5.4《能源与环境》课时教案（表格式）-2025--2026年粤教版高中物理必修第三册

5.4《能源与环境》课时教案
学科 物理 年级册别 高二上册 共1课时
教材 粤教版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
本节内容位于粤教版高中物理必修第三册第五章第四节，是“能量守恒定律”知识体系的延伸与现实应用的重要环节。教材从能量转化的基本规律出发，引导学生认识能源利用对环境的影响，强调可持续发展理念。内容涵盖常规能源、新能源分类、能量利用效率、温室效应成因及节能减排措施等核心知识点，具有较强的综合性与社会性。通过本课学习，学生能建立“物理—社会—环境”三位一体的认知框架，体现物理学科的社会责任。
学情分析
高二学生已掌握能量守恒、热力学基本概念，具备一定的科学思维能力，但对能源问题多停留在生活感知层面，缺乏系统认知。他们关注气候变化、环保议题，但容易将环境问题简单归因，缺少从物理视角进行量化分析的能力。同时，学生在合作探究和数据解读方面已有一定经验，但面对复杂现实问题时仍存在思维碎片化、逻辑链条不完整的问题。因此，教学中需通过真实情境驱动，引导其运用物理原理剖析能源与环境的关系，提升综合分析与社会责任意识。
课时教学目标
物理观念
1. 理解能源分类标准，能区分一次能源与二次能源、可再生能源与不可再生能源，并举例说明各类能源的特点。
2. 掌握能量转化过程中的损耗机制，理解能源利用效率的概念及其在实际应用中的意义。
科学思维
1. 能够基于能量守恒与转化定律，分析火力发电、核能利用等典型能源系统的能量流动路径，并计算其效率。
2. 运用比较、归纳、模型建构等方法，评估不同能源形式对环境影响的差异，形成批判性思维能力。
科学探究
1. 通过查阅资料、数据分析和小组讨论，开展“城市能源结构优化方案”的模拟探究活动，提出合理建议。
2. 设计简易实验或使用数字化工具模拟温室气体浓度变化对温度的影响，体验科学探究过程。
科学态度与责任
1. 认识能源危机与环境污染的严峻性，树立节约能源、保护环境的公民责任感。
2. 关注国家“双碳”战略，理解科技发展在推动绿色转型中的作用，增强投身可持续发展的使命感。
教学重点、难点
重点
1. 能源的分类方式及各类能源的基本特征。
2. 能源利用效率的物理含义及其在节能减排中的关键作用。
难点
1. 从能量转化角度深入剖析温室效应的物理机制。
2. 综合多因素（技术、经济、生态）评价能源选择的合理性，避免片面判断。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、议题式教学法、合作探究法、讲授法
教具准备
多媒体课件、全球能源消费统计图表、碳排放动态地图、小型太阳能灯模型、红外测温仪演示装置
教学环节 教师活动 学生活动
导入新课
【5分钟】 一、情境创设：冰川消融的警钟 （1）、播放纪录片片段：格陵兰冰盖崩塌瞬间
教师播放一段来自BBC《地球脉动II》的高清视频：巨大冰山从格陵兰岛边缘断裂坠入海洋，激起滔天巨浪。画面定格后，教师缓缓说道：“这不是电影特效，而是过去二十年间真实发生的场景。据NASA监测数据显示，格陵兰每年流失约2600亿吨冰川，相当于每秒就有三辆公交车重量的冰块融化。”
紧接着，教师展示一张对比图：1980年与2023年北极海冰覆盖面积的变化，红色区域逐年扩大。“我们常以为气候变暖只是气温升高几度的事，但其实它正以惊人的速度重塑地球的模样。”
（2）、提出驱动性问题：谁点燃了这把‘慢火’？
教师转向黑板，写下两个关键词：“能源”与“环境”，并画出双向箭头连接它们。“同学们，请思考一个问题：现代文明的灯火辉煌背后，是否也埋藏着让冰川哭泣的代价？我们日常使用的电、出行的燃油、取暖的天然气，这些能源的获取与使用，是如何一步步影响大气成分、改变地球能量平衡的？”
