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分子势能

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分子势能用Ep来表示,其大小取决于物体的体积和状态。

分子势能是势能中的一种,与重力做功与重力势能变化关系类似,也满足分子力做功与分子势能变化的关系。

简单来说,就是分子力做正功,分子势能减小;反之增加。

对两个分子而言,其分子势能满足下图曲线(规定无穷远处势能为零势能面):

分子势能

上式中的r0是分子斥力与引力相等的那一点,或者说这一点两个分子之间的合力为零。

下面,笔者来进一步从做功的角度分析势能的变化。

(1)当分子间的距离小于r0时,随着分子间距离的减小,表现的是引力,在做负功,分子势能增大;

(2)当分子间的距离大于r0时,随着分子间距离的增大,表现的是吃力,在做负功,分子势能也增大;

(3)当分子间的距离等于r0时,分子的势能最小。

(注意:这张图与r与分子力关系图不一样)

同学们可以借助高中物理选修3-3教材中的弹簧模型来对比理解。

分子势能Ep大小取决于物体的体积和状态。要注意不能简单地理解分子势能与物体的体积存在正比或反比的关系。

从力学知识中我们知道,一个物体所处的位置越低,势能就越小。

生活常识又告诉我们,物体的重心越低,就越稳定。

因此,物体处于越稳定的状态,物体(实际上是物体与地球所构成的系统)所具有的势能就越小。分子之间的相互作用亦是如此。

处于固态物质的分子形成空间点阵,分子不能自由移动,只能在自己的平衡位置上振动,与液态的分子相比处于更加稳定的状态。

因此,物质处于固态时,分子之间相互作用的势能较小。

在熔化过程中,一般来说,分子由较稳定的状态变成较不稳定的状态,因此分子之间相互作用的势能增加。

(文/王尚;笔者系高中物理网力学组主编。)

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