高中的势能教学
一、势能的概念
势能是指由系统（两个物体或同一个物体的两个部分以上）内各部分物体间的相互作用力引起的并由他们的相对位置大小决定的能量。以物体的重力势能为例，物体由于受到地球的重力作用，并由于其与地面有高度差而能够做功，所以物体就具有重力势能。例如图中被举高的重锤能够对木桩做功，所以被举高的重锤具有重力势能。
被举高的重锤具有重力势能
所以具有势能的物体有两个条件，一是他们间有力的作用，比如重力势能由重力产生，弹性势能由弹力产生。二是他们有相对位置，没有位置的差别就如同有力而没有位移，就没有做功的本领，就没有势能。比如物体具有重力势能，一定是物体有相对于参考点的高度差；比如弹簧的弹性势能，一定也是由于压缩或拉伸发生了弹性形变而产生。
被压缩的弹簧由于具有弹性势能够对球做功
我们常常说一个物体或一个带电粒子具有多少势能，这是一种简化的说法，正确的是势能是属于系统共有的。以物体的重力势能为例，没有地球对物体的引力作用，就没有物体的重力势能，所以物体的重力势能是物体与地球共有的。另外，系统的势能可以发生转化，如苹果落地，系统的重力势能转化为苹果的动能以及通过克服空气做功一部分转化为内能。在这个过程中，地球由于质量很大，认为是不动的，没有转化为地球的动能。
二、高中势能的种类及其大小
高中学习的势能除了上面提到的重力势能、弹性势能以外，还有电磁方面的势能，如电势能与分子势能，他们都是由于对应的相互作用力并由系统各部分间的相对位置决定的能量。如电势能由电荷间的电场力决定，分子势能由分子间作用力决定。
正点电荷在匀强电场中由于具有做功的形势而具有电势能
分子间存在斥力与引力而具有电势能
系统势能的大小在高中阶段都是根据对应的力做功大小来定义的（为了便于描述，这里系统的势能都简称为物体的势能）。如物体在某处的重力势能大小定义为将该物体从此位置移到零势能面时重力所做的功的大小。同理，弹性势能、电势能、分子势能都定义为分别把弹簧一端、电荷、分子在移到零势能点时弹力、电场力、分子力所做的功的大小。如下面公式反映，物体在A点的势能大小：
A点的势能为将物体从该点移到0势能点力所做的功
根据力做功的公式得到下面公式：
弹簧的弹力与形变量成线性关系
由于高中对通过做功方式计算电势能与分子势能的公式不做要求，所以不列出来。从上面两条计算势能的公式也反映出前面提到的势能的两个条件，这也是决定势能大小的因素，一个是力的大小，如上面的重力mg、弹力F；一个是相对的位置，如上面公式的h、x（当然这里是根据胡克定律将弹力公式表达出来）。上述提到的零势能点或面是一个参考系，几乎描述任何物体的性质与运动都得选择参考系，高度、距离同样要选择参考系，理论上参考系选择是任意的，但会考虑研究问题的方便性而选择特定的零势能面，如上述一般选择地面与弹簧恢复原状时为零势能面，选无穷远处为零电势能点或零分子势能点。
从上述两条公式也反映出，当力一定时，只要高度h、距离x决定了，力对物体做功的大小就固定了，即重力做功、弹力做功与路径无关，而只与物体的初始位置与终止位置有关，具有这样特点的力是保守力，与之相反的是耗散力，如摩擦力做功，沿不同路径，摩擦力做功大小不同，转化为内能的大小不一样。所以，高中学习的重力、万有引力、弹力、电场力、分子力都是保守力，而空气阻力、摩擦力都是耗散力。当然保守力与耗散力不作为高中学习要求，但哪些力做功与路径有无关系是要明确的。
三、势能变化与做功的关系
除了知道物体的势能大小，还需要知道物体势能的变化大小，因为能量通过转化才有利用价值。通过上面推导知道，在势能转化中，做功是一个重要因素，做功是能量转化大小的量度。那么重力势能、弹性势能、电势能与分子势能的变化与他们对应的力做功有什么关系呢？推到过程如下：
