公开课教案
3、分子间的相互作用力
【教学目的】
1、知道分子间同时存在引力和斥力，分子力是引力和斥力的合力；
2、知道分子力的引力、斥力和合力随间距变化的规律；
3、知道合力为零时的特殊值r 0的数量级，知道合力趣于零时的分子间距是10 r0；
4、能用分子力的规律解释某些简单的现象。
【教学重点】
分子的引力、斥力和合力随间距变化的规律；用分子力规律解释一些简单的现象。
【教学难点】
分子间同时存在引力和斥力的理解。
【教具】
1．演示分子间有间隙的实验：
① 约1m 长的，外径约1cm 的玻璃管，各约20～30ml 的酒精和水、注射器。 ②长15cm 的U 形玻璃杯、黑墨水。
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）、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．幻灯片：分子力随分子间距离变化的曲线和两个分子距离在r=r0，r ＞ r 0，r ＜r 0时分子力的示意图。
【教学过程】
10-10m 个粒子数 扩散现象和布朗运动
二、导入新课：
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，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。
首先设问：既然分子在做无规则运动, 分子间是否紧密排列、无空隙？
1、分子间有间隙.
由已知的实验事实分析、推理得出分子之间存在着空隙。
（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。
②玻璃杯盛有一定量的水，注入黑墨水。
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。
（2）出示图片：扫描隧道显微镜拍摄的石墨表面原子结构图。可看出碳原子间有空隙；
（3）同时举例：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。
进一步说明：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。
最后得出：一切固体、液体、气体分子之间有空隙。
我们知道，物体都是由一个个分子组成的，而且分子间还有空隙。可是，要把固体的一部分与另一部分分开却是很困难的。折断一根木棍，拉断一根绳子，却要费相当大的气力，这又是什么原因呢？
（1）分子之间存在相互作用的吸引力。
演示实验：两块铅压紧后能边成一块。
拉伸物体需要用力。
（2）分子之间存在相互相互排斥力。
压缩物体需要用力；固体、液体的体积很难压缩。
我们很难使固体伸长，也很难使它缩短，液体也难被压缩，物体为什么能抗拒外界对它的压缩呢？这是因为，物质分子间不但存在着相互吸引力，也存在着相互排斥力。（反证法：如果只有吸引力，那么所有物体都是很紧密的物质，但事实不是这样）
小结：分子间即有引力也有斥力，引力和斥力是同时存在的，实际表现出来的是分子的引力和斥力的合力，称为分子力。
（1）. 分子力随分子间距的变化图
介绍图象：横轴表示分子间的距离；纵轴表示分子间的作用力；
正值表示F 斥；负值表示F 引；正负求和表示分子力。
（2）. 分子力随分子间距的变化规律
根据图象总结出三点规律：
（A ）r=r0时 F引=F斥 F=0
（B ）r F 引 斥力比引力增加得快，F 对外表现为斥力
（C ）r >r 0时 F引>F 斥 斥力比引力减小得快，F 对外表现为引力
（D ）r ≥10r 0时 F≈0
提问：这个图象表明，引力函数和斥力函数各自是增函数还是减函数（提示：对于矢量，这里只能谈大小的增减）？
学生：均为减函数。（补充介绍：它们是一个比较复杂的幂函数。）
提问：除了方向外，这两条图线还有什么区别？
学生：减小的幅度不同。（补充介绍：幂次方不同。）
（3）、合力图象介绍。描点；特殊点的描述（标示在图上：r 0的数量级为10-10m ）„
提问：我们又该怎样描述合力函数的增减性？
