思维特训(一) 分子间的引力和斥力-word文档

思维特训(一)分子间的引力和斥力|典|例|分|析|分子间的引力和斥力例1分子力，又称分子间作用力、范得瓦耳斯力，是指分子间的相互作用。

当两分子相距较远时，分子力表现为引力；当分子间距离非常近时，分子力主要表现为斥力。

实验表明，气体很容易被压缩；把体积分别为50 cm3的水和酒精混合，总体积小于100 cm3；高温下碳原子可渗透到钢制表面。

这些都说明分子、原子间有一定的距离。

相隔一定距离的固体和液体分子仍能聚集在一起不分散，是因为存在分子间作用力。

分子间作用力由引力和斥力组成，引力对抗拉伸，斥力对抗压缩。

图1－TX－1如图1－TX－1所示为分子间作用力关系图，r表示两分子间距离，r0表示引力和斥力相平衡的距离。

F斥表示斥力曲线，F引表示引力曲线，F分子表示合力曲线。

由图可知，随分子间距离r的增大，分子力先减小到零后增大再减到零，对外表现为先斥力后引力。

(1)分子间引力和斥力大小均与________有关。

固体和液体很难被压缩，说明分子间存在________。

分子间的引力和斥力都随着分子间距离的增大而________。

(2)下列有关分子力的说法中，正确的是________。

A．当r＝r0时，分子间没有力的作用B．当r＜r0时，分子间的作用力只有斥力C．当r＞r0时，分子间的作用力只有引力D．当r＝10r0时，分子间的作用力可以忽略[解析] (1)由分子间作用力关系图可知：分子间的作用力与分子间的距离有关。

分子间作用力随着分子间距离的增大而减小，且斥力减小得更快。

固体和液体很难被压缩，说明分子间存在斥力。

(2)分子间同时存在着引力和斥力，当r＝r0时，分子引力与斥力相等，分子间既不表现为引力，也不表现为斥力，但并不是分子间没有力的作用，故A错误；当r＜r0时，分子引力小于斥力，分子间的作用力表现为斥力，并非只有斥力，故B错误；当r＞r0时，分子引力大于斥力，分子间的作用力表现为引力，并非只有引力，故C错误；当r＝10r0时，分子间的作用力小到可以忽略，故D正确。

[答案] (1)分子间的距离斥力减小(2)D热量计算例2上海市竞赛题质量相等的28 ℃、100 ℃的水分别装在甲、乙两容器中，现将一个温度为100 ℃的金属球放入甲容器中，二者温度相同时，甲容器中水温升高到40 ℃，然后迅速取出金属球放入乙容器中，再次达到温度相同时，乙容器中水温是(不计热量损失和水的质量损失)()A．60 ℃B．70 ℃C．88 ℃D．90 ℃[解析] 此题可根据热平衡方程Q吸＝Q放求解。

设金属球的质量为m金，比热容为c金，水的质量为m水，比热容为c水，当金属球放入甲容器中时，由于不计热量损失，则有：c金m金(100 ℃－40 ℃)＝c水m水(40 ℃－28 ℃)；①当将金属球从甲容器中取出放入乙容器中时，由于不计热量损失，则有c金m金(t－40 ℃)＝c水m水(100 ℃－t)；②①②得：c金m金（100 ℃－40 ℃）c金m金（t－40 ℃）＝c水m水（40 ℃－28 ℃）c水m水（100 ℃－t），可得t＝90 ℃。

