3.1原子间的相互作用

3.1原子间的相互作用

【学习目标】

1.理解化学键的概念，知道化学键是物质（分子或晶体）中相邻原子间的强烈的相互作用。

2.知道化学键有离子键、共价键和金属键

【学习内容】

一、性能各异的物质

1.构成物质的微粒有、、。

2.各种元素的原子可能通过、构建成性能各异的物质。

二、化学键

1.化学键

化学键是指的之间的。

原子结合成分子或晶体时，原子间力和力达到平衡。

2.种类

化学键的种类有、、等。

【典型例题】

1.物质的性质各不相同，是（）

A.与元素组成、原子间的作用方式的强弱、原子间的排列方式等相关

B.只与组成元素相关，与原子间的作用无关

C.只与原子间的作用相关、与原子种类无关

D.只由构成物质的原子半径大小决定，与其他无关

2.下列关于化学键的说法错误的是（）

A.化学键包括离子键、共价键和金属键

B.化学键是分子间的相互作用

C.相邻原子间的强烈相互作用称为化学键

D.物质的形成是建立在化学键稳定的基础上

3.下列有关化学反应的叙述正确的是（）

A.有新的物质生成的过程

B.原子重新组合的过程

C.有物质颜色变化的过程一定是化学反应

D.化学反应是旧的化学键断裂、新的化学键形成的过程

4.根据构成原子的微粒的带点情况，请分析两原子接近时，会产生哪些静电作用力？

第三单元 3.1原子间的相互作用

3.1 原子间的相互作用 【学习目标】 1. 了解元素的原子可能通过不同的途径、不同的方式构建成性能各异的物质。 2. 知道物质的组成，结构决定了性质。 3. 了解化学键的概念和化学键的种类。 【学习内容】 Ⅰ相关知识回顾 1. 原子结构。 原子是由原子核和核外电子两大部分组成。原子核带正电荷，核外电子带负电荷。 2. 日常生活知识。 不同首饰的硬度，不同工具、不同物质的硬度等。 3. 化学式。 氯化钠中氯和钠的个数比为1:1.氯气分子是由两个氯原子构成的，水分子是由两个氢原子和一个氧原子构成的。 4. 同素异形体。 由同一种元素形成的结构不同的单质互称为同素异形体。例如：金刚石和石墨都是由碳元素形成的单质，但它们的结构不同，它们之间互称为同素异形体。臭氧和和氧气都是由氧元素组成的单质，但是氧气是双原子分子，臭氧是三原子分子，它们的结构不同，它们之间也互称为同素异形体。由于同素异形体的结构不同，它们之间的转化属于化学变化。同素异形体应具有不同的物理性质。 Ⅱ新知识点讲解 一、物质 思考：构成物质世界的元素只有100多种，但这些元素的原子构成的物质却高达3000多万种，为什么？ 由于原子间的结合方式多种多样，即使相同的一些原子，可以通过不同的结合方式，都成多种物质。 想一想：根据你的了解，仅由碳元素组成的物质有哪些？ 我们在初中化学中已经学过，金刚石和石墨是同素异形体，它们都是只有碳元素组成的，但它们的性质不完全相同，是两种不同的物质。这是由于碳元素的原子间结合的方式不同，组成了性质不同的物质。 只有碳元素组成的物质除金刚石和石墨外，还有许多物质，如C32、C50、C60、C70、C78、C84、C90、C94、C540等足球烯系列的单质。 试列举一些例子，说明原子间结合成物质的方式不一定相同？ 二氧化碳在常温下是气体，而组成与二氧化碳相近的二氧化硅却是坚硬的固体，说明二氧化碳和二氧化硅的结合方式是不同的。 还有哪些因素导致物质众多？ 相同的元素组成的化合物也可能很多。如碳和氢元素组成了如CH4、C2H6、C2H4、C2H2等许多物质。 结论：各种元素的原子可能通过不同的途径，不同的方式构建成性能各异的物质。二、化学键 探究：原子间可能存在哪些作用？ 提示：当两个原子距离较远时，可能存在哪些作用？ 当两个原子距离较近时，可能存在哪些作用？

分子间的相互作用

课题：三、分子间的相互作用 课时：1课时 教学要求：1、让学生知道分子间同时存在着引力和斥力，实际表现出来的分子力，是 分子引力和斥力的合力； 2、让学生知道合力为0时，分子间距离r0数量级是10-10 m； 3、让学生知道当r < r0 时，分子力表现为斥力，并随r的减小而迅速 增大；当r > r0时，分子力表现为引力，并随r 的增大而减小； 4、让学生知道分子力是短程力，当r > 10r0时，分子力为0； 5、使学生能用分子力的知识解释有关简单的现象； 6、让学生了解什么是分子势能，以及分子势能与分子间距离的关系； 教学重点：分子力与分子间距离的关系； 教学难点：分子势能的概念； 教具：弹簧 教学过程： 一、引入新课： 我们知道，分子间存在着相互作用力：引力和斥力。 例如：折断木棍，拉断绳子，很费力； 铁棍很难使之伸长； 拉长的皮筋松手后能恢复原状； 两块铅块压紧后能连在一起； 课本P8 小实验：体验分子力的作用，拉玻璃板的力大于板的重力； 以上这些例子都说明了分子间有引力。 例如：固体、液体很难被压缩，这说明分子间有斥力。 可见：分子间存在引和斥力，拉伸物体时，表现为引力；压缩物体时，表现为斥力； 二、新课讲授： （一）分子力： 气体容易被压缩，水和酒精混合后总体积变小，这些事实说明气体分子之间、液体分子之间都有空隙。有人曾用相当于大气压两万倍的压强压缩钢筒中的油，发现油可以透过筒壁