教师进一步引导：“有人说，工业革命以来的人类活动就像给地球裹上了一层越来越厚的‘棉被’，导致热量无法有效散失。那么，这层‘棉被’究竟是什么？它是如何形成的？我们又该如何揭开它的面纱？”
（3）、引入课题：能源与环境——一场关乎未来的对话
教师郑重宣布：“今天，我们将以物理的眼光，走进这场关于能源与环境的深刻对话。我们将不再只是感叹‘地球在发烧’，而是要用能量守恒定律、热力学原理，去解析这场‘高烧’背后的物理密码。让我们一起追问：我们用了什么样的能源？产生了怎样的排放？效率如何？又能做些什么？”
过渡语：“正如爱因斯坦所说：‘我们不能用制造问题时的同一水平思维来解决问题。’面对能源与环境的困局，我们需要升级我们的认知维度——从物理规律出发，重新审视我们的选择。” 1. 观看视频，感受气候变化的视觉冲击。
2. 思考教师提出的驱动性问题，初步建立能源与环境关联意识。
3. 在笔记本上记录关键词“能源”“环境”“温室效应”。
4. 参与课堂提问，表达个人初步看法。
评价任务 观察能力：☆☆☆
问题意识：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
设计意图 通过极具视觉震撼的真实影像切入，激发学生的情感共鸣与探究欲望。以“冰川消融”这一具体现象为锚点，引出抽象的能源环境议题，实现由感性认识到理性思考的过渡。提出的驱动性问题具有开放性和挑战性，促使学生主动调用已有知识进行联想，为后续深度学习铺设认知台阶。
新知建构
【15分钟】 一、能源家族谱系图：分类与特征 （1）、构建能源分类树状图
教师在白板上绘制一棵“能源之树”，主干分为两大分支：“一次能源”与“二次能源”。一次能源下再分“可再生”与“不可再生”；可再生包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能；不可再生则列出煤炭、石油、天然气、核燃料。
教师逐一讲解每种能源的来源与特点。例如讲到煤炭时强调：“它是古代植物遗体经数百万年地质作用形成的化石燃料，燃烧释放的能量本质是储存的化学能转化为内能和光能，但同时产生大量CO 。”讲到太阳能时指出：“太阳内部持续发生核聚变反应，每秒释放的能量相当于900万亿吨TNT炸药，而地球仅接收到其中的二十亿分之一，却足以支撑整个生态系统。”
（2）、组织小组辨析活动
教师发放卡片，上面写着“水电站发电”“电动车充电”“农村沼气池”“核电站运行”“家庭燃气灶”等十项能源应用场景，请各小组讨论判断其涉及的主要能源类型，并说明理由。
教师巡视指导，特别提醒学生注意区分“能源本身”与“能源转换形式”。例如，“电动车充电”使用的是二次能源——电能，而电能可能来自煤电（一次不可再生）、风电（一次可再生）等多种源头。
二、能量旅程追踪：效率与损耗 （1）、剖析火力发电厂能量流图
教师投影一幅详细的火力发电厂能量流程图：输入100单位化学能 → 锅炉加热产生蒸汽（损失20单位热能）→ 汽轮机转动机械能（损失30单位）→ 发电机发电（损失10单位）→ 输出40单位电能。
教师解释：“这意味着火力发电的总效率仅为40%，其余60%的能量以废热形式排入大气或冷却水中。这部分废热不仅浪费资源，还会造成局部水域升温，影响水生生物生存。”
接着引入公式：η = E有用 / E总 × 100%，并结合实例计算某电厂年发电量80亿千瓦时，耗煤300万吨，标准煤热值2.9×10 J/kg，求其平均效率。
（2）、对比不同类型能源系统效率
教师展示一组数据表：
- 燃煤电厂：35%-40%
- 燃气联合循环机组：50%-60%
- 核电站：33%-37%
- 光伏电池：15%-22%
