12.3《能源与环境》课时教案-2025--2026年沪科版高中物理必修第三册（表格式）

12.3《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 沪科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
本节内容选自沪科版高中物理必修第三册第十二章《交变电流与电磁波》的第三节《能源与环境》，是物理知识与社会可持续发展深度融合的重要体现。教材从能量转化效率、常规能源使用现状出发，系统介绍化石能源的环境代价、新能源开发的技术路径及其在碳中和目标下的战略意义。内容既承接前两节关于电能传输与利用的知识，又拓展至能源政策、生态伦理等跨学科议题，体现了“物理走向生活、科学服务社会”的课程理念，在整章中起到价值升华和认知整合的作用。
学情分析
高二学生已具备能量守恒、热机效率等基础物理概念，对温室效应、雾霾等环境问题有一定感性认知，但缺乏从物理视角进行量化分析的能力。他们思维活跃，关注社会热点，但在面对“能源结构转型”这类复杂系统问题时，易陷入非此即彼的情绪化判断。此外，部分学生存在“环保靠政府、科技万能论”等片面认识。因此，教学需通过真实数据、对比实验和情境模拟，引导学生建立科学理性的能源观，提升其综合分析与责任担当能力。
课时教学目标
物理观念
1. 理解不同能源形式的能量密度、转化效率及环境外部性，掌握能源利用中的能量损耗机制。
2. 能从能量转化与守恒的角度分析火力发电、风力发电等典型能源系统的能量流动过程。
科学思维
1. 运用比较、归纳的方法，辨析各类能源的优缺点，构建多维度评价模型。
2. 基于真实数据进行估算与推理，如计算家庭年用电量对应的碳排放量，发展量化分析能力。
科学探究
1. 设计简易实验模拟不同燃料燃烧产生的污染物差异，观察并记录实验现象。
2. 利用图表工具处理能源消费结构数据，发现趋势并提出合理化建议。
科学态度与责任
1. 认识能源危机与气候变化的严峻性，树立节约能源、绿色生活的公民意识。
2. 关注国家“双碳”战略，理解科技进步在生态文明建设中的关键作用，增强社会责任感。
教学重点、难点
重点
1. 化石能源使用带来的主要环境问题及其物理成因。
2. 新能源（太阳能、风能）的工作原理与技术瓶颈。
难点
1. 理解“能源效率”与“环境成本”的非线性关系，避免简单归因。
2. 在资源有限性与社会发展需求之间建立平衡思维，形成可持续发展观。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、议题式教学法、合作学习、讲授法
教具准备
多媒体课件、空气质量检测仪（演示）、小型风力发电机模型、太阳能电池板、酒精灯、蜡烛、烧杯、澄清石灰水
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入：城市呼吸之痛
【5分钟】 一、播放视频，引发共鸣。 （一）、播放一段航拍视频：
画面从清晨阳光洒满城市的远景切入，逐渐拉近至主干道上拥堵的车流，尾气形成灰黄色烟雾弥漫空中；镜头转向郊区某工业园区，高耸的烟囱持续排放白色蒸汽与灰色烟尘；最后定格在一位戴口罩的学生抬头望天的画面，天空呈现淡淡的褐红色。背景音乐为低沉的大提琴独奏。
提问引导：“同学们，这段视频让你联想到什么？你是否曾在某个清晨感到空气刺鼻？我们每天使用的电、乘坐的交通工具，背后隐藏着怎样的‘呼吸代价’？”
（二）、展示实时空气质量数据。
教师打开手机APP或投影生态环境部官网数据，展示本市当日PM2.5指数、AQI等级及首要污染物。“数据显示，今天我们的空气质量属于轻度污染，主要来自工业排放和机动车尾气。这些看不见的微粒，正悄悄影响着每个人的健康。那么，这一切与我们正在学习的‘能源’有何关联？”过渡语：“每一度电的诞生，都伴随着一次地球的呼吸——可能是清新的风，也可能是沉重的喘息。今天，我们就来揭开能源背后的环境密码。” 1. 观看视频，产生情感共鸣。
