12.4能源与可持续发展 教学设计 -2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

课程名称

4. 能源与可持续发展

选用教材

高中物理人教版必修第三册

教学章节

第十二章第四节

授课对象

高二学生

授课类型

新授课

授课学时

1课时（45分钟）

一、教学内容分析

本节课是人教版必修第三册第十二章“电能 能量守恒定律与新能源”的收官之节。学生在本章前几节已经学习了电路中的能量转化、闭合电路的欧姆定律，能够从能量的视角认识电路，初中阶段又初步接触过能量守恒定律。本节站在更高的视角回望整个必修阶段的能量知识：先由“能量总量守恒，为什么还会出现能源危机”这一认知冲突切入，建立能量耗散与能量品质的概念，认识能量转移和转化的方向性；再结合化石能源使用带来的温室效应和历史上著名的环境污染事件，辩证分析能源开发利用与环境保护的关系；然后介绍可再生能源与不可再生能源的分类，了解太阳能、风能、核能等新能源的开发利用以及我国在能源领域取得的成就，引导学生形成节约能源、可持续发展的观念。全节按“能量耗散与能量品质—能源与环境—新能源开发与可持续发展”三条线索展开，既是物理知识的收束，也是科学态度与社会责任素养落点最集中的一课。

二、学情分析

1. 知识基础

学生已经系统学习动能、势能、内能、电能等不同形式的能量，本章前几节又学习了电功、电热以及能量守恒定律，能够列举常见的能量转化实例；但学生普遍存在“能量守恒就不会出现能源危机”的困惑，不理解能量在“量”上守恒与在“质”上降低的区别，缺少从方向性角度审视能量过程的意识；对能源结构、环境问题的认识多来自新闻报道，缺乏数据支撑和物理视角的深入分析。

2. 能力基础

学生具备一定的实例列举和课堂讨论能力，但根据图表数据分析能源消费结构、结合转化效率进行定量估算的能力薄弱；课前搜集资料、课上归纳表达的能力参差不齐，需要教师提供结构化的资料卡和讨论任务单加以引导。

3. 思维基础

学生存在几处典型认知误区：认为能量耗散就是能量消失了；认为散失到环境中的内能收集起来就能重新利用，没有意识到重新聚集这些能量本身要消耗更多的高品质能量；认为只要技术足够进步，能量利用效率就能达到100%。本节课要借助火电站能量流向的定量分析，让这些误区在证据面前暴露并被纠正。

三、教学目标

1. 物理观念

理解能量耗散的含义，知道能量转移和转化具有方向性，认识能量品质有高低之分；能从能量守恒定律出发解释能源危机的本质，明确可利用能量的减少才是能源问题的根源。

2. 科学思维

通过对火电站能量流向图的逐环节分析，建立“能量总量守恒但可用能量不断降低”的辩证认识；通过对我国能源消费结构数据的读取与比较，学会用证据支持观点，发展科学推理与论证能力。

3. 科学探究

经历“阅读资料卡—提取环境事件关键信息—讨论新能源应具备的特点”的探究过程，能结合我国能源消费结构图说明发展新能源的必要性，并在小组讨论中提出有依据的改进

建议。

4. 科学态度与责任

认识化石能源使用对环境的影响，形成环境保护意识和节能习惯；了解我国在水电、光伏、核电等领域取得的成就，增强民族自豪感；思考科学·技术·社会·环境的关系，树立可持续发展的观念。

四、教学重难点

重点

能量耗散和能量品质含义的理解

能量转移和转化的方向性

能源开发利用与环境保护的辩证关系

可再生能源与不可再生能源的分类

难点

从“量的守恒”与“质的降低”两个角度辨析能量耗散

综合运用能量守恒定律和效率知识解决清洁能源能量转化问题

五、教学方法

情境导入法：以“能量还会消失吗”的认知冲突引出课题，激发探究欲望；

图示分析法：借助火电站能量流向示意图分层拆解能量转化的方向性；

数据讨论法：利用我国能源消费结构图组织小组读图、比较与交流；

例题精讲法：通过能量转化效率的计算例题落实定量分析能力。

六、教学资源

人教版必修第三册物理课本；火电站能量流向示意图、我国能源消费结构图；洛杉矶光化学烟雾事件与伦敦烟雾事件资料卡；新能源特点讨论任务单；能量转化效率计算练习题；多媒体课件、投影设备。

七、教学设计

教学环节

教师活动

学生活动

环节一 情境导入——能量总量不变，为什么还会有能源危机（5分钟）

复习提问：请一位同学说出能量守恒定律的内容，并举出一个能量转化的实例。

投影问题串：能量守恒定律告诉我们，能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，总量保持不变。那么，既然能量总量不变，为什么还会出现能源危机？散失的能量跑到哪里去了，还能收回来吗？

学生自由发言后教师归纳：能量是描述物质运动状态的抽象物理概念，不是由什么颗粒构成的“东西”；它可以从一种形式转化为另一种形式，总量守恒。但“守恒”不等于“够用”——这里面藏着今天要研究的问题。

板书课题：4. 能源与可持续发展。

回忆能量守恒定律的内容，举出电灯发光、汽车行驶等能量转化实例；

围绕“能量总量不变为什么还会出现能源危机”发表自己的初步看法，带着疑问进入新课。

环节二 新知探究（一）能量耗散与能量品质（10分钟）

展示图1火电站能量流向示意图，分三层讲解：

第一层：燃煤在锅炉中燃烧，化学能转化为水蒸气的内能；高温高压蒸汽推动汽轮机转动，内能转化为机械能；汽轮机带动发电机，机械能转化为电能。结

对照图1，逐环节说出能量形式的转化顺序；

跟随教师的估算过程，直观感受“约三分之二能量被散失”的量级；

理解能量耗散与能量品质

合图1指出，每一个环节都有相当一部分能量变成废热散失到环境中：废气带走热量，锅炉和管路向外散热，轴承摩擦生热。

图1　火电站能量流向示意图

第二层：引导学生估算——现代燃煤火电站的能量转化效率一般只有35%左右，也就是说，燃烧释放的能量中约三分之二最终以低品质内能的形式散失到环境中。

第三层：给出概念——这些散失到环境中的内能虽然仍然存在，总量并没有减少，但它们分散在广阔的环境中，温度与环境接近，无法在不消耗更多能量的前提下自动聚集起来重新利用，这种现象叫作能量耗散。像电能、机械能这样集中程度高、便于利用的能量，品质高；分散于环境中的内能品质低。能量耗散从能量转化的角度表明，自然界涉及热现象的宏观过程具有方向性。

例题精讲：

例1　关于能量耗散，下列说法正确的是（　　）

A．能量耗散现象说明能量不守恒

B．散失到环境中的内能再也无法加以利用，所以能量在数量上减少了

C．能量耗散过程中总能量仍然守恒，但能量的品质降低了

D．随着技术进步，散失的内能终将可以被自动回收、完全利用

解析：能量耗散过程中能量的总量保持不变，仍遵循能量守恒定律，A错误；散失的内能在数量上并没有减少，只是集中程度降低、难以再利用，B错误；技术再进步，要让分散的内能重新聚集，也必须消耗更多的高品质能量，“完全回收、自动利用”违背了能量转化的方向性，D错误。正确答案为C。

的定义，区分“能量在量上守恒”与“能量在质上降低”，独立判断例1的各个选项后核对答案，说出每个选项的对错依据。

环节三 新知探究（二）能源与

讲述：目前人类使用的主要能源仍然是煤、石油、天然气等化石能源。化石能

阅读两份资料卡，提取事件发生的时间、原因和后