Question

如图甲所示，a、b为某种物质的两个分子，假设分子a固定不动，分子b只在ab间分子力的作用下运动（在x轴上），以a为原点，沿两分子连线建立x轴。两个分子之间的作用力与它们之间距离x的F—x关系图线如图乙所示。图线在r₀处的斜率为k，当分子b在两分子间距r₀附近小范围振动时：

(1)弹簧、橡皮筋等弹性物质，大多有“弹性限度”，在“弹性限度”范围遵守胡克定律，请结合图乙从微观尺度上谈谈你对“弹性限度”范围的理解。说明在“弹性限度”范围内，微观层面上分子b的运动形式；

(2)推导两分子间距为x（xr₀）时，两分子间分子势能E_P的表达式；当两分子间距离为r₀时，b分子的动能为E_k0。求两分子在r₀附近小范围振动时的振动范围。当温度小范围升高时，热运动加剧，A同学认为分子振动范围变大，B同学认为分子振动频率变大，哪位同学的观点正确？

Answer

(1)见解析，简谐振动；(2)，，A同学正确。

【解析】

(1)弹力时分子力的宏观表现，从微观尺度上看，只有在r0附近，分子力才和分子偏离r0的距离成正比，宏观上表现为“弹性限度”范围。在“弹性限度”范围内，微观层面上分子b的运动形式时简谐运动。

(2)在F—x图中，当x≥r0时图线与x轴所围成的面积表示弹力F做的功，则在游客位移从r0变为x的过程中，弹力做功为

所以弹性绳的弹性势能为

当两分子间距离为r0时，b分子的动能为Ek0，以此位置为起点，当b分子的动能全部转化为分子势能时即为最远点，所以有

可得

根据简谐振动的对称性可知振动范围为

当温度小范围升高时，热运动加剧，Ek0增大，则振动范围增大，频率不变，故A同学正确。