Question

試討論物體的動能與物體內(nèi)分子熱運動平均動能之間、重力勢能與分子勢能之間的關(guān)系．

Answer 1

物體的動能與物體內(nèi)分子熱運動的平均動能是兩種不同形式的能量．物體的動能是描述物體因為宏觀機械運動而具有的能量，取決于物體的質(zhì)量和宏觀運動速率，該速率通常以地面為參考系；而分子熱運動的平均動能是描述物體內(nèi)部分子由于熱運動而具有的能量，溫度是這種能量的唯一標志，也就是說，溫度越高，表明分子熱運動的平均動能越大，描述分子熱運動平均動能的參考系是物體本身，因此，不管物體有沒有宏觀的機械運動速度(動能)，其分子的熱運動總是存在的．可以說，分子熱運動的平均動能與物體的動能之間并無直接關(guān)系．然而，在一定條件下，兩者可以相互轉(zhuǎn)化．比如，以一定的初速度在粗糙水平面上運動的物體，通過摩擦力做功，物體的動能不斷地向分子熱運動平均動能轉(zhuǎn)化．

　　同理，重力勢能屬于機械能范疇，是由物體與地球之間的相互作用和相對位置決定的能量；分子勢能屬于內(nèi)能范疇，其大小由分子間的相互作用和相對位置決定．可見，兩者在大小上無絲毫關(guān)系．然而，兩者均是通過保守力做功來定義的勢能，即無論是重力勢能的變化還是分子勢能的變化，均與變化的具體過程(路徑)無關(guān)，而只決定于物體(分子)的初末位置．

  

解析:

物體的動能與物體內(nèi)分子熱運動的平均動能是兩種不同形式的能量．物體的動能是描述物體因為宏觀機械運動而具有的能量，取決于物體的質(zhì)量和宏觀運動速率，該速率通常以地面為參考系；而分子熱運動的平均動能是描述物體內(nèi)部分子由于熱運動而具有的能量，溫度是這種能量的唯一標志，也就是說，溫度越高，表明分子熱運動的平均動能越大，描述分子熱運動平均動能的參考系是物體本身，因此，不管物體有沒有宏觀的機械運動速度(動能)，其分子的熱運動總是存在的．可以說，分子熱運動的平均動能與物體的動能之間并無直接關(guān)系．然而，在一定條件下，兩者可以相互轉(zhuǎn)化．比如，以一定的初速度在粗糙水平面上運動的物體，通過摩擦力做功，物體的動能不斷地向分子熱運動平均動能轉(zhuǎn)化．

　　同理，重力勢能屬于機械能范疇，是由物體與地球之間的相互作用和相對位置決定的能量；分子勢能屬于內(nèi)能范疇，其大小由分子間的相互作用和相對位置決定．可見，兩者在大小上無絲毫關(guān)系．然而，兩者均是通過保守力做功來定義的勢能，即無論是重力勢能的變化還是分子勢能的變化，均與變化的具體過程(路徑)無關(guān)，而只決定于物體(分子)的初末位置．

　　思路點撥：物體的動能和重力勢能均是機械能的組成部分，是宏觀物體由于機械運動和地球的約束而具有的能量，而分子熱運動的平均動能和分子勢能則均是內(nèi)能的組成部分，由分子的熱運動和分子間的相互作用決定．

　　小結(jié)：(1)作為宏觀物體的兩種不同形式的能量——內(nèi)能和機械能之間在產(chǎn)生形式和大小的決定因素上沒有絲毫關(guān)聯(lián)，只有通過做功這樣一個物理過程，才將二者聯(lián)系起來，使它們之間發(fā)生相互轉(zhuǎn)化．可見，功是不同形式能量間相互轉(zhuǎn)化的橋梁，也是將微觀世界(分子熱運動平均動能、分子勢能)與宏觀世界(機械能)聯(lián)系起來的紐帶．

　　(2)對不同物理量(或物理概念)進行比較，應(yīng)抓住其本質(zhì)的東西，而不是表面上的相同字眼，即抓住其產(chǎn)生根源和決定因素．