前面第一节讨论分子的大小时，认为固体和液体分子是一个挨一个排列的，那只

是估算分子直径的数量级而做的设想，实际上分子大小比估算值要小，中间存在着空

隙，但数量级还是正确的。

(2)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，使我们推理出分子之间一定存在着相

互吸引力。

(3)演示实验：两个圆柱体形铅块，当把端面刮平后，让它们端面紧压在一起，

合起来后，它们不分开，而且悬挂起来后，下面还可以吊起一定量的重物。

还有平时人们用力拉伸物体时，为什么不易拉断物体。

(4)以上所有实验事实都说明分子之间存在着相互吸引力。

2．根据已知的实验事实，推理得出分子之间还存在着斥力。

提问学生：由哪些实验事实，判断得出分子之间有斥力?

综合学生的回答，总结出：固体和液体很难被压缩，即使气体压缩到了一定程度

后再压缩也是很困难的；用力压缩固体(或液体、气体)时，物体内会产生反抗压缩的

弹力。这些事实都是分子之间存在斥力的表现。

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，造

成所有物体都是很紧密的物质。但事实不是这样的，说明必然还

有斥力存在着。

3．分子间引力和斥力的大小跟分子间距离的关系。

(1)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加大而减小得更快些，如图1中两条虚线所

示。

(2)由于分子间同时存在引力和斥力，两种力的合力又叫做分子力。在图1图象

中实线曲线表示引力和斥力的合力(即分子力)随距离变化的情况。当两个分子间距在

图象横坐标距离时，分子间的引力与斥力平衡，分子间作用力为零，的数量级为

m，相当于位置叫做平衡位置。

分子间距离当r<时，分子间引力和斥力都随距离减小而增大，但斥力增加得

更快，因此分子间作用力表现为斥力。展示幻灯片图2。当r>时，引力和斥力都随

距离的增大而减小，但是斥力减小的更快，因而分子间的作用力表现为引力，但它也

随距离增大而迅速减小，当分子距离的数量级大于m时，分子间的作用力变得十

分微弱，可以忽略不计了。在图2中表示分子间距离r不同的三种情况下，分子间引

力斥力大小的情况。

4．固体、液体和气体的分子运动情况。

分子动理论告诉我们物体中的分子永不停息地做无规则运动，它们之间又存在着

相互作用力。分子力的作用要使分子聚集起来，而分子的无规则运动又要使它们分散

开来。由于这两种相反因素的作用结果，有固体、液体和气体三种不同的物质状态。

(1)提问学生：固体与液体、气体比较有什么特征?

总结学生回答的结果，说明固体为什么有一定的形状和体积呢?因为在固体中，

分子间距离较近，数量级在m，分子之间作用很大，绝大部分分子只能在各自平

衡位置附近做无规则的振动。

(2)液体分子运动情况。

固体受热温度升高，最终熔化为液体，对大多数物质来说，其体积增加10％，

也就是说分子之间距离大约增加3％。因此，液体分子之间作用力很接近固体情况，

分子间有较强的作用力，分子无规则运动主要表现为在平衡位置附近振动。但由于分

子间距离有所增加，使分子也存在移动性，所以液体在宏观上有一定的体积，而又有

流动性，没有固定的形状。

(3)液体汽化时体积扩大为原来的1000倍，说明分子间距离约增加为原来

，即10倍。因此气体分子间距离数量级在m，分子间除碰撞时有相互

作用力外，彼此之间一般几乎没有分子作用力，分子在两次碰撞之间是自由移动的。

所以气体在宏观上表现出没有一定的体积形状，可以充满任何一种容器。

五、课堂小结

1．前面三课时内学习的内容是对初中物理已学过的分子动理论的加深和扩展。

总结起来，分子动理论内容是：物体是由大量分子组成的，分子做永不停息的无规则

热运动，分子之间存在着引力和斥力。分子动理论是建立在大量实验事实基础上的，

这理论是解释、分析热现象的基本理论。

2．通过实验知道分子之间存在着引力和斥力，而且知道分子间的引力和斥力都

随分子间距离增大而减少，尤其斥力随距离增大减小得更快。由于分子间的斥力和引

力同时存在，每个分子受到引力和斥力的合力大小及方向随分子间距离大小而改变。

其中分子间距离在m的数量级有一个平衡位置()，此位置下，斥力与引力的

合力为零。当分子间距离大于引力显著，当分子间距离小于斥力显著。分子间距

离接近m时，分子间作用力将微小到可忽略的程度。

3．固体、液体、气体三种状态的分子之间距离不同，分子之间作用力的变化也

由大到小至几乎不计。造成固、液、气三种物质状态的特性不同。

课堂练习：

1．用分子动理论的知识解释下列现象：

(1)洒在屋里的一点香水，很快就会在屋里的其他地方被闻到。

(2)水和酒精混合后，总体积减小。

(3)高压下的油会透过钢壁渗出。

(4)温度升高，布朗运动及扩散现象加剧。

(5)固体不容易被压缩和拉伸。

2．把一块洗净的玻璃板吊在橡皮筋的下端，使玻璃板水平地接触水面(如图3)。

如果你想使玻璃板离开水面，用手向上拉橡皮筋，拉动玻璃板的力是否大于玻璃板受

的重力?动手试一试，并解释为什么?

课堂上，表演后让学生回答。

正确答案是：拉力会大于玻璃板的重力。玻璃板离开水面时水会发生分裂，由于

水分子之间有引力存在，外力要克服这些分子引力造成外界拉力大于玻璃板的重力。

玻璃板离开水面后，可以看到玻璃板下表面上仍有水，说明玻璃板离开水时，水层发

生断裂。