2. 结合生活经验分享感受。
3. 思考能源与空气质量的关系。
4. 进入探究主题情境。
评价任务 情感投入：☆☆☆
问题意识：☆☆☆
联系实际：☆☆☆
设计意图 以真实、震撼的视觉素材创设问题情境，唤醒学生对环境问题的切身感知，激发探究动机。通过将抽象的“能源消耗”具象为“城市呼吸困难”，建立起物理学习与社会责任之间的桥梁，为后续深度讨论奠定情感基调。
合作探究一：谁在燃烧我们的蓝天？
【12分钟】 一、分组实验：燃烧产物大揭秘。 （一）、布置实验任务与安全规范。
将全班分为六个小组，每组配备一套实验器材：酒精灯、蜡烛、两个洁净烧杯、澄清石灰水若干、火柴。强调实验安全：“点燃明火时请保持通风，远离书本纸张，熄灭火焰用灯帽盖灭，严禁吹灭。”明确观察任务：“请分别点燃酒精灯和蜡烛，将干燥烧杯倒扣于火焰上方约10秒，观察内壁变化；再取少量澄清石灰水倒入另一烧杯，同样置于火焰上方，观察液体是否变浑浊。”
（二）、巡视指导，引导观察记录。
教师穿梭于各小组之间，提示学生注意火焰颜色、燃烧稳定性以及烧杯内壁水珠的形成速度。“你们发现了吗？酒精灯燃烧更稳定，而蜡烛常有黑烟冒出——这说明了什么？”鼓励学生用科学语言描述现象：“烧杯内壁出现水雾，证明燃烧生成了水蒸气；石灰水变浑浊，说明产生了二氧化碳。”进一步追问：“如果这是大规模燃烧的结果，这些产物会对大气造成什么影响？”
二、数据解读：化石能源的环境账单。 （一）、展示燃煤电厂排放图谱。
投影一张典型的燃煤电站排放成分饼状图：二氧化碳占68%，氮氧化物15%，硫氧化物12%，颗粒物5%。结合课本P87表格《几种常用燃料的热值与排放特性》进行讲解：“煤炭虽能量密度高，但燃烧不完全会产生大量CO、烟尘；石油衍生品如汽油含硫杂质，燃烧释放SO ，是酸雨元凶之一。”引用世界卫生组织数据：“全球每年约700万人因空气污染相关疾病过早死亡，相当于每5秒钟就有一人离世。”
（二）、引入“碳足迹”概念。
提出问题：“我们每个人都是能源消费者。假设一个三口之家年用电量为3000千瓦时，若全部来自煤电，则相当于排放多少千克二氧化碳？”给出计算公式：碳排放量 = 用电量 × 排放因子（取0.8 kg CO /kWh）。学生可现场估算得出约2400千克，“相当于一棵成年冷杉树需要80年才能吸收完。” 1. 分组动手完成燃烧实验。
2. 观察并记录实验现象。
3. 分析产物与环境污染的关联。
4. 参与碳足迹计算与讨论。
评价任务 操作规范：☆☆☆
现象准确：☆☆☆
解释合理：☆☆☆
设计意图 通过亲历实验，学生直观感知不同燃料燃烧产物的差异，建立“化学能→内能+污染物”的能量转化图景。结合权威数据与生活化类比（如碳足迹），使抽象的环境代价变得可感可知，培养学生基于证据的科学推理能力，并初步形成个体行为与全球生态的关联意识。
议题研讨：未来之路向何方？
【15分钟】 一、展示新能源技术实景。 （一）、播放风光互补发电系统工作视频。
视频内容包括：广袤戈壁上的大型风电场叶片缓缓旋转；屋顶分布式光伏板在阳光下熠熠生辉；储能电池组实时充放电监控界面；电网调度中心实现清洁能源优先并网的操作流程。教师同步解说：“我国已在青海建成全球最大光伏发电园区，年发电量可供百万家庭使用。风能、太阳能取之不尽，几乎零排放，堪称理想能源。”
（二）、呈现技术挑战与争议。
话锋一转：“然而，为何它们尚未完全取代火电？请大家思考三个核心问题：第一，风不会一直吹，太阳也不会整日普照，如何保证供电稳定？第二，制造光伏板需消耗大量硅材料和电力，是否存在‘隐含碳排放’？第三，大规模风电场可能影响鸟类迁徙，光伏电站占用土地资源，生态代价如何权衡？”
