【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的特點，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呢？

 

一、分子動能

分子不停地做無規則運動，那么，像一切運動著的物體一樣，做熱運動的分子也具有動能，這就是分子動能。物體中分子熱運動的速率大小不一，所以各個分子的動能也有大有小，而且在不斷改變。在熱現象的研究中，我們關心的是組成系統的大量分子整體表現出來的熱學性質，因而，這里重要的不是系統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，分子動理論使我們懂得了溫度的微觀含義。

 

分子熱運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，分子組成的系統具有分子勢能。

如圖，設兩個分子相距無窮遠，【兩個分子相距無窮遠是指它們之間幾乎沒有相互作用時的距離。】我們可以規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，分子勢能的大小發生改變。

 

當分子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繼續向分子A靠近，分子間的作用力表現為斥力，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r=r₀時，分子勢能最小。

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

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，分子勢能表現為引力，無窮遠處為0；

5.分子距離在無窮遠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；

9.固體、液體中分子勢能較大的影響內能，氣體中則較小；

10.物態、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。因為理想氣體假設中有給出，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。因為，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、物體的內能

物體中所有分子的熱運動動能與分子勢能的總和，叫作物體的內能（internal energy）。任何物體都具有內能。

分子熱運動的平均動能與溫度有關，分子勢能與物體的體積有關。一般說來，物體的溫度和體積變化時它的內能都會隨之改變。

思考與討論

物體下落的時候，物體中的分子在做無規則熱運動的同時還共同參與豎直向下的落體運動。再如，地面上滾動的足球，球內的氣體分子在做無規則熱運動的同時，還共同參與水平地面上的運動。當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？

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

☞分子運動不是機械運動。機械運動是一定會產生摩擦，而分子運動不會產生摩擦;機械運動是宏觀的，整個物體的運動，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。