渗出，这说明组成钢的微粒之间也有空隙。（前面我们认为固体分子和液体分子是一个挨一个地排列的，那只是为了估算分子的大小而做的近似处理）。 但是，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，这是因为分子之间存在着引力。 我们知道，分子间存在着引力和斥力，并且引力和斥力是同时存在的，那么，实际表现出来的分子力，就是分子引力和斥力的合力。 而引力和斥力的大小都跟物体分子间的距离有关。 （二）分子间作用力与分子距离的关系： 当分子间的距离比较大时，分子间的相互作用表现为引力； 当分子间的距离比较小时，分子间的相互作用表现为斥力； 为了帮助想象分子力与分子距离的关系，可采用一种简化的模型： 分子———弹性小球 分子间———轻质弹簧 分子间距离近时，互相排斥；———弹簧被压缩 分子间距离远时，互相吸引；———弹簧被拉长 分子间距离不近不远时，既不吸引也不排斥；———弹簧处于原长 注：1、分子间既不吸引也不排斥的距离，大约是10-10 m 的数量级———平衡距离； 2、分子间的相互作用力是短程力，当距离超过10-9m 的数量级时，分子力十分微弱，可以忽略不计； 3、分子由原子组成的，原子的中心有带正电的原子核，核的外面有带负电的电子。分子间这样复杂的作用力就是由这些带电粒子的相互作用引起的。 （三）分子势能： 地面上的物体与地球相互吸引而具有重力势能，发生弹性形变的弹簧，由于各部分相互作用力而具有弹性势能。同样，由分子动理论可知，分子间也存在相互作用力，要改变分子间的相对位置，就必须克服分子力做功，因此分子也具有由它们的相对位置所决定的———分子势能。 1、分子势能与分子距离有关：

光与原子相互作用

§9-2 光与原子相互作用 人们对于光的种种性质的了解，都是通过观察光与物质相互作用而获得的，光与物质的相互作用，可以归结为光与原子的相互作用，这种相互作用，有三种主要过程：吸收、自发辐射和受激辐射。 一、吸收 E，若没有任何外来光子接近它，则它将保持不变如果有一个原子，开始时处于基态1EEE22 2EEE 111(a)(b)(c)（图9－4） ahv的光子接近这个原子，则它就有可能吸收这个，如果有一个能量为）][图9-4（21hvE b以后，，本来处于基态9-4（的原子，在吸收）]光子，从而提高它的能量状态[图211cE）]，整个图9-4图9-4（就激发到激发态表示原子对光的吸收过程，在吸收过程中，[2不是任何能量的光子都能被一个原子所吸收，只有当光子的能量正好等于原子的能级间隔EE时，这样的光子才能被吸收。—21En u(v)，则单位体积单位时间内吸设处于基态，的原子密度为光的辐射能量密度为 11Ennnnu(v)?)vu(即应该与去的原子数和成正比，因而有收光子而跃迁到激发态2111212n?Bnu(v)（9-6）11212?)vuBn(B表示，为比例系数，称为受激吸收爱因斯坦系数，其中称为吸收速率，用1211212于是（9-6）式可写成 ?n?B12121二、自发辐射 从经典力学的观点来讲，一个物体如果势能很高，它将是不稳定的，与此相类似，处于8?s10的数量激发态的原子也是不稳定的，它们在激发态停留的时间一般都非常短，大约在8?s10，在不受外界的影响时，它们会自发地返回级，所以我们常常说，激发态的寿命约为显然，如到基态去，从而放出光子，这种自发地从激发态返回较低能态而放出光子的过程，En的原子密度为果处于激发态，则自发辐射光子数为22． n?nA（9-7）21212A为自发辐射爱因斯坦系数，其中21EEE222 EE E 111 （图9－5） 图9-5表示了自发辐射的全部过程。 自发辐射的特点是这种过程与外界作用无关，各个原子的辐射都是自发地、独立地进行的，因而各个原子发出来的光子在发射方向和初位相上都是不相同的，除激光器光源以外，普通光源的发光都属于自发辐射，例如霓虹灯，当灯管内的低气压氖原子，由于加上了高电压而放电时，部分氖原子被激发到各个激发态的能级，当它们从激发态跃迁回到基态时，便发出我种频率的红色光，从这里可以看到，普通光源发出来的光，其频率成分极为复杂，发?4球面度的立体角内，初位相也各不相同，因而不是相干光。射方向分散在三、受激辐射

高一化学一学期教案《原子间的相互作用》教案(沪科版)

3．1 原子间的相互作用 一、教学目标 1．知识与技能 （1）理解一些常见晶体材料； （2）理解化学键的概念和化学键的种类。 2．过程与方法 （1）通过学习物质硬度差异的应用，关注生活、生产所用材料、及其与原子间相互作用和化学键的关系。 （2）通过对有关材料的调查、讨论、实验，感受实践创新活动的方法。 3．情感态度与价值观 （1）了解材料科学给人类带来的意义。 （2）通过讨论原子间吸引与排斥的相互作用，体验辨证唯物主义的矛盾对立同意的观点。（3）通过对材料的优劣分析，感触事物的双韧性及环境保护思想。 二．教学重点和难点 1．教学重点 化学键的概念和种类。 2．教学难点 原子间的相互作用，化学键的涵义。 三．教学用品 几种硬度不同的物质，利用Flash软件模拟原子间相互作用过程。 四．教学流程 1．设计思想 提出问题：“一百多种元素的原子是怎样构成几千万种物质的呢？”；然后展示：许多元素组成类似的物质，而性质却有很大差异，因此原子构成物质的方式不同，使物质呈现不同的性质；告诉学生从本节课起将对原子构建物质的奥秘作初步的探究，接着引出课题，逐一探究。 2．流程图

3．流程图说明 [创设情景，引出课题] 展示几种硬度不同的样品。设问：“一百多种元素的原子是怎样构成几千万种物质的呢？” [探究活动1]证明这几种样品硬度的大小。 [学生讨论1]为什么各种物质会具有不同的硬度？而同是碳元素组成的金刚石和石墨，其硬度差异又会这样大？（展示金刚石和石墨结构模型，从物质的组成和结构来说明物质硬度大小的原因）。 [归纳1]物质的硬度等某些性质不仅与组成物质的元素有关，还与原子间的相互作用的方式

