3.2 能量守恒定律 课时教案-2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

3.2《能量守恒定律》课时教案

学科

物理

年级册别

高三上册

共1课时

教材

教科版选择性必修第三册

授课类型

新授课

第1课时

教材分析

教材分析
本节内容位于教科版高中物理选择性必修第三册第三章第二节，是继热力学第一定律之后对能量观念的进一步深化与拓展。教材从机械能守恒出发，通过多个跨领域实例（如电灯发光、电池放电、食物代谢等）揭示不同形式能量之间的相互转化，并最终归纳出普适性的能量守恒定律。该定律不仅是物理学中最基本的自然规律之一，也是贯穿整个自然科学的核心思想。教材强调“总量不变”“转化与转移”的关键词，注重科学史渗透和现实应用联系，为学生构建统一的自然观奠定基础。

学情分析
高三学生已掌握机械能守恒、热力学第一定律、电路中的电能转化等基础知识，具备一定的抽象思维能力。但多数学生仍习惯于将能量问题局限在单一系统或特定情境中，缺乏将各种能量形式纳入统一框架进行整体思考的习惯。同时，对“永动机不可能实现”这一结论虽有耳闻，却未必真正理解其深层逻辑。教学中需借助直观图示、历史案例与批判性任务，帮助学生打破学科壁垒，建立全局性能量观，并强化科学本质的理解。

课时教学目标

物理观念
1. 理解能量守恒定律的内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，在转化和转移过程中总量保持不变。
2. 能列举生活中不同形式能量转化的实例，识别能量转化路径。

科学思维
1. 能运用能量守恒的观点分析复杂系统的能量流动，构建“输入—转化—输出”的能量模型。
2. 能批判性评估“永动机”设计的谬误，解释其违背能量守恒的本质原因。

科学探究
1. 通过分析多模态资料（图文、视频、数据），归纳能量守恒的普遍性特征。
2. 设计简单的能量转化流程图，表达实际过程中的能量去向。

科学态度与责任
1. 认同能量守恒是自然界普遍适用的基本规律，增强尊重科学、反对伪科学的意识。
2. 关注能源利用效率问题，树立节约能源、绿色发展的社会责任感。

教学重点、难点

重点
1. 能量守恒定律的表述及其在多种物理现象中的体现。
2. 分析实际过程中能量的转化与转移路径。

难点
1. 在非理想、多损耗的实际系统中准确追踪能量去向（如热散失、摩擦耗能）。
2. 批判“永动机”幻想背后的认知偏差，深刻理解定律的不可违背性。

教学方法与准备

教学方法
议题式教学法、情境探究法、合作学习法、讲授法

教具准备
多媒体课件、LED灯+电池组、小型电动机模型、能量转化流程图卡片、白板

教学环节

教师活动

学生活动

议题导入：我们能造出永动机吗？
【6分钟】

一、提出争议性议题，激发认知冲突

（一）、展示“永动机”设想图
教师投影一张经典的“重力永动机”设计图：一个轮子边缘装有可摆动的小球，右侧小球因离轴远而力矩大，左侧近轴则力矩小，设计者认为这将导致轮子持续顺时针转动。提问：“这个装置真的能永远转下去吗？如果可以，它将给我们带来什么？”鼓励学生自由发言，有人表示怀疑，也有人觉得“看起来很合理”。

（二）、播放失败实验视频
教师播放一段真实制作的此类装置运行视频：起初轻微晃动后便停止转动。接着展示历史上数百种“永动机”专利申请均被驳回的事实，并引用英国皇家学会声明：“本会不受理任何关于永动机的提案。”反问：“为什么人类孜孜不倦地追求永动机，却从未成功？背后是否隐藏着一条铁律？”

（三）、引出核心主题
教师郑重宣布：“今天我们要探讨的，不是如何制造永动机，而是为何它注定失败——因为有一条宇宙级法则在守护着自然的秩序：能量守恒定律。它告诉我们，一切能量的变化都有迹可循，没有免费的午餐。”

1. 观察永动机设计图，发表看法。
2. 观看实验视频，感受现实与设想差距。
3. 思考永动机为何无法实现。
4. 建立对能量守恒重要性的初步认知。

评价任务

观点表达：☆☆☆
质疑精神：☆☆☆
问题意识：☆☆☆

设计意图

以极具争议性的“永动机”话题切入，迅速抓住学生注意力；通过历史事实与科学机构立场强化权威性；制造强烈认知冲突，促使学生主动寻求解释，自然引出能量守恒这一根本规律，使学习动机由外驱转向内生。

情境串联：能量的七十二变
【10分钟】

一、启动“能量追踪”主线任务

（一）、发布探究项目卡
教师宣布：“我们现在化身‘能量侦探’，任务是破解三个神秘事件中的能量密码。请各小组领取任务卡，完成以下三项调查：”
- 事件一：手电筒为何能发光？
- 事件二：人跑步时的能量来源？
- 事件三：水电站如何点亮万家灯火？
要求：(1) 明确初始能量形式；(2) 找出中间转化环节；(3) 列出最终去向（包括有用输出与损耗）。

 

1. 领取任务卡，明确探究目标。
2. 结合生活经验讨论能量路径。
3. 观察实验，验证能量转化过程。
4. 学习使

二、演示实验辅助理解

（一）、现场操作LED灯电路
教师连接电池与LED灯，灯亮起。提问：“这里的能量是从哪里开始旅行的？”引导学生追溯至化学能（电池）→电能（导线）→光能+热能（LED发热）。强调：“即使你看不见，每一盏灯都在悄悄散热——这部分热能就是所谓的‘能量损耗’。”

（二）、类比人体能量系统
教师画出人体简图：“当我们吃下米饭，葡萄糖进入细胞，通过呼吸作用释放化学能，一部分转化为肌肉运动的机械能，另一部分变成体温维持生命活动。就像一台精密的能量转化机器。”

 

三、绘制初步能量流图

（一）、指导符号规范
教师在白板示范：
[化学能] → [电能] → [光能]
　　　　　　↓
　　　　　[热能]（散失）
说明箭头表示转化方向，分支表示多路径输出。

用流程图表达能量流向。

评价任务

路径识别：☆☆☆
转化判断：☆☆☆