在物理学中,研究微观物理问题可以借鉴宏观的物理模型,可使问题变得更加形象生动。弹簧的弹力和弹性势能变化与分子间的作用力以及分子势能变化情况有相似之处,因此在学习分子力和分子势能的过程中,我们可以将两者类比,以便于理解。
(1)质量相等的两个小球用劲度系数为k,原长为l0的轻弹簧相连,并置于光滑水平面上。现给其中一个小球沿着弹簧轴线方向的初速度,整个系统将运动起来,已知在此后的运动过程中弹簧的弹性势能Ep与弹簧的长度l的关系如图1所示。
①请说明曲线斜率绝对值的物理意义;
②已知运动过程中弹簧的最大长度为lm,求弹簧最小长度为多大?
(2)分子势能是研究物体内能的重要内容。已知某物体中两个分子之间的势能Ep与两者之间距离r的关系曲线如图2所示。
①由图2中可知,两分子间距离为r0时,分子势能最小,请说出r=r0时两分子间相互作用力的大小,并定性说明曲线斜率绝对值的大小以及正、负所对应的物理意义;
②假设两个质量相同的分子只在分子力作用下绕两者连线的中点做匀速圆周运动,当两者相距为r1时,分子的加速度最大,此时两者之间的分子势能为Ep1,系统的动能与分子势能之和为E。请在如图2所示的Ep−r图像中的横轴上标出r1坐标的大致位置,并求出此时两分子之间的分子作用力的大小。
【答案】(1)①曲线的斜率的绝对值代表了弹簧的弹力;
②已知运动过程中弹簧的最大长度为lm,弹簧最小长度为2l0-lm。
(2)①r=r0时,分子间相互作用力大小为零。
斜率绝对值的大小,反映分子间相互作用力的大小;
斜率的正、负,分别反映分子间相互作用力是引力、还是斥力。
②图见解析,此时两分子之间的分子作用力的大小为。
②已知运动过程中弹簧的最大长度为lm,弹簧最小长度为2l0-lm。
(2)①r=r0时,分子间相互作用力大小为零。
斜率绝对值的大小,反映分子间相互作用力的大小;
斜率的正、负,分别反映分子间相互作用力是引力、还是斥力。
②图见解析,此时两分子之间的分子作用力的大小为
2
(
E
-
E
p
1
)
r
1
【解答】
【点评】
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