12.4 能源和可持续发展（表格式）课时教案-2025--2026年人教版高中物理必修第三册

12.4《 能源和可持续发展》课时教案
学科 物理 年级册别 高二上册 共1课时
教材 人教版（2019）高中物理必修第三册 授课类型 新授课 第1课时
教材分析
教材分析
本节内容位于人教版高中物理必修第三册第十二章第四节，是电磁学与能源社会应用的融合点。教材从能量转化与守恒定律出发，引出能源利用的基本原理，系统介绍了常规能源与新能源的分类、特点及其在现代社会中的应用现状。通过实例分析能源利用对环境的影响，引导学生理解“可持续发展”的物理内涵。本节不仅巩固了能量守恒的思想，还拓展了物理知识在现实社会中的价值体现，为学生形成科学的能源观和责任感奠定基础。
学情分析
高二学生已具备能量守恒、电能转化等基础知识，具备一定的逻辑推理与抽象思维能力。但在能源与环境问题的认知上，多停留在新闻层面，缺乏系统的科学理解。学生对新能源技术如太阳能、核能等有好奇但存在误解。同时，该年龄段学生关注社会议题，具备初步的价值判断能力。教学中需结合真实情境，引导其从物理视角分析能源问题，克服“抽象概念难理解”“数据繁杂难记忆”的学习障碍，通过议题式教学激发探究兴趣，提升科学思维与社会责任意识。
课时教学目标
物理观念
1. 理解能源的分类标准，掌握常规能源与新能源的基本特征及其能量转化方式。
2. 认识能量转化与守恒定律在能源利用中的核心地位，能分析典型能源系统的能量流动过程。
科学思维
1. 能通过比较、归纳等方法，分析不同能源的优缺点，构建能源评价的多维思维模型。
2. 运用物理原理对能源利用中的效率问题进行定量或定性推理，提升系统分析能力。
科学探究
1. 通过小组合作查阅资料、分析数据，探究某一新能源的技术原理与应用前景。
2. 设计简单的能源利用效率调查方案，体验科学探究的基本流程。
科学态度与责任
1. 形成节约能源、保护环境的意识，理解可持续发展的必要性。
2. 增强作为未来公民在能源问题上的社会责任感，能理性看待能源政策与技术发展。
教学重点、难点
重点
1. 能源的分类及各类能源的特点与能量转化方式。
2. 能量守恒在能源系统中的体现与可持续发展的物理基础。
难点
1. 理解能源利用效率的物理本质及其对可持续发展的影响。
2. 综合多因素（技术、环境、经济）评价能源方案，形成系统性思维。
教学方法与准备
教学方法
议题式教学法、情境探究法、合作探究法、讲授法
教具准备
多媒体课件、能源数据图表、新能源技术视频、小组任务卡、评价量表
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入：能源危机的警钟
【5分钟】 一、播放视频，引发思考 （一）、播放一段关于全球能源消耗与气候变化的纪录片片段
视频内容展示：城市夜景灯火通明、工厂烟囱排放浓烟、北极冰川加速融化、极端天气频发等画面交替出现，背景音为低沉的旁白：“人类文明的每一次跃迁，都伴随着能源的更替。煤炭点燃了工业革命，石油驱动了现代交通。然而，当我们享受着便利时，地球正在发出警告——能源的过度消耗与环境污染正威胁着人类的未来。”
教师引导语：“同学们，刚才的画面中，你看到了什么？感受到了什么？这些现象背后，隐藏着怎样的物理规律？我们今天就从物理学的角度，走进《能源与可持续发展》的世界。”
（二）、提出驱动性问题，开启探究之旅
教师在黑板上写下核心问题：“如果地球的能源只够用50年，我们该怎么办？”并补充：“这不是科幻小说，而是科学家基于当前消耗速度做出的预警。作为未来的建设者，你是否有责任思考这个问题？今天的物理课，我们要用科学的眼光，寻找答案。”
教师进一步引导：“能源不仅是技术问题，更是物理问题。能量守恒定律告诉我们，能量不会凭空产生或消失，但可用能量却在不断耗散。我们如何在满足发展需求的同时，实现能源的永续利用？这，就是可持续发展的核心命题。” 1. 观看视频，记录关键画面与数据。
