宜城教育资源网www.ychedu.com 一、影响分子势能的因素
1.势能大小是由分子间的相互作用力来决定。分子间相互作用力主要由分子种类、结构(极性)、分子间的相互距离、分子间的组合形式等因素来决定。 2.特别的,对于气体分子,其分子间间隔非常大,通常可以近似认为分子间的相互作用力为0,即势能几乎为0,所以气体内能一般是指分子动能的大小。在精确度较高不能忽略势能时,其分子间的距离对气体势能大小起到了决定性的作用,间距越大,势能越小。
二、分子动能: 1.概念:分子做热运动所具有的动能 2.特点:因分子热运动永不停息,分子动能不为零 3.分子平均动能:温度是分子平均动能的标志。温度越高,分平均动能越大,分子热运动越剧烈。温度相同时分子平均动能一定相等 4.分子总动能:物体所含分子的总动能取决于两个因素:分子平均动能即物体的温度;分子数目N= ) 做热运动的分子具有动能,在热现象的研究中,单个分子的动能是无研究意义的,重要的是分子热运动的平均动能。温度是物体分子热运动的平均动能的标志。
三、分子势能与内能
1.分子势能是内能的重要组成部分。我们先来复习内能的定义: 2.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。 3.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。
四、分子势能与分子力做功
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。
分子势能的概念
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。 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。
五、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。
六、理想气体的分子势能
1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。理想气体状态方程这篇文章中有详细的介绍。 2.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。 3.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。
七、分子势能趋于稳定态
1.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。 2.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。 3.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。 4.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。 八、分子势能与分子间距离的关系 当分子间距离大于平衡距离时,分子力表现为引力,此时增大分子间距离,分子力作负功,分子势能增加;当分子间距离小于平衡距离时,分子力为斥力,此时减小距离,分子力还是做负功,分子势能增加。 分子势能关系 当分子间距离大于平衡距离时,分子力表现为引力,此时增大分子间距离,分子力作负功,分子势能增加;当分子间距离小于平衡距离时,分子力为斥力,此时减小距离,分子力还是做负功,分子势能增加;由此可见分子间距离等于平衡距离时分子势能最小,但不一定为零,因为分子势能是相对的。 以下是一些常见结论。 1.分子距离在平衡距离处分子势能最小。 2.分子距离在大于平衡距离和小于平衡距离时其分子势能将增大。 3.分子距离在小于平衡距离时,斥力大于引力,分子势能表现为斥力,最大值在零距离处。 4.分子距离在大于平衡距离时,引力大于斥力,分子势能表现为引力,无穷远处为0。 5.分子距离在无穷远处引力和斥力都为零,引力引起的势能最大。 6.分子距离在无穷近处引力和斥力最大,斥力引起的势能最大。 补充:分子热运动引起的的分子间势能取决于物体的体积。 此外值得注意的是:理想气体不考虑分子势能。因为理想气体假设中有给出:除碰撞时刻外,忽略分子间作用力,并且分子碰撞时间极短。 一般情况下的气体分子势能可以忽略。因为,一般情况下的气体之间距离约在10-9m,分子间距大于平衡位置的间距r0,10倍以上。 宜城教育资源网www.ychedu.com |