在物理學(xué)中,研究微觀(guān)物理問(wèn)題可以借鑒宏觀(guān)的物理模型,可使問(wèn)題變得更加形象生動(dòng)。彈簧的彈力和彈性勢(shì)能變化與分子間的作用力以及分子勢(shì)能變化情況有相似之處,因此在學(xué)習(xí)分子力和分子勢(shì)能的過(guò)程中,我們可以將兩者類(lèi)比,以便于理解。
(1)質(zhì)量相等的兩個(gè)小球用勁度系數(shù)為k,原長(zhǎng)為l
0的輕彈簧相連,并置于光滑水平面上?,F(xiàn)給其中一個(gè)小球沿著彈簧軸線(xiàn)方向的初速度,整個(gè)系統(tǒng)將運(yùn)動(dòng)起來(lái),已知在此后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中彈簧的彈性勢(shì)能E
p與彈簧的長(zhǎng)度l的關(guān)系如圖1所示。
?
①請(qǐng)說(shuō)明曲線(xiàn)斜率絕對(duì)值的物理意義;
②已知運(yùn)動(dòng)過(guò)程中彈簧的最大長(zhǎng)度為l
m,求彈簧最小長(zhǎng)度為多大?
(2)分子勢(shì)能是研究物體內(nèi)能的重要內(nèi)容。已知某物體中兩個(gè)分子之間的勢(shì)能E
p與兩者之間距離r的關(guān)系曲線(xiàn)如圖2所示。
①由圖2中可知,兩分子間距離為r
0時(shí),分子勢(shì)能最小,請(qǐng)說(shuō)出r=r
0時(shí)兩分子間相互作用力的大小,并定性說(shuō)明曲線(xiàn)斜率絕對(duì)值的大小以及正、負(fù)所對(duì)應(yīng)的物理意義;
②假設(shè)兩個(gè)質(zhì)量相同的分子只在分子力作用下繞兩者連線(xiàn)的中點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),當(dāng)兩者相距為r
1時(shí),分子的加速度最大,此時(shí)兩者之間的分子勢(shì)能為E
p1,系統(tǒng)的動(dòng)能與分子勢(shì)能之和為E。請(qǐng)?jiān)谌鐖D2所示的E
p?r圖像中的橫軸上標(biāo)出r
1坐標(biāo)的大致位置,并求出此時(shí)兩分子之間的分子作用力的大小。