2. 思考并回答教师提出的问题。
3. 分享对能源危机的初步感受。
4. 明确本节课的学习任务与目标。
评价任务 观察能力：☆☆☆
问题意识：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
设计意图 通过真实震撼的视听情境，激发学生对能源问题的关注与危机感。以“50年倒计时”这一具象化问题引发认知冲突，唤醒学生的社会责任意识。将抽象的能源问题与物理定律（能量守恒）建立联系，为后续学习提供思维锚点，实现从“生活感知”到“科学思考”的过渡。
新知建构：能源的分类与转化
【12分钟】 一、系统讲解能源分类体系 （一）、展示能源分类树状图，逐层解析
教师在PPT上呈现清晰的能源分类结构图：
能源 → 按来源分：一次能源（天然存在）与二次能源（加工转换）
一次能源 → 可再生能源（太阳能、风能、水能、生物质能、地热能）与非可再生能源（化石能源：煤、石油、天然气；核燃料：铀、钚）
二次能源 → 电能、汽油、柴油、氢能等
教师逐项解释：“一次能源是自然界直接提供的，如太阳辐射、地下热能；二次能源则是人类通过技术手段转化而来的，如火力发电厂将煤的化学能转化为电能。可再生能源理论上可无限循环，而非可再生能源储量有限，用一点少一点。”
（二）、结合实例分析能量转化路径
教师以“火力发电”为例，详细拆解能量转化链条：
化学能（煤） → 热能（燃烧） → 机械能（蒸汽推动汽轮机） → 电能（发电机）
强调：“每一步转化都有能量损失，最终效率仅为30%~40%。这就是为什么我们说‘节约用电’本质上是节约一次能源。”
再以“太阳能光伏发电”为例：
光能（太阳辐射） → 电能（光伏效应）
指出：“虽然转化效率目前约15%--22%，但能源来源无限且无污染，是未来重要方向。”
二、组织学生绘制能量转化流程图 （一）、分发任务卡，明确绘制要求
教师为每组发放任务卡，要求选择一种能源（如风能发电、水力发电、核能发电、电动汽车电能来源等），绘制其完整的能量转化流程图，并标注每一环节的能量形式。
（二）、巡视指导，纠正概念错误
教师在学生绘制过程中巡视，重点纠正常见误区：如“电能是一次能源”、“风能可以直接驱动电器”等。强调电能是典型的二次能源，必须通过转化获得。对核能的“核能→热能→机械能→电能”路径进行重点说明，澄清“核能直接发电”的误解。 1. 听讲并记录能源分类体系。
2. 理解不同能源的能量转化过程。
3. 小组合作绘制选定能源的能量转化流程图。
4. 展示并讲解本组绘制的流程图。
评价任务 分类准确：☆☆☆
转化清晰：☆☆☆
表达完整：☆☆☆
设计意图 通过结构化图示与实例分析，帮助学生建立系统的能源知识框架。以“能量转化链”为核心线索，强化物理观念的形成。小组绘制流程图的活动促进知识内化，培养合作学习能力。教师及时纠正错误概念，确保科学准确性，为后续的比较分析奠定基础。
合作探究：新能源的未来之路
【15分钟】 一、发布探究任务，明确分工 （一）、宣布“新能源发展听证会”模拟活动
教师宣布：“现在，我们进入‘新能源发展听证会’环节。你们将代表不同利益方，就‘是否应大规模发展核能’这一议题展开辩论。每组抽取角色卡：政府能源部门、环保组织、核电企业、普通市民。”
提供资料包：包含核能原理简介、我国核电站分布图、核电效率数据（约33%）、核废料处理现状、福岛核事故简述、公众接受度调查等。
（二）、指导学生构建论证框架
教师提示：“请从物理原理、能源效率、环境影响、安全风险、经济成本等维度收集证据。例如，核电能量密度极高，1千克铀-235相当于2700吨标准煤；但核废料放射性可持续数千年，需深地质封存。”
二、组织小组讨论，生成观点 （一）、小组内部讨论，整合信息
