分子势能概念：分子势能是分子间由于存在相互的作用力，从而具有的与其相对位置有关的一种势能。

微观领域，我们高中物理研究的分子势能仅仅局限在两个分子间势能问题上。分子势能与分子间距离关系，是高考物理的常考点。

分子势能是内能的重要组成部分。我们先来复习的定义：

内能是组成物体分子的无规则热运动动能和分子间相互作用势能的总和。

物体的内能，并不包括这个物体宏观机械运动时的动能、重力势能、弹性势能等。

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。

下面，笔者来进一步从分子力做功，的角度分析分子势能的变化情况。请同学们借助下方图像理解。

（1）当分子间的距离小于r0时，随着分子间距离的减小，表现的是斥力，此过程分子力做负功，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，表现的是引力，此过程分子力做负功，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。这一条，请同学们借助上面两条来理解。

分子势能与分子间距离关系

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）：

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斥力、引力的合力为零。

图像所描述的变化关系，与上述分子力做功与分子势能变化关系的分析是一致的。

注意：这张图与分子间距离与分子力关系图相似，却有很大的不同，同学们借助下图来对照理解。

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。

理想气体的分子势能不需要考虑，即认为理想气体的分子势能为零。这篇文章中有详细的介绍。

为何理想气体不需要考虑分子势能呢？还是请同学们借助上面的分子势能与分子间距离图像来理解。我们认为10r0处的分子力、引力势能都非常小了，接近于零。

而理想气体的分子间距离，要大于10r0。因为我们对理想气体的研究，认为其内能大小就等于其所有分子的分子动能之和；与分子势能无关了。

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。

高中物理选修3-3内容概要

（文/王尚；笔者系高中物理网力学组主编。）

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 　　1．物质是由分子组成的。分子若看成球型，其直径以10^-10m来度量。

 　　2．一切物体的分子都在不停地做无规则的运动。

 　　①扩散：不同物质在相互接触时，彼此进入对方的现象。

 　　②扩散现象说明：A、分子之间有间隙。B、分子在做不停的无规则的运动。

 　　③课本中的装置下面放二氧化氮这样做的目的是：防止二氧化氮扩散被误认为是重力作用的结果。实验现象：两瓶气体混合在一起颜色变得均匀，结论：气体分子在不停地运动。

 　　④固、液、气都可扩散，扩散速度与温度有关。

 　　⑤分子运动与物体运动要区分开：扩散、蒸发等是分子运动的结果，而飞扬的灰尘，液、气体对流是物体运动的结果。

 　　3．分子间有相互作用的引力和斥力。

 　　①当分子间的距离ｄ＝分子间平衡距离r，引力＝斥力。

 　　②ｄ＜ｒ时，引力＜斥力，斥力起主要作用，固体和液体很难被压缩是因为：分子之间的斥力起主要作用。

 　　③ｄ＞ｒ时，引力＞斥力，引力起主要作用。固体很难被拉断，钢笔写字，胶水粘东西都是因为分子之间引力起主要作用。

 　　④当ｄ＞10ｒ时，分子之间作用力十分微弱，可忽略不计。

 　　破镜不能重圆的原因是：镜块间的距离远大于分子之间的作用力的作用范围，镜子不能因分子间作用力而结合在一起。

 　　1．内能：物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。

 　　2．物体在任何情况下都有内能：既然物体内部分子永不停息地运动着和分子之间存在着相互作用，那么内能是无条件的存在着。无论是高温的铁水，还是寒冷的冰块。

 　　3．影响物体内能大小的因素：①温度：在物体的质量，材料、状态相同时，温度越高物体内能越大；②质量：在物体的温度、材料、状态相同时，物体的质量越大，物体的内能越大；③材料：在温度、质量和状态相同时，物体的材料不同，物体的内能可能不同；④存在状态：在物体的温度、材料质量相同时，物体存在的状态不同时，物体的内能也可能不同。

 　　4．内能与机械能不同：

 　　机械能是宏观的，是物体作为一个整体运动所具有的能量，它的大小与机械运动有关。

 　　内能是微观的，是物体内部所有分子做无规则运动的能的总和。内能大小与分子做无规则运动快慢及分子作用有关。这种无规则运动是分子在物体内的运动，而不是物体的整体运动。

 　　5．热运动：物体内部大量分子的无规则运动叫做热运动。

 　　温度越高扩散越快。温度越高，分子无规则运动的速度越大。

 　　三、内能的改变

 　　1．内能改变的外部表现：

 　　物体温度升高（降低）──物体内能增大（减小）。

 　　物体存在状态改变（熔化、汽化、升华）──内能改变。

 　　反过来，不能说内能改变必然导致温度变化。（因为内能的变化有多种因素决定）

 　　2．改变内能的方法：做功和热传递。

 　　A、做功改变物体的内能：

 　　①做功可以改变内能：对物体做功物体内能会增加。物体对外做功物体内能会减少。

 　　②做功改变内能的实质是内能和其他形式的能的相互转化。

 　　③如果仅通过做功改变内能，可以用做功多少度量内能的改变大小。（Ｗ＝△Ｅ）

 　　④解释事例：图15．2-5甲看到棉花燃烧起来了，这是因为活塞压缩空气做功，使空气内能增加，温度升高，达到棉花燃点使棉花燃烧。钻木取火：使木头相互摩擦，人对木头做功，使它的内能增加，温度升高，达到木头的燃点而燃烧。图15．2-5乙看到当塞子跳起来时，容器中出现了雾，这是因为瓶内空气推动瓶塞对瓶塞做功，内能减小，温度降低，使水蒸气液化凝成小水滴。

