【問題】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關(guān)的特點(diǎn)，所以存在重力勢能。重力勢能由地球和物體的相對位置決定。分子間的作用力做功是否也具有這一特點(diǎn)呢？

 

一、分子動能

分子不停地做無規(guī)則運(yùn)動，那么，像一切運(yùn)動著的物體一樣，做熱運(yùn)動的分子也具有動能，這就是分子動能。物體中分子熱運(yùn)動的速率大小不一，所以各個分子的動能也有大有小，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)出來的熱學(xué)性質(zhì)，因而，這里重要的不是系統(tǒng)中某個分子的動能大小，而是所有分子的動能的平均值。這個平均值叫作分子熱運(yùn)動的平均動能。

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

 

分子熱運(yùn)動的平均動能與溫度成正比。

二、分子勢能

分子勢能是分子間的相互作用力而產(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關(guān)，分子組成的系統(tǒng)具有分子勢能。

如圖，設(shè)兩個分子相距無窮遠(yuǎn)，【兩個分子相距無窮遠(yuǎn)是指它們之間幾乎沒有相互作用時的距離。】我們可以規(guī)定它們的分子勢能為0。讓一個分子A不動，另一個分子B從無窮遠(yuǎn)處逐漸靠近A。在這個過程中，分子間的作用力（圖甲）做功，分子勢能的大小發(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，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，分子勢能減小。

 

 

分子間作用力與分子勢能

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

越過平衡位置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，分子勢能增大。

可見，分子勢能的大小是由分子間的相對位置決定的。

由以上分析可知，如果選定分子間距離r為無窮遠(yuǎn)時的分子勢能Ep為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(dāng)r=r₀時，分子勢能最小。

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

以下是一些常見結(jié)論。

1.分子距離在平衡距離處分子勢能最小；

2.分子距離在大于平衡距離和小于平衡距離時其分子勢能將增大；

3.分子距離在小于平衡距離時，斥力大于引力，分子勢能表現(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，引力大于斥力，分子勢能表現(xiàn)為引力，無窮遠(yuǎn)處為0；

5.分子距離在無窮遠(yuǎn)處引力和斥力都為零,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(yùn)動引起的的分子間勢能取決于物體的體積；

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

9.固體、液體中分子勢能較大的影響內(nèi)能，氣體中則較小；

10.物態(tài)、體積是分子勢能的主要參量。

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

一般情況下的氣體分子勢能可以忽略。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)動動能與分子勢能的總和，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)動的平均動能與溫度有關(guān)，分子勢能與物體的體積有關(guān)。一般說來，物體的溫度和體積變化時它的內(nèi)能都會隨之改變。

思考與討論

物體下落的時候，物體中的分子在做無規(guī)則熱運(yùn)動的同時還共同參與豎直向下的落體運(yùn)動。再如，地面上滾動的足球，球內(nèi)的氣體分子在做無規(guī)則熱運(yùn)動的同時，還共同參與水平地面上的運(yùn)動。當(dāng)足球靜止在地面上時（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規(guī)則的熱運(yùn)動，具有熱運(yùn)動的動能，它是內(nèi)能的一部分；同時物體還可能做整體的運(yùn)動，因此，還會具有動能，這是機(jī)械能的一部分。后者是由物體的機(jī)械運(yùn)動決定的，它對物體的內(nèi)能沒有貢獻(xiàn)。

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