重力基本相互作用教学设计

《重力基本相互作用》教学设计 一、教材分析 （一）本课的背景和作用分析 《重力基本相互作用》是普通高中课程标准实验教课书（人教版）物理1第三章第一节的内容。本节的教学内容，是建立在初中力的相互作用、重力的大小、力的图示及示意图基础之上的。重力是生活中最常见的一种力，在自由落体运动的定义中，已提到了“只在重力作用下”。所以，本节内容既是运动的延续，又是下一章牛顿运动定律、受力分析的基础，起着承上启下的作用。而基本相互作用的引入，也为学生初步建立了统一的概念。因而，本节《重力基本相互作用》在物理学习中的地位可想而知。 （二）学习《重力基本相互作用》的三维目标分析 1、知识与技能分析 学生在学习重力之前，初中已学习了力的相互作用、重力的大小、力的图示等相关内容，已初步掌握了物体为什么会受到重力及力的相互作用，会区别、画力的图示、示意图。本节通过重力、基本相互作用的学习，将进一步了解引入重心的思想和找重心的方法及影响重心的因素。在教学中要注意引导学生通过思考、探讨、观察、猜想、实验、总结等形式，促使学生掌握找重心的方法及影响重心的因素，并运用力的图示、示意图表示重力，为后面学习受力分析打下一个坚实的基础。学生通过自学和看、查找相关资料，了解四种基本相互作用统一的进程的和分类。 2、过程与方法分析 物理学习的主要目的不仅仅是学习物理知识，更重要的是让学生通过学习物理知识学会科学探究。因此本节重在体现知识点的引入及探究过程上，不仅要做到能够激发学生的学习兴趣和热情，提高注意力。也要让学生经历从物理现象概括物理规律的过程。通过一定的探究过程，寻找物理规律，让学生尝试通过自己的思考、或老师的提示，猜想并加以验证。同时，在基本相互作用方面，通过学生自学的过程，也充分发挥学生在学习中的主体地位，让学生真正成为学习的主体，使学生获得有益的成功的体验。教师还可对四种基本相互作用的统一过程做一补充和展示相关资料，还可通过让学生查资料的作业形式，让学生了解这方面的最新动态。 3、情感态度、价值观分析 要培养学生的情感态度与价值观有两条途径，一方面是引入物理学史，另一条途径是通过实验探究。本节在这两方面都有所体现：在对找重心及影响重心的因素进行探究的过程中，学生必须要经历思考、观察、合作、交流与讨论，才能对找重心的方法及影响重心的因素进行初步设想，然后运用实验探究和理论分析相结合的方法，由浅入深地引导学生思考、讨论、交流、归纳、总结等活动，激发学生学习物理的兴趣，培养科学探究的精神，培养学生尊重客观事实，实事求是的科学态度，形成科学探究习惯。通过讨论与交流，培养学生团结协作的学习态度，经历不同层次的观察与分析，培养学生的观察能力和综合分析能力。在基本相互作用方面，通过学生自学和教师对四种基本相互作用的统一过程史的补充和相关资料的展示，加强学生的好奇心及求知欲，通过让学生查资料的作业形式，让学生了解这方面的最新动态，提高学生的学习兴趣。 （三）重点、难点分析 1、重点分析 重力基本相互作用这一节内容，是学生首次运用等效、统一的思想。掌握找重心的方法和影响重心的因素分析是本节的重点。 2、难点分析 理解物体的重力为什么可以集中在重心及重力的方向是本节的难点。通过学生思考、观察、合作、交流与讨论、实验的方法，突破难点。 二、教学目标 （一）知识目标 1．了解力是物体对物体的作用，力的作用是相互的，认识力能使物体发生形变或使物体的运动状态发生改变； 2．知道力的三要素，会画力的图示和力的示意图；

3.1原子间的相互作用

3.1 原子间的相互作用 3.1 原子间的相互作用 课前自主预习 基础梳理 1．性能各异的物质 例如：金刚石与石墨都是由碳元素组成的，但金刚石 ，石墨却很 在常态下二氧化碳是气体，而组成与二氧化碳相近的 氧化硅，像水晶、砂子等却是坚硬的固体。由此可见，物质 有关，也与原子间 的相互作用的方式和 2．化学键 1）原子间的吸引、排斥作用： 两个原子（或离子，下同）接近到一定距离时， 原子原子核的正电荷与另一个原子核外的负电荷产生 作用，同时原子核与原子核、电子与电子同种电 性产生 我们知道，构成物质世界的元素只有 多种，这 些元素构成了 多万种物质。各种元素的原子可能 通过不同的 、不同的 构成性能各异的物质。 的硬度不仅与 有关。

作用。稳定的化学键是 用达到相对平衡时 2）化学键定义 3）化学键分类 自我测评1．原子结合成分子时，原子间（ A .只存在吸引力 B .没有排斥力 C ．吸引力大于排斥力 D .吸引力与排斥力达到平衡 2．化学键是一种相互作用，它存在于（ A .分子或原子团中相邻的原子之间 B ．构成物质的所有微粒之间 C .物质中的原子之间 D ．分子之间

课堂互动探究 核心突破 探究学习 1．以下关于化学键的叙述正确的是( A .化学键是分子内原子间的作用 B .化学键既可以存在于原子之间，也可以存在于分子之间 C .原子通过化学键形成分子，也可以通过化学键直接构成固体 D .化学键是物质中相邻原子之间的强烈的相互作用 2．不存在化学键的物质是( A .氮气 B ．水 C ．氩气 D ．食盐固体 3．下列物质发生的变化中，其化学键没有发生变化的是 A .次氯酸见光分解 B ．石墨在一定条件下转变成金刚石 C ．水加热变成水蒸气 D ．氯化氢气体溶于水

