【問題】地麵附近的物體(ti) 所受的重力是G，由於(yu) 重力做功具有跟路徑無關(guan) 的特點，所以存在重力勢能。重力勢能由地球和物體(ti) 的相對位置決(jue) 定。分子間的作用力做功是否也具有這一特點呢？

 

一、分子動能

分子不停地做無規則運動，那麽(me) ，像一切運動著的物體(ti) 一樣，做熱運動的分子也具有動能，這就是分子動能。物體(ti) 中分子熱運動的速率大小不一，所以各個(ge) 分子的動能也有大有小，而且在不斷改變。在熱現象的研究中，我們(men) 關(guan) 心的是組成係統的大量分子整體(ti) 表現出來的熱學性質，因而，這裏重要的不是係統中某個(ge) 分子的動能大小，而是所有分子的動能的平均值。這個(ge) 平均值叫作分子熱運動的平均動能。

溫度升高時，分子的熱運動加劇，溫度越高，分子熱運動的平均動能越大。溫度越低，分子熱運動的平均動能越小。因此可以得出結論：物體(ti) 溫度升高時，分子熱運動的平均動能增加。這樣，分子動理論使我們(men) 懂得了溫度的微觀含義(yi) 。

 

分子熱運動的平均動能與(yu) 溫度成正比。

二、分子勢能

分子勢能是分子間的相互作用力而產(chan) 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(yu) 路徑無關(guan) ，分子組成的係統具有分子勢能。

如圖，設兩(liang) 個(ge) 分子相距無窮遠，【兩(liang) 個(ge) 分子相距無窮遠是指它們(men) 之間幾乎沒有相互作用時的距離。】我們(men) 可以規定它們(men) 的分子勢能為(wei) 0。讓一個(ge) 分子A不動，另一個(ge) 分子B從(cong) 無窮遠處逐漸靠近A。在這個(ge) 過程中，分子間的作用力（圖甲）做功，分子勢能的大小發生改變。

 

當分子B向分子A靠近，分子間距離r大於(yu) r₀時，分子間的作用力表現為(wei) 引力，力的方向與(yu) 分子的位移方向相同，分子間的作用力做正功，分子勢能減小。

 

 

分子間作用力與(yu) 分子勢能

當分子間距離r減小到r₀時，分子間的作用力為(wei) 0，分子勢能減到最小。

越過平衡位置r₀後，分子B繼續向分子A靠近，分子間的作用力表現為(wei) 斥力，力的方向與(yu) 分子的位移方向相反，分子間的作用力做負功，分子勢能增大。

可見，分子勢能的大小是由分子間的相對位置決(jue) 定的。

由以上分析可知，如果選定分子間距離r為(wei) 無窮遠時的分子勢能Ep為(wei) 0，則分子勢能Ep隨分子間距離r變化的情況如圖乙所示。分子勢能Ep，隨分子間距離r的變化有最小值，即當r=r₀時，分子勢能最小。

物體(ti) 的體(ti) 積變化時，分子間距離將發生變化，因而分子勢能隨之改變。可見，分子勢能與(yu) 物體(ti) 的體(ti) 積有關(guan) 。

以下是一些常見結論。

1.分子距離在平衡距離處分子勢能最小；

2.分子距離在大於(yu) 平衡距離和小於(yu) 平衡距離時其分子勢能將增大；

3.分子距離在小於(yu) 平衡距離時，斥力大於(yu) 引力，分子勢能表現為(wei) 斥力，最大值在零距離處；

4.分子距離在大於(yu) 平衡距離時，引力大於(yu) 斥力，分子勢能表現為(wei) 引力，無窮遠處為(wei) 0；

5.分子距離在無窮遠處引力和斥力都為(wei) 零,引力引起的勢能最大；

6.分子距離在無窮近處引力和斥力最大,斥力引起的勢能最大；

7.分子熱運動引起的的分子間勢能取決(jue) 於(yu) 物體(ti) 的體(ti) 積；

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

9.固體(ti) 、液體(ti) 中分子勢能較大的影響內(nei) 能，氣體(ti) 中則較小；

10.物態、體(ti) 積是分子勢能的主要參量。

此外值得注意的是：理想氣體(ti) 不考慮分子勢能。因為(wei) 理想氣體(ti) 假設中有給出，除碰撞時刻外，忽略分子間作用力，並且分子碰撞時間極短。

一般情況下的氣體(ti) 分子勢能可以忽略。因為(wei) ，一般情況下的氣體(ti) 之間距離約在10⁻⁹m，分子間距大於(yu) 平衡位置的間距r₀的10倍以上。

三、物體(ti) 的內(nei) 能

物體(ti) 中所有分子的熱運動動能與(yu) 分子勢能的總和，叫作物體(ti) 的內(nei) 能（internal energy）。任何物體(ti) 都具有內(nei) 能。

分子熱運動的平均動能與(yu) 溫度有關(guan) ，分子勢能與(yu) 物體(ti) 的體(ti) 積有關(guan) 。一般說來，物體(ti) 的溫度和體(ti) 積變化時它的內(nei) 能都會(hui) 隨之改變。

思考與(yu) 討論

物體(ti) 下落的時候，物體(ti) 中的分子在做無規則熱運動的同時還共同參與(yu) 豎直向下的落體(ti) 運動。再如，地麵上滾動的足球，球內(nei) 的氣體(ti) 分子在做無規則熱運動的同時，還共同參與(yu) 水平地麵上的運動。當足球靜止在地麵上時（圖），

 

其中的氣體(ti) 分子是否還具有能量呢？

應當指出，組成物體(ti) 的分子在做無規則的熱運動，具有熱運動的動能，它是內(nei) 能的一部分；同時物體(ti) 還可能做整體(ti) 的運動，因此，還會(hui) 具有動能，這是機械能的一部分。後者是由物體(ti) 的機械運動決(jue) 定的，它對物體(ti) 的內(nei) 能沒有貢獻。

☞分子運動不是機械運動。機械運動是一定會(hui) 產(chan) 生摩擦，而分子運動不會(hui) 產(chan) 生摩擦;機械運動是宏觀的，整個(ge) 物體(ti) 的運動，可以直接或間接用量器具測量速度等指標。一般肉眼可以觀測到。熱運動是微觀的分子運動。