- 风力发电机：30%-45%
- 家用燃气热水器：80%-90%
引导学生分析：“为什么看似先进的核电站效率不如燃气轮机？为什么光伏效率较低但仍被大力推广？”鼓励学生从全生命周期、环境成本、技术成熟度等多维度思考。
过渡语：“效率不仅是数字，更是文明的刻度。每一次能量转化的损耗，都是自然给予我们的警示——高效利用，是对地球最温柔的尊重。” 1. 观察能源分类图，完善笔记中的知识结构。
2. 小组合作完成能源类型辨析任务，派代表汇报结果。
3. 跟随教师分析火力发电能量流，理解效率计算方法。
4. 对比不同能源效率数据，参与课堂讨论发表见解。
评价任务 分类准确：☆☆☆
计算规范：☆☆☆
观点清晰：☆☆☆
设计意图 通过可视化图表帮助学生构建系统的能源知识网络，强化分类逻辑。小组辨析活动促进合作学习，提升信息处理能力。借助真实电厂能量流图，将抽象的“能量损耗”具象化，深化对效率概念的理解。引入实际数据对比，打破“唯效率论”的片面认知，培养学生多维评价能力，体现科学思维的复杂性与现实性。
深度探究
【12分钟】 一、温室效应物理机制模拟 （1）、实验演示：玻璃罩下的温度差异
教师现场演示实验：准备两个相同的透明密封箱，内置相同型号温度传感器，置于同等光照条件下。A箱为空气，B箱充入高浓度CO 气体。开启强光照射，每隔2分钟记录两箱温度变化。
数据显示：初始温度均为25℃，10分钟后A箱升至32℃，B箱达38℃。教师解释：“CO 分子具有特定振动模式，能强烈吸收地面辐射出的长波红外线，并再次向各个方向发射，其中一部分返回地面，形成‘逆辐射’，这就是温室效应的核心物理机制。”
教师补充：“大气中CO 浓度已从工业革命前的280ppm上升至目前的420ppm，增幅超过50%。根据斯特藩-玻尔兹曼定律，地球平均辐射温度理论上应升高约1.2℃，与实测值基本吻合。”
（2）、构建温室效应能量平衡模型
教师在黑板上绘制地球能量收支简图：太阳短波辐射（100%）→ 30%被云层和地表反射 → 70%被吸收（大气20%、地表50%）→ 地表以长波辐射形式向外发射能量 → 温室气体吸收部分长波辐射并反向辐射 → 导致地表温度高于无大气状态。
强调：“若没有自然温室效应，地球平均温度将是-18℃而非现在的15℃，生命难以存在。但我们正在人为增强这一效应，打破了原有的动态平衡。”
二、议题辩论：核电站该不该建？ （1）、呈现正反双方核心论据
教师提供背景材料：某沿海城市拟建设一座百万千瓦级核电站，预计满足全市40%用电需求，年减排CO 约600万吨。
正方观点：核电清洁高效，几乎零碳排放，有利于实现“双碳”目标；技术成熟，运行稳定，适合承担基荷电力。
反方观点：核废料处理难题尚未根本解决，存在长期放射性污染风险；一旦发生事故后果极其严重；建设周期长、投资大。
（2）、组织四人小组角色扮演辩论
将班级分为若干小组，每组四人分别扮演“市长”“环保局长”“能源专家”“市民代表”，围绕“是否批准该项目”展开限时5分钟的微型辩论。
教师提示：“请各位代表不仅要陈述立场，更要引用物理数据支持观点，如比较单位电量的碳排放量、土地占用率、能量密度等指标。”
过渡语：“每一个重大能源决策，都是一道没有标准答案的物理题。我们在追求能量输出最大化的同时，也必须衡量风险的权重，这是科学精神与人文关怀的交汇点。” 1. 观察实验现象，记录温度变化数据。
2. 理解温室效应的物理本质，绘制能量平衡示意图。
3. 分组参与角色扮演辩论，准备发言提纲。
4. 倾听他人观点，反思自身立场的合理性。
评价任务 现象描述：☆☆☆
模型构建：☆☆☆
论据有力：☆☆☆