 　　B、热传递可以改变物体的内能。

 　　①热传递是热量从高温物体向低温物体或从同一物体的高温部分向低温部分传递的现象。

 　　②热传递的条件是有温度差，传递方式是：传导、对流和辐射。热传递传递的是内能（热量），而不是温度。

 　　③热传递过程中，物体吸热，温度升高，内能增加；放热温度降低，内能减少。

 　　④热传递过程中，传递的能量的多少叫热量，热量的单位是焦耳。热传递的实质是内能的转移。

 　　C、做功和热传递改变内能的区别：由于它们改变内能上产生的效果相同，所以说做功和热传递改变物体内能上是等效的。但做功和热传递改变内能的实质不同，前者能的形式发生了变化，后者能的形式不变。

 　　D、温度、热量、内能的区别：

 　　1．比热容：⑴定义：单位质量的某种物质温度升高（降低）1℃时吸收（放出）的热量。

 　　⑵物理意义：表示物体吸热或放热的本领的物理量。

 　　⑶比热容是物质的一种特性，大小与物体的种类、状态有关，与质量、体积、温度、密度、吸热放热、形状等无关。

 　　⑷水的比热容为4．2×10³J（kg·℃）表示：1kg的水温度升高（降低）1℃吸收（放出）的热量为4．2×10³J。

 　　⑸水常调节气温、取暖、作冷却剂、散热，是因为水的比热容大。

 　　2．计算公式：Ｑ_吸＝Ｃm（t－t₀），Ｑ_放＝Ｃm（t₀－t）。

 　3．热平衡方程：不计热损失Ｑ_吸＝Ｑ_放。

 　　五、内能的利用、热机

 　　（一）内能的获得──燃料的燃烧

 　　燃料燃烧：化学能转化为内能。

 　　（二）热值

 　　1．定义：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。

 　　3．关于热值的理解：

 　　①对于热值的概念，要注重理解三个关键词“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。1kg是针对燃料的质量而言，如果燃料的质量不是1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不是热值。某种燃料：说明热值与燃料的种类有关。完全燃烧：表明要完全烧尽，否则1kg燃料化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。

 　　②热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小，也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。

 　　3．公式：Q＝mq（q为热值）。

　　实际中，常利用Q_吸＝Q_放即cm（t-t₀）=ηqm′联合解题。

 　　4．酒精的热值是3．0×10⁷J/kg，它表示：1kg酒精完全燃烧放出的热量是3．0×10⁷J。

 　　煤气的热值是3．9×10⁷J/m³，它表示：1m³煤气完全燃烧放出的热量是3．9×10⁷J。

 　　5．火箭常用液态氢做燃料，是因为：液态氢的热值大，体积小便于储存和运输。

 　　6．炉子的效率：

 　　①定义：炉子有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比。

 　　（三）内能的利用

 　　1．内能的利用方式：

 　　⑴利用内能来加热；从能的角度看，这是内能的转移过程。

 　　⑵利用内能来做功；从能的角度看，这是内能转化为机械能。

 　　2．热机：定义：利用燃料的燃烧来做功的装置。

 　　能的转化：内能转化为机械能。

 　　蒸气机──内燃机──喷气式发动机。

 　　3．内燃机：将燃料燃烧移至机器内部燃烧，转化为内能且利用内能来做功的机器叫内燃机。它主要有汽油机和柴油机。

 　　4．内燃机大概的工作过程：内燃机的每一个工作循环分为四个阶段：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。在这四个阶段，吸气冲程、压缩冲程和排气冲程是依靠飞轮的惯性来完成的，而做功冲程是内燃机中唯一对外做功的冲程，是由内能转化为机械能。另外压缩冲程将机械能转化为内能。

 　　5．热机的效率：热机用来做有用功的那部分能量和完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率。

　　提高热机效率的途径：使燃料充分燃烧；尽量减小各种热量损失；机件间保持良好的润滑、减小摩擦。

 　　6．汽油机和柴油机的比较：

 　　六、能量守恒定律

 　　1．自然界存在着多种形式的能量。尽管各种能量我们还没有系统地学习，但在日常生活中我们也有所了解，如跟电现象相联系的电能，跟光现象有关的光能，跟原子核的变化有关的核能，跟化学反应有关的化学能等。

 　　2．在一定条件下，各种形式的能量可以相互转化和转移（列举学生所熟悉的事例，说明各种形式的能的转化和转移）。在热传递过程中，高温物体的内能转移到低温物体。运动的甲钢球碰击静止的乙钢球，甲球的机械能转移到乙球。在这种转移的过程中能量形式没有变。

 　　3．在自然界中能量的转化也是普遍存在的。小朋友滑滑梯，由于摩擦而使机械能转化为内能；在气体膨胀做功的现象中，内能转化为机械能；在水力发电中，水的机械能转化为电能；在火力发电厂，燃料燃烧释放的化学能，转化成电能；在核电站，核能转化为电能；电流通过电热器时，电能转化为内能；电流通过电动机，电能转化为机械能。

 　　4．能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。

 　　能量的转化和守恒定律是自然界最普遍的、最重要的定律之一。