各组根据角色立场，筛选资料，形成支持或反对大规模发展核能的观点。教师巡视，引导学生用物理语言表达，如“核裂变释放的结合能远大于化学能”“中子慢化剂的作用是提高链式反应效率”等。
（二）、准备陈述与反驳
每组推选发言人，准备3分钟陈述。其他成员准备应对可能的质疑。教师提醒：“辩论不是争吵，而是用证据和逻辑说服他人。尊重对方观点，理性表达。”
三、开展听证会，促进深度对话 （一）、主持听证会流程
教师担任主持人，按顺序邀请各组发言。每组陈述后，其他组可提问或反驳。例如，环保组织质问：“如何保证万年尺度的核废料安全？”核电企业回应：“采用多重屏障系统与智能监测技术，风险可控。”
（二）、适时介入，深化物理理解
当讨论陷入情绪化时，教师引导：“让我们回到物理本质。核能的风险是否可以通过技术进步降低？比如第四代核反应堆的固有安全性设计。同时，我们也不能忽视‘能源三角’——供应安全、经济可及、环境可持续，三者如何平衡？” 1. 抽取角色卡，明确立场与任务。
2. 查阅资料，提取关键物理信息。
3. 小组讨论，构建论证逻辑。
4. 参与听证会，陈述观点并回应质疑。
评价任务 论据充分：☆☆☆
逻辑严密：☆☆☆
表达得体：☆☆☆
设计意图 通过模拟听证会的形式，将抽象的能源政策转化为真实的社会议题。学生在角色代入中体验多元视角，学会用物理知识支撑社会决策。活动融合了信息提取、逻辑推理、语言表达等多维能力，提升科学探究与社会责任意识。教师适时引导，确保讨论不偏离科学轨道，实现知识、能力与价值观的协同发展。
总结升华：做能源文明的传承者
【8分钟】 一、归纳知识结构，强化物理观念 （一）、回顾本节课核心内容
教师在黑板上逐步构建板书框架，带领学生回顾：“今天我们从能源分类入手，理解了能量转化的链条，认识到效率的重要性；通过听证会，体会到能源选择的复杂性。最终，我们回归到能量守恒定律——它不仅是自然法则，更是人类文明的警钟：每一次能源的挥霍，都是对地球有限资源的透支。”
（二）、引入“能源金字塔”模型
教师展示“可持续能源金字塔”：底层是节能与能效提升，中层是可再生能源，顶层是清洁化石能源与核能。强调：“最可持续的能源，是‘不用的能源’。节约优先，才是根本。”
二、情感升华，寄语未来 （一）、引用名言，引发共鸣
教师深情讲述：“爱因斯坦曾说：‘复利是世界第八大奇迹。’而我想说，浪费的累积，也是另一种‘复利’——每一度被浪费的电，每一升被空转的汽油，都在加速地球的负担。我们无法回到煤炭时代，但我们可以选择更智慧的未来。”
（二）、发出倡议，落实行动
“从今天起，让我们做一名‘能源侦探’：记录家庭一周用电量，分析哪些可以节约；关注新能源技术进展，理性看待每一次能源变革。正如《寂静的春天》作者卡森所警示的：‘我们走的太快，忘了为什么出发。’在追求发展的路上，愿我们始终记得——地球，是我们唯一的家园。” 1. 跟随教师回顾知识要点。
2. 理解能源金字塔的内涵。
3. 倾听教师总结，产生情感共鸣。
4. 思考个人在能源节约中的行动。
评价任务 知识整合：☆☆☆
价值认同：☆☆☆
行动意愿：☆☆☆
设计意图 通过结构化回顾，帮助学生形成系统的知识网络。引入“能源金字塔”模型，深化对可持续发展路径的理解。以富有哲理的语言和真实名言进行情感升华，将物理知识上升为生命关怀与文明责任，激发学生内在的行动力，实现从“知道”到“认同”再到“践行”的跨越。
课堂小结
【5分钟】 一、学生自主总结 （一）、邀请学生分享收获
教师提问：“请用一句话，说说你今天最大的收获。”
预设回答：
“我明白了电能是二次能源，节约用电就是节约煤炭。”
“核能很强大，但必须谨慎对待。”
“可持续发展不是口号，而是每个人的选择。”
（二）、教师补充完善
教师补充：“今天我们不仅学了能源知识，更学会了一种思维方式——用物理的眼光看世界。能源问题没有标准答案，但科学精神、责任意识和系统思维，是我们应对未来挑战的利器。” 1. 主动分享学习收获。