根据势能的定义式推导出第一式，即物体从A点运动到B点势能的变化量等于物体从B点运动到A点力所做的功。从第二式看出，物体从A点到B点势能的变化量等于在力作用下物体从A点运动到B点所做的功的负数。从而得出：
重力做正功，物体的重力势能减少；重力做负功，物体的重力势能增大。
弹力做正功，弹簧的弹性势能减少；弹力做负功，弹簧的弹性势能增大。
电场力做正功，电荷的电势能减少；电场力做负功，电荷的电势能增大。
分子力做正功，分子的势能减少；分子力做负功，分子的势能增大。
从以上结论得出，力做正功，势能都减少，力做负功，势能都增大；而且势能的变化量只与他们相应的力做功的大小有关，与别的力做功无关。
四、高中关于势能的考察
1、（多项）物体竖直下落，在弹簧被压缩的过程中（忽略空气阻力作用），下列说法正确的是（ ABD ）A、弹簧的弹性势能增大
B、物体的重力势能减少
C、物体的重力势能与动能之和保持不变
D、物体、地球与弹簧构成的系统的势能与动能之和不变，即机械能守恒
分析得出，弹簧的弹力对物体做负功，弹簧的弹性势能增大；重力对物体做正功，物体的重力势能减少。那么这些增大或减少的势能哪里去了？他们都通过做功的方式转化为动能了，如弹力对物体做负功，弹簧势能的增大量完全由物体动能的减少作为代价，重力对物体做正功，物体势能的减少量全部转化为物体动能的增加（当然没有其他阻力做功的作用下）。所以这个过程中只有势能与动能的转化，那么物体、弹簧与地球构成的系统的势能与动能之和不变，即机械能守恒。当然，明显地，物体在这个过程中，机械能不守恒，因为除了重力做功实现其势能与动能的转化外，还有弹力对它做负功，其机械能是减少的。
2、(2016·山西太原高三测评，单项)如图，空间中存在水平向左的匀强电场。在电场中将一带电液滴从b点由静止释放，液滴沿直线由b运动到d，且直线bd方向与竖直方向成45°角，下列判断正确的是( B )
A．液滴带正电荷 B．液滴的电势能减少
C．液滴的重力势能和电势能之和不变
D．液滴的电势能和动能之和不变
结合运动轨迹对液滴受力分析，则其受电场力方向为水平向右，与场强方向相反，所以液滴带负电。那么重力与电场力对液滴都做正功，则液滴的重力势能与电势能都减少。由于重力与电场力做正功，液滴势能的减少量等于其动能的增量，所以液滴的势能与动能之和不变。
3、（2017.吉林省实验中学模拟，多项）两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0，相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近。若两分子相距无穷远时分子势能为零，下列说法正确的是（BCE ）
A．在r＞r0阶段，F做正功，分子动能增大，势能也增大
B．在r＜r0阶段，F做负功，分子动能减少，势能增大
C．在r＝r0时，分子势能最小，动能最大
D．在r＝r0时，分子势能为零
E．分子动能和分子势能之和在整个过程中不变
在在r＞r0阶段，分子力表现为引力，其对分子做正功，则分子势能的减少量转化为等量的分子动能的增量；在r＜r0阶段，分子力表现为斥力，其对分子做负功，则分子动能的减少量转化为等量的分子势能的增量。所以，在这个过程中，动能先增大再减少，在r0处动能最大；势能先减少后增大，在r0处势能最小，但不为0。在这个过程中，只有分子力做功，所以分子的势能与动能之和保持不变。
以上为关于高中势能知识的考察，知识点比较集中，但在高考中其常常与其他知识综合起来考察，但一般考察的难度都不大，只要把握了做功与能量的转化关系，就很容易解答出来。
教师在教学中一定要把握各个概念的本质及其与其他概念的联系，让学生认识知识的产生，帮助学生建构知识，形成更广的知识联系的网络，这样的知识不但更容易理解与记忆，也更能体现其价值。