学生：先减后增再减。（补充描述、板书：当r →10r 0时，合力趋近于零。）
提问：方向变化若何？
学生：排斥变为吸引。
这个合力的变化情况显然比较复杂，但我们如果和一些相关的事实联系起来理解，就会发现这个规律的正确性——
事实1：固体或液体在常态下，既不会自发膨胀，也不会自发收缩…
事实2：当我们压缩固体或液体时，会感到非常吃力…
事实3：当我们拉伸物体时，会感到吃力…
事实4：被拉断的物体一般很难接上…
思考启示：从某种程度来讲，分子力合力的这种变化规律，有点象什么力的变化
学生：弹簧弹力。（说明：定量规律当然复杂得多。）
4、分子力的实质
探讨1：是不是由万有引力引起？
相距4×10 m的两个氦分子，万有引力是7×10 N，但测量表明，其间的分子力是6×10-23 N，他们相差1019倍！
探讨2：是不是弹力？
学生进行…
正面介绍：分子间的相互作用力是一种极其复杂的力，但从性质（产生的根源）上来讲，并不是一种基本力。它们是由组成一分子的电子及原子核与另一分子的电子及原子核相互作用而产生的。虽然每一个分子整体显现电中性，但当它们距离很近时，分子之间的电荷相互作用力会使每个分子的正电、负电物质的分布发生微妙的变化（可以理解为正电荷的“重心”和负电荷的“重心”不再重合；而且，距离越近，这种偏离就越严重），致使整体的合力不为零。计算表明，这种分析是合理。所以，分子力的实质是电磁力。
分子力的复杂性不仅仅体现在实质分析较难，还体现在另一个重要的事实：那就是，分子力同时存在引力和斥力。而我们通常感觉到的分子力则是引力和斥力的合力
课堂练习：
1、分子间相互作用力由两部分F 引和F 斥组成，则( A B )
Ａ．F 引和F 斥同时存在;
Ｂ．F 引和F 斥都随分子间距增大而减小;
Ｃ． F引和F 斥都随分子间距增大而增大;
Ｄ．随分子间距增大，F 斥减小，F 引增大 .
解析：分子力是引力和斥力合力． F引和F 斥都随r 增大而减小．
2、解释下列现象.
（１）两块纯净的铅稍用压力就能合在一起；而打碎的玻璃用再大的力也不能合在一起？
解析：铅块切口很平时，稍用压力就能使两断面分子间距达到吸引力作用的距离，从而使两段铅块重新结合在起来；
玻璃断面凹凸不平，即使用再大的力也不能使两断面间距接近分子引力作用的距离，则不能重新接合．
（２）为什么用粉笔在黑板上写字, 黑板上会留下字迹?
解析：由于摩擦, 粉笔的一些分子与粉笔间的距离大到引力不再发生作用. 而在摩擦的过程中, 它们与黑板间的距离小到可以发生分子引力, 因此被黑板吸引, 从而在黑板上留下字迹。
3、做一做： 把一块洗净的玻璃板吊在细线的下端, 使玻璃板水平地接触水面(如图所示). 如果你想使玻璃离开水面, 必须用比玻璃板重量大的力向上拉细线. 动手试一试, 并解释为什么?
解释：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．水分子发生分裂时，由于
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玻璃分子和水分子、水分子之间存在引力，外力要要克服这些分子引力，造成外界拉力大于玻璃板的重力．
本节我们学习了分子力、分子力的变化规律。通过学习，我们知道了分子力是一种极其特殊的力。
（1）分子间同时存在着引力和斥力，都随分子间距离r 的增大而减小，随r 的减小而增大，但斥力比引力变化的快；
r
（2）、当分子间距r r=r0时 分子力表现为
r>r0
斥力 零 引力
（3）当分子间距r 的数量级大于10-9m 时，分子力可忽略不计。
【作业布置】 课后作业：成才之路 P126～P128.
【板书设计】
布朗运动
实质
【反思】
充分的利用直观的演示实验和生活中的现象上好一堂如此“边缘”的物理课，非常不易。充分的准备是关键。对“变化规律”的挖掘程度很合适，事实的调用方面，分量也很恰当。学生能积极地反映，和谐地完成教与学的合作，整个课堂活跃、融洽。整个教学过程体现人们根据已知事实，进行分析、判断、推理的过程。避免一节课自始至终采用教师单独讲授的方式。 0≈10-10m F=0 rr0 F 为引力 r ≥10r 0 F ≈0 扩散现象