分子动力学与原子多体势解析

一．分子动力学简介 随着纳米科技的到来，许多新的学科产生了，例如纳米电子学、纳米生物学、纳米材料学、纳米机械学等。人们的注意力逐渐从宏观物体转向小尺度及相应的器件，其中微机械系统(mieromachine)或称微型机电系统(mieroe一eetro一meeh耐ealsystem，MEMs)尤其取得了成功，并正被拓展应用于各种工业过程。由图1可知，分子动力学正是处于nm尺度下的研究方法。 图1.不同模拟方法所对应的空间和时间尺度 1957年Alder和Wainwright[1]开创了分子动力学(Moleeularnynamies，MD)方法，之后经过多位科学家的努力，拓展了分子动力学方法的理论、技术及应用领域，尤其是在20世纪80年代由Andersen等[2]先后完成的恒温、定压分子动力学方法，标志着分子动力学方法的科研应用进入了一个新阶段。 分子动力学方法是研究纳米尺度物理现象的重要手段。随着越来越多的材料原子间作用势函数被精确描述并经过实验验证、计算机硬件水平的快速更新以及高效率新算法的提出，分子动力学模拟被广泛应用于纳米尺度力学行为和纳米材料力学性能的研究。 在纳米尺度下，材料由离散的原子排列而成，由于比表面积大、表面效应明显，材料的力学性能和力学行为将与宏观材料迥异。基于连续性假设的宏观连续介质理论在研究材料的损伤演化、失效过程时，往往在时间和空间上将原子尺度的缺陷进行平均化处理，但这种处理仅适用于大量缺陷分布在材料中计算区域的情形，而对许多细微观材料和力学实验观测到的现象都无法解释，如疲劳与蠕变过程中的位错模式、塑性变形的不均匀性、脆性断裂的统计本质、尺寸效应等。因此，连续介质理论显然难以准确求解纳米尺度的力学问题。同时，如果直接从第一原理出发进行计算，除了类氢原子以外其他材料的薛定愕方程求解难度都太大，而且局域密度泛函近似理论并不是总能满足实际问题的需要。另一方面，材料本身在空间、时间和能量等方面存在藕合和脱祸现象[3,4]，直接从头开始的量子力学计算难以很好地应用到几百个原子以下的计算规模中，无法达到一般纳米材料和器件的模拟要求。此外，由于实验条件控制的困难和合成、制备方式不同，各种纳米材料力学性能的有关实验结果分散性较大甚至相反，以至于目前难以通过纳米力学实验得到普遍适用的定量力学规律。 鉴于理论和实验上的困难，通过分子动力学方法模拟纳米尺度的力学性能和行为来探索纳米尺度的一般规律，是进行纳米力学研究的有效方法。分子动力学最早用于热动力学和物理化学，计算不同物理系统如固体、气体、液体的整体或平均热化学性能。1957年Alder 首次提出并采用分子动力学方法分析刚性球系统的固液相变问题取得成功，此后，分子动力

光与物质相互作用的全量子理论

2.3光与物质相互作用的全量子理论 在本节，我们将以量子化辐射场与两能级原子的相互作用为例来阐述光与物质相互作用的全量子理论。 2.3.1原子系统与光波场的总哈密顿 在半经典理论中，单电子原子与辐射场的相互作用哈密顿为： e H H H F A ?-+= (2.47) 其中A H 和F H 分别代表无相互作用时的原子和辐射场的能量，代表电子的位置矢量，代表辐射场的振幅。当辐射场也被量子化后，我们有： ii i i i i A E i E H σ∑∑== (2.48a) ∑+=+ k k k k F a a H )2/1(ν (2.48b) ∑∑ ==j i ij ij j i j j i e e ,,σμ (2.48c) ∑++=k k k k k a a E )(ε (2.48d) 其中+k a 和k a 分别代表光子的产生和湮灭算符，j i ij =σ代表原子跃迁算符， j e ij =μ代表电偶极矩阵元，2/10)2/(V E k k εν =。于是，我们得到全量子理论中的哈密顿： ∑∑∑∑+++++=j i k k k ij ij k i ii i k k k k a a g E a a H ,)(σσν (2.49) 其中 /)(k k ij ij k E g εμ?-=。在此，我们已从第一项中略去了零点能。 对于一个两能级原子，考虑到ba ab μμ=，我们可令ba k ab k k g g g ==，于是方程（2.49）可进一步简化为： ∑∑+ ++++++=k k k ba ab k bb b aa a k k k k a a g E E a a H ))(()(σσσσν (2.50)

重力基本相互作用练习题及标准答案

第三章相互作用第一节《重力基本相互作用》同步作业 一、选择题 1．有关力的概念，下列说法正确的是 A．力不可能离开物体而独立存在B．受力物体不一定是施力物体 C．一个力的发生必定涉及到两个物体D．重力的大小和方向与物体的运动状态无关2．关于物体的重心，以下说法正确的是 A．重心就是物体上最重的一点 B．任何有规则形状的物体，它的重心一定在其几何中心 C．重心是物体所受重力的作用点，所以重心总是在物体上，不可能在物体外 D．悬挂在细线下的薄木板处于平衡状态，则物体的重心一定在沿细线方向的竖直线上，木板对细线的拉力的大小等于木板的重力- 3．关于力这一概念的认识，下列说法正确的是 A．只有相互接触的物体之间才会有力的作用 B．弹簧测力计与天平都是用来测量力大小的工具 c．只要物体受到力的作用，运动状态必然发生改变 D．物体受到的每一个力都有它的施力物体 4．关于力，下列说法错误的是 A．根据效果命名的不同名称的力，性质可能相同 B．物体受几个力同时作用时，运动状态一定发生改变 C．弹簧测力计是测量力的仪器 D．在国际单位制中，力的单位是牛顿，简称为牛，符号是N 5．下列说法正确的是 A．只有运动物体才会受到力的作用B．找不到施力物体的力一定不存在 C．发生力作用时，一定是两个物体同时受力D．飞机能匀速水平飞行，表明飞机不受重力 6．关于物体的重心，下列说法正确的应是 A．物体升高或降低时，重心在物体中的位置也随之升高或降低 B．物体的形状改变时，它的重心位置必定改变 C．物体的重心可以在物体上，也可以在物体的外部空间 D．随物体放置方法的不同，重心在物体内的位置也会发生改变 7.在弹簧测力计秤钩下挂一个静止的小球，下列说法正确的是 A．小球对弹簧测力计的拉力就是小球的重力B．小球所受拉力的施力物体是地球 c．弹簧测力计对小球的拉力在数值上等于小球的重力 D．小球对弹簧测力计拉力的施力物体是小球 8.物体放在水平桌面上静止时，下列说法正确的是 A．物体受的重力与桌面对物体的支持力相同 B.支持力和重力的受力物体相同 C.物体所受重力的方向垂直向下 D.如果考虑空气浮力作用，重力将变小 9.一个空心球壳里面注满水，球的正下方有一个小孔，当水从小孔慢慢流出直至流完的过程中，空 心球壳和水的整体的重心将会 A.一直下降 B.一直上升 C.先升高后降低 D.先降低后升高

