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    如图所示,甲分子固定在坐标原点O,乙分子位于r轴上,甲、乙两分子间作用力与分子间距离关系图象如图. 现把乙分子从r3处由静止释放,则(  )
    A.乙分子从r3到r1一直加速
    B.乙分子从r3到r2加速,从r2到r1减速
    C.乙分子从r3到r1过程中,两分子间的分子势能先减小后增大
    D.乙分子从r3到距离甲最近的位置过程中,两分子间的分子势能先减小后增加
    魔方格

    本题信息:物理多选题难度容易 来源:未知
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本试题 “如图所示,甲分子固定在坐标原点O,乙分子位于r轴上,甲、乙两分子间作用力与分子间距离关系图象如图. 现把乙分子从r3处由静止释放,则( )A.乙分子从r3到...” 主要考查您对

牛顿第二定律

分子间的相互作用力

分子势能

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  • 牛顿第二定律
  • 分子间的相互作用力
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内容:

物体的加速度跟所受的外力的合力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同,表达式F=kma。在国际单位制中,k=1,上式简化为F=ma。牛顿这个单位就是根据牛顿第二定律定义的:使质量是1kg的物体产生1m/s2加速度的力,叫做1N(kg·m/s2=N)。

对牛顿第二定律的理解:

①模型性
牛顿第二定律的研究对象只能是质点模型或可看成质点模型的物体。
②因果性
力是产生加速度的原因,质量是物体惯性大小的量度,物体的加速度是力这一外因和质量这一内因共同作用的结果。
③矢量性
合外力的方向决定了加速度的方向,合外力方向变,加速度方向变,加速度方向与合外力方向一致。其实牛顿第二定律的表达形式就是矢量式。
④瞬时性
加速度与合外力是瞬时对应关系,它们同生、同灭、同变化。
⑤同一性(同体性)
中各物理量均指同一个研究对象。因此应用牛顿第二定律解题时,首先要处理好的问题是研究对象的选择与确定。
⑥相对性
中,a是相对于惯性系的而不是相对于非惯性系的,即a是相对于没有加速度参照系的。
⑦独立性
F产生的加速度a是物体的总加速度,根据矢量的合成与分解,则有物体在x方向的加速度ax;物体在y方向的合外力产生y方向的加速度ay。牛顿第二定律分量式为:
⑧局限性(适用范围)
牛顿第二定律只能解决物体的低速运动问题,不能解决物体的高速运动问题,只适用于宏观物体,不适用与微观粒子。
牛顿第二定律的应用:

1.应用牛顿第二定律解题的步骤:
(1)明确研究对象。可以以某一个质点作为研究对象,也可以以几个质点组成的质点组作为研究对象。设每个质点的质量为mi,对应的加速度为ai,则有:F合=
对这个结论可以这样理解:先分别以质点组中的每个质点为研究对象用牛顿第二定律:,将以上各式等号左、右分别相加,其中左边所有力中,凡属于系统内力的,总是成对出现并且大小相等方向相反,其矢量和必为零,所以最后得到的是该质点组所受的所有外力之和,即合外力F。。
(2)对研究对象进行受力分析,同时还应该分析研究对象的运动情况(包括速度、加速度),并把速度、加速度的方向在受力图旁边表示出来。
(3)若研究对象在不共线的两个力作用下做加速运动,一般用平行四边形定则(或三角形定则)解题;若研究对象在不共线的三个或三个以上的力作用下做加速运动,一般用正交分解法解题(注意灵活选取坐标轴的方向,既可以分解力,也可以分解加速度)。
(4)当研究对象在研究过程的小同阶段受力情况有变化时,那就必须分阶段进行受力分析,分阶段列方程求解。
2.两种分析动力学问题的方法:
(1)合成法分析动力学问题若物体只受两个力作用而产生加速度时,根据牛顿第二定律可知,利用平行四边形定则求出的两个力的合力方向就是加速度方向。特别是两个力互相垂直或相等时,应用力的合成法比较简单。
(2)正交分解法分析动力学问题当物体受到两个以上的力作用而产生加速度时,常用正交分解法解题。通常是分解力,但在有些情况下分解加速度更简单。
①分解力:一般将物体受到的各个力沿加速度方向和垂直于加速度方向分解,则:(沿加速度方向),(垂直于加速度方向)。
②分解加速度:当物体受到的力相互垂直时,沿这两个相互垂直的方向分解加速度,再应用牛顿第二定律列方程求解,有时更简单。具体问题中要分解力还是分解加速度需要具体分析,要以尽量减少被分解的量,尽量不分解待求的量为原则。
3.应用牛顿第二定律解决的两类问题:
(1)已知物体的受力情况,求解物体的运动情况解这类题目,一般是应用牛顿运动定律求出物体的加速度,再根据物体的初始条件,应用运动学公式,求出物体运动的情况,即求出物体在任意时刻的位置、速度及运动轨迹。流程图如下:

