
【化】 potential energy curve
potential energy
【化】 potential energy
curve
【醫】 curve
【經】 curve
勢能曲線(Potential Energy Curve)是物理學中描述系統勢能隨空間位置變化的函數圖像,英文對應詞為"potential energy curve"或"potential energy diagram"。該概念在經典力學、量子力學和分子動力學中均有重要應用。
從數學定義來看,勢能曲線可表示為标量場函數 ( U(mathbf{r}) ),其中 (mathbf{r}) 是位置矢量。在保守力場中,勢能梯度與保守力存在關系: $$ F(mathbf{r}) = - abla U(mathbf{r}) $$ 此公式表明力的方向始終指向勢能下降最陡的方向。
典型應用場景包含:
實驗驗證方面,通過掃描隧道顯微鏡(STM)可直接觀測表面原子的勢能分布特征,該技術成果曾獲諾貝爾物理學獎。在量子隧穿效應研究中,勢壘高度與寬度的曲線特征直接決定粒子穿透概率。
勢能曲線是物理學和化學中用于描述系統勢能隨位置(或構型)變化的圖形化工具。以下是其核心概念的解釋:
數學表達形式
常見勢能函數包括:
$$
U(r) = D_e left[ 1 - e^{-a(r-r_0)} right] quad (text{Morse勢,描述分子鍵})
$$
$$
U(x) = frac{1}{2}kx quad (text{簡諧勢})
$$
擴展概念
當系統自由度增加時,勢能曲線發展為勢能面(如三原子反應的鞍形勢能面),此時需用三維曲面描述能量分布。
該曲線對理解物質穩定性、反應動力學具有核心作用,實驗上可通過光譜分析或分子動力學模拟獲得具體形态。
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