设计意图 通过直观实验让学生亲历温室效应的物理过程，增强感性认识与科学信服力。能量平衡模型的建构培养系统思维能力。议题式辩论将知识应用于真实社会决策情境，锻炼批判性思维与公共表达能力。角色扮演促使学生换位思考，理解能源问题的多利益主体性，提升社会责任意识。
实践拓展
【8分钟】 一、校园节能潜力诊断行动 （1）、发布探究任务：寻找身边的能量浪费
教师提出：“我们的校园就是一个微型能源系统。现在，请大家化身‘校园能源侦探’，以小组为单位，在教室、走廊、实验室、食堂等区域寻找至少三个能量浪费的现象，并估算其潜在节能空间。”
举例说明：“比如发现放学后教室灯光未关，假设每间教室有10盏40W日光灯，全校60间教室，若每天多亮2小时，则每日浪费电能=10×40W×2h×60=480kWh，相当于燃烧约160kg标准煤。”
（2）、指导制定改进方案
要求各小组不仅指出问题，还需提出切实可行的改进建议，如安装声控灯、设置节能提醒标识、优化空调启停时间等，并评估实施难度与预期效益。
教师强调：“真正的科学素养，不只是知道原理，更在于发现问题、提出解决方案的能力。”
二、连接国家战略：双碳目标的意义 （1）、解读“碳达峰”与“碳中和”
教师展示中国承诺：2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。解释：“碳达峰是指CO 排放量达到历史最高值后进入下降阶段；碳中和则是通过植树造林、碳捕获等方式抵消剩余排放，实现净零排放。”
（2）、介绍清洁能源发展成就
投影最新数据：截至2023年底，我国可再生能源装机容量突破12亿千瓦，占全国总装机比重过半；风电、光伏发电量首次超过1万亿千瓦时，相当于替代3亿吨标准煤。
结语：“每一位同学随手关灯的行为，都在为这个宏大目标添砖加瓦。当千万个微小的选择汇聚起来，就能改变世界的能量流向。”
过渡语：“古人云‘不积跬步，无以至千里’，今天我们所学的每一个物理定律，都将成为未来绿色文明的基石。” 1. 小组讨论校园中存在的能源浪费现象。
2. 计算典型浪费案例的能量损失数值。
3. 提出具体的节能改进措施与实施方案。
4. 理解国家双碳战略与个人行为之间的联系。
评价任务 观察细致：☆☆☆
计算合理：☆☆☆
建议可行：☆☆☆
设计意图 将学习场域从课堂延伸至现实生活，培养学生敏锐的观察力与问题解决能力。通过量化分析，强化物理知识的应用价值。连接国家政策，使学生认识到个体行为与宏观战略的内在关联，激发主人翁意识与时代责任感，实现知识、能力与价值观的深度融合。
总结升华
【5分钟】 一、知识结构回顾 （1）、梳理本课核心概念网络
教师带领学生共同回顾：“今天我们穿越了能源的世界：从煤炭石油到风光水核，我们认识了能源的家族谱系；从发电厂的能量流到温室气体的红外吸收，我们揭示了效率与环境的物理关联；从校园节能到国家双碳战略，我们体会到每个人都能成为改变的力量。”
在黑板上勾勒出思维导图：中心词“能源与环境”，向外辐射出“分类”“效率”“温室效应”“节能减排”“可持续发展”五个分支。
二、升华式总结：做地球的能量守护者 （1）、讲述科学家故事：钱三强与能源梦想
教师深情讲述：“我国著名核物理学家钱三强先生曾说：‘科学没有国界，但科学家有祖国。’他毕生致力于原子能事业的发展，既看到了核能的巨大潜力，也始终警惕其风险。他主张和平利用核能，推动清洁能源进步。这种既拥抱科技又敬畏自然的态度，正是我们应有的科学精神。”
（2）、发出倡议：让物理照亮绿色未来
教师提高声音：“同学们，物理不是冰冷的公式，它是理解世界的语言，更是改变世界的力量。当我们学会用能量守恒的眼光看待每一次开关灯、每一次出行选择，我们就不再是被动的消费者，而是主动的守护者。
愿你们带着今天的思考走出教室，做一个有温度的理科生——既能精确计算能量转化效率，也能深切感受冰川融化的叹息；既相信科技的进步，也坚守生态的底线。因为真正的文明，不在于消耗多少能源，而在于能否与地球和谐共生。”