(2)已知物体的运动情况,求解物体的受力情况解这类题目,一般是应用运动学公式求出物体的加速度,再应用牛顿第二定律求出物体所受的合外力,进而求出物体所受的其他外力。流程图如下:

可以看出,在这两类基本问题中,应用到牛顿第二定律和运动学公式,而它们中间联系的纽带是加速度,所以求解这两类问题必须先求解物体的加速度。
知识扩展:

1.惯性系与非惯性系:牛顿运动定律成立的参考系,称为惯性参考系,简称惯性系。牛顿运动定律不成立的参考系,称为非惯性系。
2.关于a、△v、v与F的关系
(1)a与F有必然的瞬时的关系F为0,则a为0; F不为0,则a不为0,且大小为a=F/m。F改变,则a 立即改变,a和F之间是瞬时的对应关系,同时存在,同时消失.同时改变。
(2)△v(速度的改变量)与F有必然的但不是瞬时的联系 F为0,则△v为0;F不,0,并不能说明△v就一定不为0,因为,F不为0,而t=0,则△v=0,物体受合外力作用要有一段时间的积累,才能使速度改变。
(3)v(瞬时速度)与F无必然的联系 F为0时,物体可做匀速直线运动,v不为0;F不为0时,v可以为0,例如竖直上抛到达最高点时。

分子间有空隙的依据:

分子可以永不停息地运动
气体容易被压缩
水与酒精混合后总体积减小
物体的热胀冷缩等

分子力:

1.概念:分子间同时存在着引力和斥力,分子力是二者的合力。
2. 存在依据:分子间有空隙,但液体仍有一定的体积,固体有一定的形状和体积等;固体很难被拉断,固体、液体很难被压缩等
3.分子间引力与斥力都随分子间距离的减小而增大,但斥力随距离变化快,分子力与分子间距离不是单调关系






分子势能:

分子势能则是组成物质的分子间由于有相互作用力而具有由它们的相对位置决定的势能。分子势能的大小与分子间的距离有关,即与物体的体积有关。分子势能的变化与分子间的距离发生变化时分子力做正功还是做负功有关。
1、当分子间的距离r>r0时,分子间作用力表现为引力,随着分子间距离的增大,分子力做负功,所以分子势能随分子间距离的增大而增大;
2、当分子间的距离r<r0时,分子间作用力表现为斥力,随着分子间距离的减小,分子力做负功,所以分子势能随分子间距离的减小而增大;
3、当分子间的距离r=r0时,分子间作用力合力为零,此时分子势能最小;
4、若取无穷远处(即分子间距r≥10r0时,此时分子间作用力可忽略不计)分子势能为零,则分子势能Ep与分子间距r的关系图象如图所示。


分子力曲线与分子势能曲线的对比:


利用分子势能图像解题:

分子势能与分子间距离有关。当改变分子间距离时,分子力做功,分子势能也随之改变。当分子力做正功时,分子势能减小;当分子力做负功时,分子势能增大。结合分子势能图像,可以更清楚地理解。
(1)当r>r0时,分子间的作用力表现为引力,分子间的距离增大时,分子力做负功,因而分子势能随分子间距离的增大而增大。
(2)当r<r0时,分子间的作用力表现为斥力,分子间的距离增大时,分子力做正功,因而分子势能随分子间距离的增大而减小。
(3)当r≥10r0(数量级为10一9m)时,分子间的作用力可以忽略。如果选取此时的分子势能为零,那么分子势能与分子间距离的关系可用下图表示。注意,当r=r0时,分子势能最小。分子势能最小并不等同于分子势能为零。分子势能有正负,这里的正负号表示大小,不表示方向。


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