[答案] D例3浙江省第十届科学竞赛在野外施工中，需要把质量为4.2 kg的铝合金构件的温度从10 ℃升高到63 ℃或以上。

现只有保温瓶中1.2 kg、温度为90 ℃的热水可以利用，不计热损失，请设计一个加热构件的方案。

甲同学设计的方案和运算如下：将铝合金构件直接放入90 ℃热水中，在不考虑热损失的前提下，热水放出的热量等于构件吸收的热量。

根据热量计算公式：Q放＝c水m水(t01－t)、Q吸＝c金m金(t－t02 )，将数值代入计算，得出构件与热水在达到热平衡时的温度t≈56.2 ℃。

显然，这种方案不能使构件达到规定的温度。

乙同学设计的方案是把90 ℃的热水分成等质量的两份，让构件先放入第一份90 ℃的热水中，达到热平衡后取出，再放入第二份90 ℃的热水中，再使构件与热水达到热平衡。

通过计算表明，这一方案可使构件的最后温度达到61.7 ℃。

问：[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，铝合金的比热容为0.88×103J/(kg·℃)](1)怎样才能让构件达到63 ℃呢？请写出你的设计方案。

(2)若采用最佳加热方案，构件最后的温度可达69.5 ℃。

这一结果启示我们，工业上也可以用类似方法用冷水冷却某些构件，请简要说明这种最佳冷却方案。

[解析] (1)操作方案：将保温瓶中t01＝90 ℃的热水分若干次倒出来。

第一次先倒出一部分，与温度为t02＝10 ℃的构件充分接触，并达到热平衡，构件温度升高到t1；将这部分温度为t1的水倒掉，再从保温瓶中倒出一部分热水，再次与温度为t1的构件接触，并达到热平衡，此时构件的温度升高到t2；再将这些温度为t2的热水倒掉，然后再从保温瓶中倒出一部分热水使温度为t2的构件升温……直到最后一次将剩余的热水倒出来与构件接触，达到热平衡，最终就可使构件的温度达到所要求的值。

验证：如将1.2 kg热水分3次倒出，每次倒出m0＝0.4 kg，在第一次使热水与构件达到热平衡的过程中：Q1＝c水m0(t01－t1)，Q1′＝c金m金(t1－t02)，因为Q1＝Q1′，所以c水m0(t01－t1)＝c金m金(t1－t02)即4.2×103J/(kg·℃)×0.4 kg×(90 ℃－t1)＝0.88×103J/(kg·℃)×4.2 kg×(t1－10 ℃)，解得：t1＝35 ℃。

同理第二次热平衡过程中：4．2×103J/(kg·℃)×0.4 kg×(90 ℃－t2)＝0.88×103J/(kg·℃)×4.2 kg×(t2－35 ℃)，解得t2＝52.1875 ℃。

第三次热平衡过程中：4．2×103J/(kg·℃)×0.4 kg×(90 ℃－t3)＝0.88×103J/(kg·℃)×4.2 kg×(t3－52.1875 ℃)，解得t3≈64 ℃。

由此可知，至第三次时构件温度可达到64 ℃。

(2)用冷水对构件进行流水喷淋(或用流水法进行)，因为这样能充分地利用资源，使物体间内能更有效地转移，最大限度地实现降温。

[答案] (1)把热水均分成三份(超过三份的其他具体份数也可)，将构件放入第一份热水中，构件与热水达到热平衡后取出，放入第二份热水中，再使构件与热水达到热平衡后取出，放入第三份热水中再次与热水达到热平衡，这样可使构件温度达到64 ℃。

(2)用冷水对构件进行流水喷淋可最大限度地实现降温。

|思|维|集|训|1．全国第二十四届“巨人杯”物理竞赛2019年6月20日，我国宇航员王亚平首次进行了太空授课。

图1－TX－2所示为王亚平所做实验的一个画面，图中的水呈球状而不破裂，除了失重的原因外，还主要是因为()A．水球的外表面有一层很薄的橡皮膜B．水球表面分子之间相互作用的引力大于斥力C．在实验用水中事先添加了某些特殊物质D．到外太空后，水的分子结构发生了变化图1－TX－22．在如图1－TX－3所示的绝热装置中有一双层金属容器。