二、组织议题辩论：新能源能否一劳永逸解决能源危机？ （一）、划分正反方，明确辩论规则。
正方观点：“大力发展新能源是解决能源与环境问题的根本出路。”
反方观点：“新能源存在固有局限，应以节能提效为主，多元协同才是现实选择。”
每组推选一名代表陈述观点，限时3分钟；自由辩论环节5分钟，要求引用课堂所学或课外资料；最后各派总结陈词2分钟。教师担任主持人，提醒发言要有理有据，尊重对方。
（二）、穿插补充关键信息。
在辩论过程中适时介入，提供支撑性知识：如我国2023年可再生能源装机占比已达52%，但发电量仅占总用电量的30%左右，凸显其间歇性短板；介绍“新型储能技术”如液流电池、压缩空气储能的发展前景；提及“智能微电网”如何实现源网荷储协调运行。引用爱因斯坦名言作结：“我们不能用制造问题的同一水平思维来解决问题。”意指唯有技术创新与制度变革双轮驱动，方能突破困局。 1. 观看新能源应用案例。
2. 思考技术背后的矛盾与挑战。
3. 参与正反方辩论表达观点。
4. 倾听他人意见完善认知。
评价任务 观点鲜明：☆☆☆
论据充分：☆☆☆
逻辑清晰：☆☆☆
设计意图 通过设置具有思辨性的议题，打破“新能源=完美解决方案”的思维定式，引导学生全面审视技术进步的两面性。辩论形式促进批判性思维发展，使其认识到能源转型不仅是技术问题，更是经济、政策与伦理的综合博弈。教师适时点拨关键数据与前沿动态，确保讨论不偏离科学轨道，实现深度学习。
实践建模：共建绿色校园微电网
【8分钟】 一、发布项目任务。 （一）、创设真实项目情境。
“现在，学校计划建设‘零碳校园示范区’，邀请同学们担任能源顾问团队，为教学楼设计一套‘太阳能+储能+节能控制’的微型能源系统。请根据以下条件进行方案构思：屋顶面积约为500平方米，当地年均日照时数1800小时，教学楼日均用电量约600千瓦时。目标是尽可能提高清洁能源自给率。”
（二）、提供技术支持参数。
投影关键数据：单块光伏板尺寸1.6m×1m，功率300瓦，光电转换效率18%；锂电池储能系统充放电效率90%；LED照明较传统灯具节能70%。引导学生估算：“500平米可安装约300块光伏板，理论年发电量约为300×0.3kW×1800h=16.2万度，远超年需求约22万度的一半以上。”
二、小组协作绘制草图。 要求每组在A3纸上绘制系统示意图，标注主要组件（光伏阵列、逆变器、蓄电池、智能电表、节能设备），并简要说明运行逻辑。“白天发电供楼使用，多余电量储存；夜晚或阴天释放储能供电；同时推广智能照明与空调控制系统降低整体能耗。”教师巡视点评：“这个组考虑了雨天备用电源接入，很周全；那个组提出将电动车充电桩与储能联动，极具前瞻性！” 1. 接受项目任务明确目标。
2. 利用数据进行初步估算。
3. 小组合作绘制系统草图。
4. 提出优化建议与创新设想。
评价任务 方案可行：☆☆☆
数据支撑：☆☆☆
创意突出：☆☆☆
设计意图 将所学知识迁移至真实工程问题解决中，实现“知行合一”。通过角色代入与团队协作，学生不仅巩固了对新能源系统的理解，更锻炼了系统思维与创新能力。项目式学习强化了“我能改变世界”的积极信念，使环保理念从口号转化为实际行动蓝图。
课堂总结：做地球的光能守护者
【5分钟】 一、回顾知识脉络。 （一）、梳理核心概念。
“今天我们穿越了从烟囱到光伏板的能源之旅。我们明白了：化石能源带来高效便利的同时，也付出了沉重的环境代价；新能源虽前景广阔，但仍面临稳定性与成本挑战；真正的出路在于‘开源’与‘节流’并举——既要加快清洁能源替代，更要倡导全社会节能降耗。”
（二）、升华价值导向。
