Question

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

Answer 1

物體的動能與物體內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系．然而，在一定條件下，兩者可以相互轉化．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，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系．然而，在一定條件下，兩者可以相互轉化．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，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：(1)作為宏觀物體的兩種不同形式的能量——內能和機械能之間在產生形式和大小的決定因素上沒有絲毫關聯，只有通過做功這樣一個物理過程，才將二者聯系起來，使它們之間發生相互轉化．可見，功是不同形式能量間相互轉化的橋梁，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)聯系起來的紐帶．

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