浅谈中学物理的势能

在中学物理学中接触到的势能都是由相互作用的物体之间的相对位置，或由物体内部各部分之间的相对位置所确定的，按作用性质的不同，可分为重力势能、弹性势能、分子势能和电势能。学生在学习这些势能概念时通常发生混淆，笔者就这几个概念的区别和相同点进行了以下的归纳和比较。

一、区 别

（一）从势能概念及影响其大小的因素来看

（1）重力势能是由于地球和物体间的相互作用而使物体所具有的能量。物体由于被举高而具有重力势能，但物体在被举高的过程中重力做负功，因此重力势能跟重力做功有关系。选取参考平面后，如果用Ep表示物体跟参考面高h处的重力势能，则Ep=mgh。从此式看，物体的重力势能等于它的质量、重力加速和高度三者的乘积，即物体的质量越大、高度越高，其重力势能就越大。

（2）弹性势能是物体由于发生弹性变形，各部分之间存在着弹力的相互作用而具有的势能。例如，拉长或压缩的弹簧、拉弯了的弓、卷紧了的发条等都具有弹性势能。被拉长或压缩了的弹簧具有的弹性势能等于弹簧的劲度系数K与弹簧拉或压缩的长度x的平方的乘积的一半，即：E=Kx?

（3）电势能是由于电荷间的相互作用或电荷与电场间的相互作用使带电体具有的势能，其大小随带电体间相对位置或带电体与电场间相对位置的变化而变化，电场力做功与电势能有密切的联系。选取参考面后，如果用E表示带电体相对于参考面电势为g处的电势能，则E=q，也就是说带电体电势能等于它的电荷量与电场中该点相对于参考面的电势的乘积。

（4）分子势能是由于分子间具有相互作用而使分子具有的势能。分子之间存在相互作用力，并且随着距离的不同，有时表现为引力，有时表现斥力，因此分子具有由它们的相对位置所决定的势能，其大小随分子间距离的变化而变化。

（二）从势能的大小和属性看

重力势能的大小总是相对某个水平参考面而言（一般选地球表面为参考面），其大小随物体和地球间的相对位置的变化而变化，是物体与地球所组成的系统所具有的一种能;电势能是静电场中电荷相对于某一参考面（或参考点）而言的，是电荷和电场所组成的系统所具有的能;弹性势能是与物体的弹性变形相联系的，是形变物体的各部分所组成的系统具有的一种能;分子势能是由分子间的相对位置决定的，是物体内部所有分子间的相互作用而使系统具有的能。

（三）从势能所对应的作用力做功来看

重力势能是与重力做功相联系的，重力做正功则重力势能减少;电势能是与电场力做功相联系的，无论是正电荷还是负电荷，电场力均做正功，且电势能减少;弹性势能是与弹力做功相联系的，弹力做正功则弹性势能减少;分子势能是与分子力做功相联系的，分子力做正功则分子势能减少。

二、相同点

（1）从热能产生的原因看，势能也称“位能”，都由相互作用的物体之间的相对位置，或由物体内部各部分之间的相对位置所确定的，只不过按相互作用的性质不同，可分为不同的势能。

（2）从其势能与力做功的关系看，每种势能都与一定的相互作用力相联系，当各自所对应的力做正功时，相应的势能就减少;当外力克服各自所对应的力做功时，相应的势能就增大，也就是说各自所对应的力所做的功是势能大小变化的量度。

（3）势能不是属于单独物体所具有的，而是相互作用的物体系所共有的，即势能是属于物体系共同的能量，通常说物体的势能，实际上是一种简略的说法，没有强调此系统而已。

（4）与各种势能相对应的作用力都是保守力，这是因为保守力所做的功才与物体的初始和最终的相对位置有关，与物体的运动路径无关，即保守力沿闭合路径所做的功为零，故势能是相对位置的函数，如果相互作用力是

“耗散力”（摩擦力）时，则耗散力（摩擦力）做功不但与始末位置有关，而且与路径有关，即摩擦力沿闭合路径所做的功不等于零，因而不能引出“摩擦势能”的概念。实际上，一对滑动摩擦力对物体系总是做负功，使物体系的动能减少，其减少的动能转化为热量而消耗掉了。

（5）势能是一个相对量，与零势能点（或参考面）的选择有关，即选择不同的零势能点，势能的数值一般是不同的，而零势能点的选择从理论上讲是任意的，但实际上都有各自习惯的取法。

综上所述，各种势能都具有势能的共同性，但又由于它们是不同的势能，因而又各有特点，所以在教学中我们要教给学生归纳和比较的学习方法，抓住各个相近概念的异同点就会领会其实质。