分子间相互作用

第3章分子间相互作用势和流体结构 第1章介绍的流体及其混合物的相平衡热力学基础，是根据一些基本的定律和假设通过演绎推理得到的宏观系统状态间的普遍联系。但它在实际进行相平衡计算(见第2章)时，需要输入能够表征所研究系统特征的纯流体及其混合物的性质(包括热物理性质和相行为等)。这些性质可以是实验数据，也可以是分子热力学模型(如，理想气体热容随温度变化的表达式、状态方程和液体混合物的液相活度因子模型等)。 这些性质通常来源于实验测定。然而，宏观的实验并不能洞察为什么物质具有所观测到的性质，要达到这一目的需要从微观角度出发。流体的热物理性质和相行为是大量分子的集体行为的结果，它们决定于分子的结构及分子间相互作用。统计力学是联系微观的分子结构和分子间相互作用与宏观热力学性质的桥梁。根据统计力学理论，只要知道流体分子间的相互作用能随分子间距离的变化关系即势能函数 ij(r ij)，就可以计算系统的正则配分函数，进而得到系统的亥氏函数，并进一步通过热力学普遍关系式，由亥氏函数求导得到热力学能、焓、熵、Gibbs能、化学势等其它热力学性质。本章对分子间相互作用、势能函数模型以及液体结构模型作一简单介绍，关于分子间相互作用的更详细的知识可以参阅有关著作[3-1~3-8]。 3.1 分子间相互作用 分子间作用可分为排斥作用和吸引作用两种，一般情况下两个分子间既存在排斥作用也存在吸引作用，总的作用是两者之和。从作用范围来分，又可分为长程作用和短程作用。静电作用、诱导作用和色散作用是长程作用，其相互作用势能与分子间距离的某个次方成反比。当分子间距离比较小时，其电子云将发生重叠，而发生排斥作用，这种排斥作用常常随距离成指数形式衰减，所以称为短程相互作用。理论上我们可以根据量子力学的第一性原理或从头算法计算分子间作用能。 3.1.1 静电作用 流体混合物是由分子和/或离子组成的，其中离子带有正电荷或负电荷。惰性气体等球形分子，其电荷分布是球对称的，正电荷中心与负电荷中心完全重合，通常称为非极性分子。当分子的正电荷中心和负电荷中心不重合时，则形成偶极矩，称为极性分子。有的分子具有多个正的或负的电荷中心，可以形成四偶极矩、八偶极矩、十六偶极矩等。这些离子、偶极分子和多极分子之间的相互作用主要是静电作用。 (1) 点电荷间的静电作用 设有两个相距为r的点电荷q i和q j，按库仑(Coulomb)定律，它们的相互作用力为：

固体物理第二章答案

第2 1. 有一晶体,平衡时体积为 0V ， 原子间相互作用势为0.如果相距为 r 的两原子互作用势为 ()n m r r a r u β + -= 证明 (1) 体积弹性模量为 K=.90 V mn U (2) 求出体心立方结构惰性分子的体积弹性模量. [解答]设晶体共含有 N 个原子,则总能量为 U(r)= ()∑∑i j ij r u ' 21. 由于晶体表面层的原子数目与晶体内原子数目相比小得多,因此可忽略它们之间的基异,于是上式简化为 U= ().2 ' ∑j ij r u N 设最近邻原子间的距离为R 则有j ij a r =R 再令 A ,1' ∑= j m j m a A ,1'∑=j n j n a 得到 U=.200???? ??+-n n m m R A R A N βα 平衡时R=R 0,则由已知条件U(R 0) = 0U 得 0002U R A R A N n n m m =??? ? ??+-βα 由平衡条件 0) (0 =R dR R dU 得 021010=??? ? ??-++n n m m R A n R A m N βα. 由(1),(2)两式可解得 . ) (2, ) (200 00 n n m m nR n m N U A nR n m N U A -=-= βα 利用体积弹性模量公式[参见《固体物理教程》(2.14)式] K= 0220 20 9R R U V R ???? ? ???得K= ?? ????+++-n n m m R A n n R A m m N V 000)1()1(291βα = ??????-++-+-)(2)1()(2)1(2910 00 0000n m N mR U R n n n m N nR U R m m N V n n m m = .900V mn U - 由于,00

高中物理第三章相互作用31重力基本相互作用3同步练习新人教必修1

重力基本相互作用 同步练习 一、选择题 1．下说法中正确的是： A、只有直接接触的物体之间才有力的作用 B、只有运动的物体才会受到力的作用 C、找不到施力物体的力是不存在的 D、力的大小可以用天平测量 2．关于力，下列说法中正确的是： A、力是物体对物体的作用，力是成对出现的，它们同时产生、同时消失，分别作用在两个物体上。 B、只有直接接触的物体之间，才有力的作用。 C、对于一个受力物体，可以找到多个施力物体。 D、对于一个施力物体，可以找到多个受力物体。 3．下述关于力的说法正确的是 A、力是物体对物体的作用，总是成对出现的； B、只有相互接触的物体才有力的作用； C、有的物体自己就有力，这个力不需要别的物体施力； D、射出的箭能向前飞行，是由于受到一个向前的冲力作用。 4．关于力的概念，正确的是： A、力是物体间的相互接触 B、一个物体施的力不一定作用在另外的物体上 C、一个物体受了几个力，它就一定同时对别的物体施了几个力 D、物体相互作用时，总是先施力后受力 5．一个质量为60千克的人，在地球上的重力约为600N，当他登上月球时（月球的表面重力加速度约为地球表面的1/6），他的质量和重力分别为（） A、60kg 600N B、60kg 100N C、10kg 600N D、 10kg 100N 6．关于重力的说法，正确的是： A、重力的方向总是垂直了接触面 B、重力的方向一定指向地心 C、重力的方向一定竖直向下 D、重力的大小可以用弹簧秤和杆秤直接测量 7．关于重力，下列说法中正确的是： A、重力是根据力的性质来命名的。 B、重力的方向总是垂直向下的。 C、重力的作用点是重心，它是物体内最重的一点。 D、地球表面的物体一定受到重力作用。 8．关于重心正确的说法是： A、重心一定在物体上 B、重心不一定在物体上 C、任何有规则形状的物体，重心一定在其几何中心 D、任何有规则形状的物体，重心不一定在其几何中心

12 第三章 原子间的相互作用(学生版)

