演示
取一枝长约1 m的玻璃管,注入半管清水,再注入酒精,使液面几乎达到管口。上下几次颠倒玻璃管,观察管中液体体积的变化。
这个实验说明了什么?
分子间的作用力
气体很容易被压缩,说明气体分子之间存在着很大的空隙。水和酒精混合后总体积会减小,说明液体分子之间存在着空隙。压在一起的金片和铅片,各自的分子能扩散到对方的内部,说明固体分子之间也存在着空隙。
分子间虽然有空隙,大量分子却能聚集在一起形成固体或液体,说明分子之间存在着引力。用力拉伸物体,物体内要产生反抗拉伸的弹力,说明分子间存在着引力。把两块纯净的铅压紧,它们会“粘”在一起,甚至下面吊一个重物也不能把它们拉开,这也说明分子间存在引力。
图7.3-1 压紧的铅块会“粘”在一起
分子间有空隙,但是用力压缩物体,物体内会产生反抗压缩的弹力,这说明分子之间还存在着斥力。
深入的研究表明,两个邻近的分子之间的确同时存在着引力和斥力,引力和斥力的大小都跟分子间的距离有关,它们随分子间距离变化的关系如图7.3-2所示。图中的横坐标r表示两个分子间的距离,纵坐标F斥和F引的绝对值分别表示其中一个分子所受斥力和引力的大小。图中上面的曲线表示F斥随r变化的关系,下面的曲线表示F引随r变化的关系。
图7.3-2 分子间的作用力与距离的关系
从图7.3-2可以看到,F斥和F引都随着r的增大而减小,但F斥比F引减小得更快。当两个分子的距离为r0时,其中一个分子所受的引力与斥力相等,那么这个分子所受的合力为0。当分子间的距离小于r0时,作用力的合力表现为斥力;当分子间的距离大于r0时,作用力的合力表现为引力。
习惯上斥力以正值表示,引力以负值表示,所以,F斥和F引分别画在横轴的上方和下方。
在下面的思考与讨论中,可以按照这个规则判断得出的合力是斥力还是引力。
思考与讨论
请在图7.3-2中作出一个分子所受另一个分子的斥力与引力的合力随分子间距离r变化的图象。例如,当r=OP时,这个分子所受斥力的大小可以用线段PC的长度表示,所受引力的大小用PD的长度表示。从C向下作CQ=PD,于是线段PQ的长度就代表了合力F的大小:F=F斥-F引。
再作出r取其他大约10个值时代表合力的点,连成平滑曲线。这条曲线将在本章第5节用到,因此作图时要尽可能准确。