引用《道德经》“知足不辱，知止不殆”强调适度消费的重要性。讲述德国弗莱堡小镇如何通过全民参与实现能源自给的故事。“改变不必惊天动地，关掉一盏不必要的灯，选择一次公共交通，都是对地球温柔的承诺。”最后以诗意语言收束：“愿我们每个人都能成为一束微光，汇聚成照亮未来的清洁之光。不是因为问题太小而不去做，而是因为我们每一个行动，都在重新定义这个世界的样子。” 1. 回顾本节课核心知识点。
2. 理解个人行为与全球生态的联系。
3. 树立节能减排的生活态度。
4. 感受科学精神与人文关怀的融合。
评价任务 知识掌握：☆☆☆
价值认同：☆☆☆
行动意愿：☆☆☆
设计意图 采用“知识点+生活哲理”的升华式总结，将物理规律上升为人与自然和谐共生的生命智慧。通过经典语录与真实案例增强文化厚度，以优美语言唤起情感共鸣，激励学生将课堂所得转化为日常践行，真正实现科学教育的价值引领功能。
作业设计
一、家庭能源审计报告
1. 统计家中本月电费账单，折算成总用电量（单位：kWh）。
2. 列出家中主要电器（冰箱、空调、电视、洗衣机等）的额定功率与日均使用时长，估算每日耗电量。
3. 查询本地电网的能源结构比例（可通过环保局网站或新闻报道获取），粗略计算该月用电所产生的二氧化碳排放量（参考排放因子：煤电0.8kg/kWh，水电0.02kg/kWh，风电0.01kg/kWh）。
4. 提出三条切实可行的家庭节能建议（如更换LED灯、设定空调温度、减少待机功耗等），并预估节能潜力。
5. 撰写一份不少于300字的《我家的绿色用电计划》。
二、新能源科普短文创作
请选择一种你感兴趣的新能源技术（如潮汐能、地热能、氢能汽车、核聚变），查阅资料后撰写一篇500字左右的科普短文。要求：
- 使用通俗易懂的语言解释其工作原理；
- 介绍国内外应用现状与典型案例；
- 分析其优势与当前面临的挑战；
- 表达你对该技术未来发展的期待或建议。
- 题目自拟，如《海底的蓝色心跳——探秘潮汐发电》《氢动未来：驶向零排放的交通革命》。
【答案解析】
一、家庭能源审计报告
1. 示例：本月用电320kWh。
2. 冰箱150W×24h=3.6kWh；空调1000W×5h=5kWh（夏冬季节）；电视100W×3h=0.3kWh……合计约12kWh/日。
3. 若本地煤电占比60%，水电20%，风电20%，则平均排放因子=0.6×0.8 + 0.2×0.02 + 0.2×0.01 ≈ 0.486 kg/kWh；总排放≈320×0.486≈155.5kg CO 。
4. 建议示例：将白炽灯全换为LED，预计节电70%；空调夏季设定不低于26℃；拔掉不用的充电器。
二、新能源科普短文
评分标准：
- 原理正确（2分）；
- 案例真实（2分）；
- 分析全面（3分）；
- 语言流畅有感染力（3分）。
板书设计
能源与环境
——双面刃与破局之道
化石能源 优点：能量密度高、稳定
缺点：污染重、不可再生
温室效应 · 酸雨 · 雾霾
新能源
太阳能 风能 水能
优点：清洁、可再生
挑战：间歇性、储能难
解决路径：
开源 → 发展新能源 + 技术创新
节流 → 提高能效 + 绿色生活
公民责任：从我做起，点滴减碳
教学反思
成功之处
1. 情境创设真实有力，视频与空气质量数据有效激活了学生的环境关切，实现了情感与认知的双重启动。
2. 实验—辩论—项目三大环节层层递进，兼顾动手操作、理性思辨与实践创新，充分体现了“做中学”的理念。
3. 板书采用图文结合方式，清晰呈现能源系统的矛盾与发展路径，帮助学生构建结构化知识网络。
不足之处
1. 辩论环节时间稍显紧张，个别小组未能充分展开论述，下次可提前布置预习任务。
2. 对农村地区能源困境（如秸秆焚烧）涉及较少，未能充分体现地域差异性。
3. 项目设计中未引入经济成本核算，学生对“性价比”因素考虑不足，可在拓展活动中补充。