最后引用诗句收尾：“不要问丧钟为谁而鸣，它为你我而鸣。但请相信，只要我们携手同行，终将点亮属于人类与自然共同的黎明。” 1. 跟随教师回顾本节课主要知识点。
2. 构建个人知识网络图。
3. 听取科学家事迹，感悟科学精神。
4. 接受倡议，思考个人行动方向。
评价任务 知识整合：☆☆☆
情感认同：☆☆☆
行动意愿：☆☆☆
设计意图 通过结构化回顾帮助学生巩固知识体系。引入钱三强的事迹，将科学精神与家国情怀有机融合，提升课程的思想高度。结尾采用诗意语言与强烈号召，激发学生的使命感与行动力，实现从“知”到“行”的跨越，达成科学态度与责任的核心素养培育目标。
作业设计
一、基础巩固：能源分类与效率计算
1. 判断下列能源属于哪一类（填写序号）：
① 太阳能 ② 煤炭 ③ 汽油 ④ 风能 ⑤ 核能 ⑥ 电能 ⑦ 水能 ⑧ 天然气
一次能源：__________；二次能源：__________；可再生能源：__________；不可再生能源：__________。
2. 某家用燃气灶烧水，将2kg水从20℃加热至100℃，消耗天然气0.05m 。已知水的比热容c=4.2×10 J/(kg·℃)，天然气热值q=3.6×10 J/m 。求：
（1）水吸收的热量；
（2）天然气完全燃烧放出的热量；
（3）该燃气灶的热效率。
二、拓展探究：我的低碳生活提案
请你调查自己家庭一周的用电情况（可查看电费单或智能电表），分析主要耗电设备及使用习惯。结合本课所学，撰写一份《家庭节能优化建议书》，内容包括：
1. 当前用电概况简述；
2. 存在的能量浪费现象分析；
3. 至少三条具体可行的节能措施；
4. 预估实施后的节能量与减排效果（可用CO 排放量表示）。
要求：数据真实，建议合理，字数不少于300字。
【答案解析】
一、基础巩固
1. 一次能源：①②④⑤⑦⑧；二次能源：③⑥；可再生能源：①④⑦；不可再生能源：②③⑤⑧。
2. （1）Q_吸 = cmΔt = 4.2×10 × 2 × (100-20) = 6.72×10 J
（2）Q_放 = qV = 3.6×10 × 0.05 = 1.8×10 J
（3）η = Q_吸 / Q_放 × 100% = (6.72×10 ) / (1.8×10 ) × 100% ≈ 37.3%
二、拓展探究
评分标准：
- 数据详实可靠（1分）
- 问题分析准确（2分）
- 建议具体可行（3分）
- 节能减排估算合理（2分）
- 表达清晰流畅（2分）
板书设计
能源与环境
——物理视角下的可持续发展
一、能源家族
├─ 一次能源 ┬─ 可再生：太阳能、风能、水能...
│ └─ 不可再生：煤、石油、天然气、核能
└─ 二次能源：电能、汽油、氢能...
二、效率之问
η = E_有用 / E_总 × 100%
火力发电：~40%
光伏：15%-22%
燃气热水器：80%-90%
三、温室效应
太阳短波 → 地球吸收 → 长波辐射 ← CO 吸收再辐射
人为增强 → 全球变暖
四、我们的选择
节能点滴 · 清洁能源 · 双碳目标
→ 做地球的能量守护者
教学反思
成功之处
1. 以冰川消融的真实影像导入，有效激发学生情感共鸣与探究兴趣，课堂氛围热烈。
2. 实验演示与数据建模相结合，使抽象的温室效应机制变得可视可感，学生理解更为深刻。
3. 议题辩论与校园节能诊断等活动设计贴近生活，充分调动学生主动性，实现了知识向素养的转化。
不足之处
1. 核电站辩论环节时间略显紧张，部分小组未能充分展开论述，下次可提前布置预习任务。
2. 对于能源政策与经济因素的介绍较为简略，未能深入探讨电价机制、补贴政策等交叉领域。
3. 个别学生在效率计算中单位换算出现错误，反映出基础知识仍需加强巩固。