2. 倾听他人观点，拓展认知。
3. 反思自身能源行为。
4. 明确后续学习方向。
评价任务 表达清晰：☆☆☆
理解深刻：☆☆☆
反思自觉：☆☆☆
设计意图 通过学生自主总结，检验学习效果，促进知识内化。教师补充提升，强化核心素养目标。鼓励反思与表达，培养元认知能力，为后续学习埋下伏笔。
作业设计
一、家庭能源审计报告
1. 调查家中主要电器（冰箱、空调、电视、洗衣机、电热水器等）的额定功率（单位：瓦）和每日平均使用时间（单位：小时）。
2. 计算每种电器的日耗电量（单位：度 = 千瓦·时），公式：耗电量 = 功率 × 使用时间 ÷ 1000。
3. 统计家庭日总耗电量，并估算月电费（按0.6元/度计算）。
4. 分析：哪种电器耗电最多？提出至少两条节能建议（如更换LED灯、减少待机时间、合理设置空调温度等）。
5. 撰写一份300字左右的《家庭能源使用与节能建议报告》。
二、新能源技术调研
1. 选择一种你感兴趣的新能源技术（如光伏发电、风力发电、氢能汽车、地热供暖、潮汐能等）。
2. 查阅资料，回答以下问题：
（1）该技术的基本工作原理是什么？（用物理语言描述）
（2）目前在我国的应用现状如何？（举例说明）
（3）它有哪些优势和面临的挑战？
3. 制作一份A4纸大小的“新能源技术科普小报”，图文并茂，可手绘或打印。
【答案解析】
一、家庭能源审计报告
示例：冰箱功率150W，日用24小时，耗电3.6度；空调功率1500W，日用5小时，耗电7.5度……总耗电约15度/日，月电费约270元。建议：空调温度夏季不低于26℃，冬季不高于20℃；电器不用时拔掉插头。
评分标准：数据真实、计算正确、建议合理。
二、新能源技术调研
示例：光伏发电原理——光生伏特效应，光子激发半导体产生电子-空穴对，形成电流。我国青海、宁夏等地建有大型光伏电站。优势：清洁可再生；挑战：受天气影响、储能成本高。
评分标准：原理准确、信息真实、表达清晰。
板书设计
能源与可持续发展
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一、能源分类
一次能源 → 可再生（太阳能、风能...）
　　　　　→ 非可再生（煤、石油、核能）
二次能源 → 电能、汽油...
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二、能量转化链
化学能 → 热能 → 机械能 → 电能（火电）
光能 → 电能（光伏）
核能 → 热能 → 机械能 → 电能
效率：30%~40%｜15%~22%｜≈33%
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三、可持续发展
能源金字塔：
　　　顶层：核能、清洁煤
　　中层：可再生能源
底层：节能与能效（最重要）
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核心：能量守恒 + 责任意识 = 可持续未来
教学反思
成功之处
1. 以“能源危机”情境导入，有效激发学生兴趣与社会责任感，课堂参与度高。
2. “新能源听证会”活动设计新颖，学生在角色扮演中深入理解能源问题的复杂性，科学思维与表达能力得到锻炼。
3. 板书结构清晰，突出“能量转化链”与“能源金字塔”两大核心模型，帮助学生构建系统认知。
不足之处
1. 听证会环节时间略紧，部分小组未能充分展开辩论，可考虑延长2-3分钟或分两课时进行。
2. 对核能原理的讲解仍显浅层，部分学生对“链式反应”“中子慢化”等概念理解模糊，需补充更直观的动画演示。
3. 作业中家庭用电调查可能受数据获取限制，部分学生难以准确统计，可提供简化模板或替代方案。