在内层容器中倒入温度为80 ℃的水，用温度计I测量其温度；在外层容器中倒入相同质量的温度为20 ℃的水，用温度计Ⅱ测量其温度。

如果认为热传递只在双层容器内部进行，那么根据每隔相等时间记录的两支温度计的示数，可绘制出热水的降温图线(用虚线表示)和冷水的升温图线(用实线表示)。

图1－TX－4中，最能反映上述两个容器内水温变化的图象是()图1－TX－3图1－TX－43．2019年全国初中应用物理竞赛如图1－TX－5所示的两个完全相同的陶瓷杯中分别装有半杯刚冲好的热茶和半杯冷牛奶，如果将它们混合在一起，想尽快做一杯温度尽可能低一些的奶茶，以下方法效果最好的是()图1－TX－5A．将热茶冷却2 min之后再把冷牛奶倒入热茶杯中B．把冷牛奶倒入热茶杯中，再冷却2 minC．把热茶冷却2 min之后再把热茶倒入冷牛奶杯中D．把热茶倒入冷牛奶杯中，再冷却2 min4．5 ℃的冷水和60 ℃的热水混合，得到50 ℃的温水。

若不计热损失，可以判断()A．混合前热水的内能不一定比冷水的内能大B．混合前热水的内能一定比冷水的内能大C．热水质量不一定比冷水质量大D．热水质量一定比冷水质量小5．质量相同的三杯水，初温分别是t1、t2、t3，且t1＜t2＜t3，把它们混合后，不计热损失，则混合后温度是()A .t 1＋t 2＋t 32B .t 1＋t 2＋t 33C .t 3－t 12＋t 2D ．t 3－t 1＋t 226．上海市第二十八届“大同杯”物理竞赛A 、B 两物体质量相等，温度均为10 ℃；甲、乙两杯水质量相等，温度均为50 ℃。

现将A 放入甲杯，B 放入乙杯，热平衡后甲杯水温降低了4 ℃，乙杯水温降低了8 ℃，不考虑热量的损失，则A 、B 两物体的比热容之比为( )A ．4∶9B ．3∶5C ．2∶3D ．1∶27．如图1－TX －6所示，甲、乙两球完全相同，分别浸没在水和水银的同一深度处，甲、乙两球是用同种特殊材料制成的。

当温度稍微升高时，球的体积会变大。

如果开始水和水银的温度相同，且两液体温度同时缓缓地升高同一值，则( )图1－TX －6A ．甲球吸收的热量较多B ．乙球吸收的热量较多C ．两球吸收的热量相等D ．无法确定8．证明液体、气体分子做杂乱无章运动的最著名的实验是英国植物学家布朗发现的布朗运动。

1827年，布朗把花粉放入水中制成悬浮液，然后取出一滴这种悬浮液放在显微镜下观察，发现花粉小颗粒在水中像着了魔似的不停运动，而且每个小颗粒的运动方向和速度大小都改变得很快，不会停下来。

这些小颗粒由于受液体分子撞击不平衡，从而表现出无规则运动的状况。

(1)布朗运动是________运动。

A ．分子B ．原子C ．电子D ．花粉小颗粒(2)布朗运动实质上是反映了______(选填“个别”或“所有”)分子的运动是______(选填“无”或“有”)规则的。

(3)如何使布朗运动加快？答：________。

(4)本实验用到的物理研究方法是______。

9．如图1－TX－7所示，空气清洁剂和气雾杀虫剂的灌装原理是相同的。

将药液装进密封的罐里，再充入高压气体，喷液管伸到罐底。

使用时通过按压喷嘴按钮打开出液口，药液受高压气体的作用，呈喷雾状喷出，松开手指，依靠弹簧的作用，喷嘴按钮复原，出液口关闭。

图1－TX－7(1)由喷嘴喷出的雾状药液是__________(选填“气体”“小液滴”或“固体小颗粒”)，室内很快充满清香气味，是由______________________(微观解释)引起的。