第三章原子间的相互作用 一、知识梳理 【思考】金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，为什么它们的硬度差异很大？ 【回顾】同素异形体的概念：________________________ （二）化学键 1．原子间的相互作用 当两个原子间距离较远时，由于一个原子的原子核和另一个原子的核外电子所带电荷的电性是相反的，因 此主要表现为相互吸引；当两个原子间距离较近时，由于两个原子的原子核所带的都是正电荷，核外电子所带 的都是负电荷，因此主要表现为相互排斥；当两个原子保持一定距离时，相互吸引和相互排斥的作用处于平衡， 这样就形成稳定的化学键。 【回顾】原子的结构与原子中粒子所带电荷。 2．化学键的定义 分子或晶体中直接相邻的微粒之间强烈的相互作用力称为化学键。 【思考】化学键是原子间的相互作用，这种作用是( ) (A)吸引力(B)排斥力 (C)吸引力和排斥力达到平衡(D)吸引力大于排斥力 二、典型例题 【例1】下列说法中不正确的是( ) (A)目前人类发现的天然物质中，硬度最大的是金刚石 (B)人类有可能合成比金刚石还要硬的物质 (C)物质的硬度差异，在生产、生活、科研中有着广泛的应用 (D)金刚砂（SiC）和金刚石具有同样的硬度

【例2】已知乙酸分子的结构可表示为，下列说法正确的是( ) (A)氢原子与氢原子之间存在化学键(B)碳原子与碳原子之间存在化学键 (C)氧原子与氧原子之间存在化学键(D)乙酸分子之间存在化学键 【例3】已知水的分解温度高于1 800℃多，难以分解的原因是________________________。 【例4】已知二氧化碳和二氧化硅( SiO2)组成相近，二氧化硅俗称石英。水晶是一种纯度较高的二氧化硅晶体，试从物理性质上分析两者的差异，思考为什么组成相近的物质性质也有那么大的差异。 【例5】物质之间产生硬度差异可能的原因有哪些？ 【例6】以下关于化学键的叙述，正确的是( ) (A)存在于分子或晶体内的不同原子间的作用力 (B)存在于物质内的所有原子间的作用力 (C)存在于分子或晶体内的所有原子间的吸引力 (D)存在于分子或晶体内的相邻的原子间的作用力 三、思维误区点拨 本节知识在理解与运用中常见的错误是：不能正确理解化学键的定义。【例1】下列晶体中不存在化学键的是( ) (A)金刚石(B)干冰(C)食盐(D)固体氖 【例2】下列变化中，不需要破坏化学键的是( ) (A)硝酸钡溶于水(B)金属铁熔化(C)酒精气化(D)甲烷燃烧四、视野拓展 新型金属材料记忆金属 记忆金属实际上是一种合金，确切地说应为“记忆合金”。它是指某种材料在一定温度下受到外力作用时会发生变形，一旦外力消失后，它仍能保持变形后的形状，而当温度上升到某一数值对，这种材料又会自动恢复到变形前的形状，它似乎能“记忆”自己原有的形状。 记忆合金是美国海军军械局一个研究小组在一个偶然机会中发现的。那是20世纪60年代初的某一天，这个研究小组人员从仓库领来一批乱如麻丝的镍钛合金丝，花了许多时间把它们一根根弄直，并顺手把它们堆放在炉边，可是不一会儿却又恢复到原先弯曲的形状。这个偶然的现象引起了研究人员的高度兴趣，经过反复的实验研究，最后终于发现50%的镍和50%钛制成的合金，当温度升高到40℃以上时，能记住自己原来的形状，科学家们把这种现象叫做“形状记忆效应”。后来经过许多科学家的努力又发现了铜锌铝合金、铜镍铝合金、铁铂合金等也具有“形状记忆效应”。目前，记忆合金已被应用于许多方面，并取得了很好效果。 ①嗣各种管子接头用记忆合金加工成内径比欲连接管子的外径小4%的套管，然后在一定条件下将套管扩径约8%，装配好后，再升高温度，套管的内径恢复到原尺寸，紧紧收起，把管子封接得非常严密。像美国的F-14战斗机的油压系统中使用了10万个这样的接头，从未发生过漏油、脱落等事故。 ②航空航天1969年7月20日，人类第一次登上了月球，宇航员登月后，在月球上放置了一个直径达2. 54 m的半球形天线，实行了月、地之间的信息传输。宇航员乘坐的登月舱直径只有1m 多一点，这个天线是怎么带上去的呢？原来天线也是用记忆合金制成的，在登月舱里它的直径大约只有50 cm大小，送到月球上吸收太阳光的热量后又恢复到原来的形状。

名校江苏省海门中学2020-2021学年高中物理人教必修一导学案：31重力 基本相互作用(无答案)

3.1重力基本相互作用 班级姓名【学习目标】 1、了解力是物体对物体的作用，力的作用是相互的，认识力能使物体发生形变或运动状态发生改变 2、知道力的三要素 3、知道重力是由于物体受到地球的吸引而产生的，了解四种基本相互作用 4、知道重力的大小和方向，知道物体重心的含义，能确定质量分布均匀的规则物体重心的位置，会分析一般物体重心位置与质量分布的关系 活动一:创设情景归纳力的基本概念 问题1、在我们生活中，物体的运动状态发生改变的例子有哪些?物体运动状态改变的原因是什么？ 问题2、力是如何产生的？力的定义怎样？ 问题3、力的作用效果有哪些？ 问题4、如何直观地表示一个力？ 问题5、如何对各种力进行分类 例题1。关于力的下列说法中正确的是 ( ) Ａ．力是物体对物体的作用，所以力总是成对出现的 Ｂ．两物体间相互作用不一定要直接接触 Ｃ．直接接触的物体间一定有力的作用 Ｄ．由有一定距离的磁铁间有相互作用力可知，力可以离开物体而独立存在 例题2。关于力的作用效果的叙述中，正确的是（ )

