【問(wèn)題】地面附近的物體所受的重力是G，由于重力做功具有跟路徑無(wú)關(guān)的特點(diǎn)，所以存在重力勢(shì)能。重力勢(shì)能由地球和物體的相對(duì)位置決定。分子間的作用力做功是否也具有這一特點(diǎn)呢？

 

一、分子動(dòng)能

分子不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，那么，像一切運(yùn)動(dòng)著的物體一樣，做熱運(yùn)動(dòng)的分子也具有動(dòng)能，這就是分子動(dòng)能。物體中分子熱運(yùn)動(dòng)的速率大小不一，所以各個(gè)分子的動(dòng)能也有大有小，而且在不斷改變。在熱現(xiàn)象的研究中，我們關(guān)心的是組成系統(tǒng)的大量分子整體表現(xiàn)出來(lái)的熱學(xué)性質(zhì)，因而，這里重要的不是系統(tǒng)中某個(gè)分子的動(dòng)能大小，而是所有分子的動(dòng)能的平均值。這個(gè)平均值叫作分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能。

溫度升高時(shí)，分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，溫度越高，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能越大。溫度越低，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能越小。因此可以得出結(jié)論：物體溫度升高時(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能增加。這樣，分子動(dòng)理論使我們懂得了溫度的微觀含義。

 

分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能與溫度成正比。

二、分子勢(shì)能

分子勢(shì)能是分子間的相互作用力而產(chǎn)生的能量。

分子間存在著相互作用力，可以證明分子間的作用力所做的功與路徑無(wú)關(guān)，分子組成的系統(tǒng)具有分子勢(shì)能。

如圖，設(shè)兩個(gè)分子相距無(wú)窮遠(yuǎn)，【兩個(gè)分子相距無(wú)窮遠(yuǎn)是指它們之間幾乎沒(méi)有相互作用時(shí)的距離。】我們可以規(guī)定它們的分子勢(shì)能為0。讓一個(gè)分子A不動(dòng)，另一個(gè)分子B從無(wú)窮遠(yuǎn)處逐漸靠近A。在這個(gè)過(guò)程中，分子間的作用力（圖甲）做功，分子勢(shì)能的大小發(fā)生改變。

 

當(dāng)分子B向分子A靠近，分子間距離r大于r₀時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為引力，力的方向與分子的位移方向相同，分子間的作用力做正功，分子勢(shì)能減小。

 

 

分子間作用力與分子勢(shì)能

當(dāng)分子間距離r減小到r₀時(shí)，分子間的作用力為0，分子勢(shì)能減到最小。

越過(guò)平衡位置r₀后，分子B繼續(xù)向分子A靠近，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力，力的方向與分子的位移方向相反，分子間的作用力做負(fù)功，分子勢(shì)能增大。

可見(jiàn)，分子勢(shì)能的大小是由分子間的相對(duì)位置決定的。

由以上分析可知，如果選定分子間距離r為無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)的分子勢(shì)能Ep為0，則分子勢(shì)能Ep隨分子間距離r變化的情況如圖乙所示。分子勢(shì)能Ep，隨分子間距離r的變化有最小值，即當(dāng)r=r₀時(shí)，分子勢(shì)能最小。

物體的體積變化時(shí)，分子間距離將發(fā)生變化，因而分子勢(shì)能隨之改變。可見(jiàn)，分子勢(shì)能與物體的體積有關(guān)。

以下是一些常見(jiàn)結(jié)論。

1.分子距離在平衡距離處分子勢(shì)能最小；

2.分子距離在大于平衡距離和小于平衡距離時(shí)其分子勢(shì)能將增大；

3.分子距離在小于平衡距離時(shí)，斥力大于引力，分子勢(shì)能表現(xiàn)為斥力，最大值在零距離處；

4.分子距離在大于平衡距離時(shí)，引力大于斥力，分子勢(shì)能表現(xiàn)為引力，無(wú)窮遠(yuǎn)處為0；

5.分子距離在無(wú)窮遠(yuǎn)處引力和斥力都為零,引力引起的勢(shì)能最大；

6.分子距離在無(wú)窮近處引力和斥力最大,斥力引起的勢(shì)能最大；

7.分子熱運(yùn)動(dòng)引起的的分子間勢(shì)能取決于物體的體積；

8.分子勢(shì)能就是由分子間作用力引起的，所以分子勢(shì)能與分子間的相互作用力的大小和相對(duì)位置有關(guān)；

9.固體、液體中分子勢(shì)能較大的影響內(nèi)能，氣體中則較小；

10.物態(tài)、體積是分子勢(shì)能的主要參量。

此外值得注意的是：理想氣體不考慮分子勢(shì)能。因?yàn)槔硐霘怏w假設(shè)中有給出，除碰撞時(shí)刻外，忽略分子間作用力，并且分子碰撞時(shí)間極短。

一般情況下的氣體分子勢(shì)能可以忽略。因?yàn)椋�一般情況下的氣體之間距離約在10⁻⁹m，分子間距大于平衡位置的間距r₀的10倍以上。

三、物體的內(nèi)能

物體中所有分子的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能與分子勢(shì)能的總和，叫作物體的內(nèi)能（internal energy）。任何物體都具有內(nèi)能。

分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能與溫度有關(guān)，分子勢(shì)能與物體的體積有關(guān)。一般說(shuō)來(lái)，物體的溫度和體積變化時(shí)它的內(nèi)能都會(huì)隨之改變。

思考與討論

物體下落的時(shí)候，物體中的分子在做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的同時(shí)還共同參與豎直向下的落體運(yùn)動(dòng)。再如，地面上滾動(dòng)的足球，球內(nèi)的氣體分子在做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還共同參與水平地面上的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)足球靜止在地面上時(shí)（圖），

 

其中的氣體分子是否還具有能量呢？

應(yīng)當(dāng)指出，組成物體的分子在做無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，具有熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，它是內(nèi)能的一部分；同時(shí)物體還可能做整體的運(yùn)動(dòng)，因此，還會(huì)具有動(dòng)能，這是機(jī)械能的一部分。后者是由物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)決定的，它對(duì)物體的內(nèi)能沒(méi)有貢獻(xiàn)。

☞分子運(yùn)動(dòng)不是機(jī)械運(yùn)動(dòng)。機(jī)械運(yùn)動(dòng)是一定會(huì)產(chǎn)生摩擦，而分子運(yùn)動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生摩擦;機(jī)械運(yùn)動(dòng)是宏觀的，整個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)，可以直接或間接用量器具測(cè)量速度等指標(biāo)。一般肉眼可以觀測(cè)到。熱運(yùn)動(dòng)是微觀的分子運(yùn)動(dòng)。