A。物体的运动状态发生变化，一定受到力的作用 B物体的运动状态不发生变化，一定不受到力的作用 C。物体受到力的作用后，一定同时出现形变和运动状态发生变化的现象 D力对物体的作用效果完全由力的大小决定 例题3.下列哪些力属于性质力 重力拉力推力支持力弹力摩擦力浮力分子力电磁力动力阻力 活动二、自主学习、小组合作重力的概念 问题1、重力产生的原因是什么? 问题2、重力的大小和方向是如何规定的? 问题3、重力的作用点——重心的定义和特点? 问题4、悬挂法测重心的方法和原理是什么? 例题3．关于物体的重心和重力的说法正确的是 ( )Ａ．重力是由于地球的吸引而使物体受到的力 Ｂ．地面物体所受的重力和万有引力是两种不同性质的力 Ｃ．物体的重心就是物体上最重的点 Ｄ．物体的重心可以不在物体上 例题4.关于重力，下列说法正确的是（）Ａ．同一个物体，在地球上不同纬度的地方所受重力都相等 Ｂ．物体所受重力的方向总是垂直向下的

原子间相互作用和离子键1

一、化学键 1.原子间的相互作用： 当两个原子间距离较远时，由于一个原子的原子核和另一个原子的核外电子所带电荷的电性是相反的，因此主要表现为相互吸引；当两个原子间距离较近时，由于两个原子的原子核所带的都是正电荷，核外电子所带的都是负电荷，因此主要表现为相互排斥；当两个原子保持一定距离时，相互吸引和相互排斥的作用处于平衡，这样就形成了稳定的化学键。 2 3．化学键：物质中直接相邻的之间存在的。 常见的化学键有、和金属键。 4 . 注意点：①“直接相邻”的原子（包括离子）间存在化学键，非直接相邻的微粒间无化学键作用。 ②由于相邻的微粒之间的相互作用有强有弱，而化学键是一种“强烈”的相互作用，原子间较弱的相互作用不是化学键。 ③成键微粒间的“相互作用”不能只理解为相互吸引，它还包括相互排斥，它是相互吸引和相互排斥的平衡。 [氯化钠的形成] 1.定义：所形成的化学键叫做离子键。 （1）成键微粒：；（无阴阳离子则无离子键，有离子键定有阴阳离子） （2）相互作用：；【指离子间的静电吸引（离子间的吸引）和静电排斥（○1电子与电子的排斥/负电。○2原子核与原子核的排斥/正电）达到平衡。】 （3）成键过程：○1原子相互得失电子形成稳定的电子层结构 ○2离子间吸引与排斥达到平衡 ○3体系的总能量比成键前降低。

? ? ?离子半径越小离子所带的电荷数越多（4）离子键的成键元素： （5）离子键的影响因素： 则离子键越 . 2电子式的书写： 电子式的定义：在元素符号周围用 或 来表示原子 电子的式 子，电子式可以简明地表示出原子、离子、化合物的组成。 1、原子的电子式：如： 2、离子的电子式： （1）简单阳离子的电子式：直接用 表示，如Ca 2+ 的电子式就是Ca 2+ （2）阴离子的电子式： 写成[ ]n-的形式，如 （3）复杂离子的电子式：暂时略 （1）原子的电子式：如Na ；H ；C ；S ；Cl 。 （2）阴、阳离子的电子式： 分别写出Na +、Mg 2+、NH 4+、Cl —、S 2—、OH —的电子式： 练习1 （1）定义：以离子键结合的化合物叫离子化合物。 （2）构成的微粒：阳离子、阴离子 （3）离子化合物中存在的作用力：一定存在离子键，可能有共价键。 （4）离子化合物的特征：①在常温下，离子化合物总是以固态形式存在，而且离子化合物在固态时只有“化学式”。 ②一般来说，离子化合物在水溶液中和熔化状态下均能产生自由移动的离子，所以均能导电，而离子化合物若以固态形式存在时，尽管有阴阳离子，但它们只被局限在一定空间振动，不存在自由移动的离子。所以，离子化合物在固态时不导电。 4、用电子式表示离子化合物的形成过程

光与二能级原子的相互作用

光与二能级原子的相互作用 二能级原子与光场的相互作用是最基本的模型，如图1为二能级原子与光场的相互作用。 图1 二能级原子与光场的相互作用 如图1所示，频率为v 的单模光场与二能级原子系统相互作用。不考虑外界因素的影响，分析光场与原子相互作用。其中，m 表示激发态，n 表示基态，原子在上下能态之间作简谐振荡，其中拉比频率为Ω，原子跃迁频率为ω，探测光的失谐量为v -=?ω，激发态到基态的自发辐射衰减率为Γ，相干衰减率为 ()2/n m γγγ+=，二能级的电偶极矩矩阵元为n r m e mn =?。 该系统的总哈密顿量由自由哈密顿0H 和光与原子相互作用的哈密顿1H 。系统的总哈密顿量为10H H H +=。 n n m m H n m ωω +=0 (3.1.2) m n e n m e H ivt ivt *12 2Ω-Ω-=- (3.1.3) 根据考虑耗散作用的密度矩阵方程：[]{}ρρρ ,2 1 ,Γ--=H i ()()∑∑Γ-Γ---=k kj kj kj ik k kj kj kj ik ij H H i ρρρρρ 21 (3.1.4) 利用可以得到：

()()mm nn ivt mn mn mn nm ivt mn ivt nn nn mn ivt nm ivt mm mm e i i e i e i e i e i ρρργωρ ρρρρ ρρρρ-Ω++=Ω-Ω+Γ=Ω-Ω+Γ-=---2 2 22 2**1 (3.1.5) 做慢变振幅近似有：ivt mn mn e -=ρρ~，mm mm ρρ~=，nn nn ρρ~= ()()mm nn mn mn nm mn nn nn mn nm mm mm i i i i i i ρρργρρρρρρρρρ~~2~~~2~2~~~2 ~2~~**1-Ω+-?=Ω-Ω+Γ=Ω-Ω+Γ-= (3.1.6) 由系统封闭条件:1~~=+nn mm ρρ 令方程左边倒数部分为零，求解可得： ( ) ( ) ()() ()()[] 2222222222 22222/2/~/2/~/2/~?+Ω+Γ?-ΓΩ=?+Ω+Γ?+Ω+Γ= ?+Ω+Γ?+Ω= γγγργγγγργγγγρi i mn nn mm (3.1.7) 由极化强度关系： [] ..~..210c c e c c e E P ivt mn nm ivt +?=+=--ρχε (3.1.8) Ω ?= ''+'= 02~ 2ερχχχmn mn N i (3.1.9) 由此得到探测光极化率的实部χ'和虚部χ''，它们分别表示色散和吸收 () ()() ()mm nn mn mm nn mn N N ρργεγ χρργεχ~~~~2202 2 2 02 -?+?= ''-? +? ?=' (3.1.10) 其中，令0~,1~==mm nn ρρ，原子数密度为N ，真空介电常数为0 ε，绘制出探

3.1《重力 基本相互作用》教学设计完美版

3.1《重力基本相互作用》教学设计 教学设计思想： 本节课属于物理概念课，除四种基本相互作用外，其余知识初中基本已经学过。但本节课不是初中的一个简单的复习，而是高中和初中力学的重要衔接，起承上启下的作用。 本节课首先从生活实际出发，通过分析物体运动状态的改变及形变的原因，说明力是物体间的相互作用的一种表现，并且复习力的图示。通过此段的教学，可以激活学生初中力学基本知识。 重力是一种普遍存在的力，对于它的学习和描述，一方面能训练学生从常见的、普遍的物理现象中进行归纳总结，找出共同特性，另一方面可以为以后学习弹力、摩擦力、万有引力等力提供认知的模板，即从大小、方向、作用点、作用效果、产生原因等方面认识力。在物体重心的确定上，设计让学生进行探究性活动，确定不同形状的物体的重心位置，并且和数学上的重心作比较，深入理解重心的含义。 四种基本相互作用的介绍，可以拓展学生的思维空间，开阔学生的视野，教学中可以对学生进行指导性阅读，并且布置探究性作业，课下收集有关四种基本相互作用的知识。 教学目标： 1.知识与技能： （1）了解力是物体对物体的作用，力的作用是相互的，认识力能使物体发生形变或物体运动状态发生改变。能分析施力物体和受力物体。 （2）知道力的三要素，会画力的图示和力的示意图。

（3）知道重力产生的原因及其定义，理解重力的大小以及测量和方向，知道重心的概念。 （4）初步了解四种基本相互作用的特点和作用范围。 2.过程与方法： 通过观察和亲身感受，概括出重力的产生、方向、大小的特点，培养学生归纳总结知识的能力。 3.情感、态度与价值观： （1）通过“重心”概念的引入渗透“等效代替”的思想。 （2）通过对四种基本相互作用的介绍，激发学生努力学习，以后投身到新领域的探索中去。 教学重点和难点： 重点： 1.力的概念的建立过程，学生对与力的概念存在一些模糊的概念，为了让学生对力有更清晰的认识，因此教学中应重点讲解力的概念的建立过程。 2.重力的三要素的分析过程。因为重力三要素的分析研究方法能为其他学习作铺垫，所以应是本节的另外一个核心内容。 难点：不规则物体的重心的确定，对于不规则物体的重心的确定学生不容易接受，而且也不容易想到，所以在教学中用实际操作突破难点。 教学资源：教材、多媒体课件、尺子、橡皮筋、弹簧测力计、不规则薄板教学过程： 导入新课 【展示】足球场上的射门过程，以足球为研究对象

人教版必修一31重力基本相互作用同步试题7

河北冀州市中学段有军 模块自我测试 （1）重力势能的理解 1. 关于重力势能下列说法中正确的是 （ D ） A. 重力势能的大小只由重物本身决定 B. 重力势能恒大于零 C. 在地面上的物体，它具有的重力势能一定等于零 D. 重力势能实际上是物体和地球所共有的 1?答案D 提示：重力势能的大小与m h有关，与选取的参考平面有关。所以ABC均错。重力势能具有相对性，也具有系统性。故选 D. 2?如图所示，桌面高为h,质量为m的小球从离桌面高H处自由落下，假设桌面处的重力势能为0 ,则小球落到地面前瞬间的重力势能为 （D ） A. mgh B. mgH C. mg（h+H） D. -mgh 2. 答案：D 提示：在参考面以下为负值，表示大小。故选Do 3?选择不同的水平面作参考平面，物体在某一位置的重力势能和某一过程中重力势能的改变量（D） A. 都具有不同的数值 B. 都具有相同的数值 C. 前者具有相同数值，后者具有不同数值 D. 前者具有不同数值，后者具有相同数值 3. 答案D 提示：重力势能的改变量与参考面的选取无关，故选D 4 ?一实心的正方体铁块与一实心的正方体木块质量相等，将它们平放在水平地面上，下列结论正确的（C ） A. 铁块的重力势能大于木块的重力势能 B. 铁块的重力势能等于木块的重力势能 C. 铁块的重力势能小于木块的重力势能 D. 上述三种情况都有可能

4. 答案C 提示：木块的密度小，体积大。重心离地面的高度高，所以选C 5. 以初速度u o从地面竖直向上抛出一质量为m 的物体，若不计空气阻力，并以地面为零势 面，则当物体上升到最大高度时，重力势能为（） 1 2 2 2 2 A. m u o B.m u 0 C.2m u 0 D.3mu 0 2 5. 答案A 5=mgh 提示：h=v o/2g 故选A 6?地面上竖直放置一根劲度系数为k,原长为L o的轻质弹簧，在其正上方有一质量为 m的小球从h高处自由落到下端固定于地面的轻弹簧上，弹簧被压缩，求小球速度最大 时重力势能是多少？(以地面为参考平面) 6. 答案：E p=mgL o—m2g2/k 提示：当mg=kx时，小球的速度最大， 所以x=mg/k. 此时小球离地面高度为：H = L o —x=L o—mg/k 重力势能E p=mgH+mg (L o —mg/k) =mgL o—m2g2/k. 7. —面积为S的蓄水池，池内蓄有半池水，池底离河岸地面高为H,在岸上用抽水机经 半径为R的圆柱形管子将池中水抽到地面上，如果将全部水抽完所需时间为t，水从管 中以一恒定速度流出，水的密度为p,试问抽水机抽完池中的水的过程中水的重力势能的改变量？ 7.答案：E p mgh 提示：如图所示，依题意有：h=3H/4，设抽水机做的功至少为W，水流速度为v，则t 时间内抽出的水的质量为：m R2vt SH 2 根据重力势能的定义：E P mgh (2)重力做功与重力势能改变量关系的理解和运用