資源簡介

第二十二章 能源與可持續發展 —2023~2024學年九年級物理人教版期末復習知識小錦
【單元學習目標】
1 了解什么是一次能源和二次能源，知道哪些能源是常規能源，哪些能源是新能源。
2 知道原子原子核的組成，了解核裂變、核聚變和核電站。
3 了解如何利用太陽能。
【思維導圖】
【重難知識講解】
一、能源以及人類利用能源的歷程
能源的概念：凡是能提供能量的物質資源都叫能源。
能源的分類
化石能源
千百萬年前埋在地下的動、植物經過漫長的地質年代形成的能源
生物質能
人們廣泛利用的食物等生命物質中存儲的化學能，是由生命物質提供的能源
一次能源
直接從自然界獲得的能源
二次能源
無法從自然界直接獲得，必須通過消耗一次能源才能得到的能源
三次能源革命
能源革命 標志 主要能源
第一次 鉆木起火 柴薪
第二次 蒸汽機的發明 化石能源
第三次 核反應堆 核能
二、核能和裂變
1.核能
核能的定義
當原子核發生分裂或相互結合釋放出的能量
核能的特點
①核能十分巨大，能極大地補充人類能源的不足，使用核能大大地節約了常規能源；②核能能夠解決能源分布不平衡的問題
核能的缺點
①不可再生；②核燃料產生核輻射，使用不當會對地球上的生物造成傷害
2.裂變
（1）裂變的定義
重原子核分裂成較輕的原子核。科學家發現用中子轟擊質量比較大的鈾235（質量數為235的鈾）原子核，鈾核會分裂成中等大小的原子核，這種現象叫做裂變
鏈式反應
用中子轟擊鈾235原子核，鈾核分裂時釋放出核能，同時產生幾個新的中子 ，這些中子又會轟擊其他鈾核……于是就導致一系列鈾核持續裂變，并釋放出大量核能，這就是核裂變時發生的鏈式反應。鏈式反應如果不加控制，就會爆炸，原子彈的爆炸就是鏈式反應不加控制的結果
核電站
工作原理：目前的核電站是利用原子核裂變時產生的大量能量，使水變成蒸汽，推動汽輪機轉動，再帶動發電機發電的。核電站的核心裝置是核反應堆，它是一種能夠控制鏈式反應的裝置
工作過程：核電站的能量轉化過程是核能→水和水蒸氣的內能→汽輪機的機械能→電能
優點：核能發電具有很多優點，如消耗的燃料少，大大減少燃料的運輸量，不會產生有害氣體，避免大氣污染
缺點：核泄漏對人的影響一般表現為核輻射，放射性物質可通過呼吸、皮膚傷口及消化道吸收進入體內，引起傷害
三、聚變
核聚變的定義
核聚變是指由質量小的原子核，例如氘核與氚核，在一定條件下(如超高溫和高壓)，發生原子核結合，生成新的質量更大的原子核，并伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應形式
2.核裂變的應用
核聚變能產生比核裂變更多的能量，氫彈就是根據核聚變的原理制成的。太陽就是一個巨大的核聚變“工廠”。發生核聚變需要極高的溫度，目前，可控的核聚變技術仍處于科研實驗階段，要進入實用階段，還必須在技術上有新的突破
四、太陽能
1.太陽——巨大的“核能火爐”
太陽是一個巨大的“核能火爐”。在太陽內部，每時每刻氫原子核都在發生核聚變，并釋放出巨大的能量。
2.太陽是人類能源的寶庫
太陽向外輻射的能量中，只有約20億分之一傳遞到地球。太陽光已經照耀地球近50億年了，地球在這50億年中積累的太陽能是我們今天所用大部分能量的源泉。比如，我們開采化石燃料獲取能量，實際上是在開采上億年前地球所接收的太陽能。
3.太陽能的利用
光化轉換
太陽能被植物吸收通過光合作用轉化成生物質能，以化學能的形式貯存到植物中
光熱轉換
利用太陽能給物體加熱，把太陽能轉化為內能
光電轉換：利用太陽能發電
4.太陽能的特點及優缺點
（1）太陽能是一種清潔、無污染、可再生能源，它取之不盡、用之不竭，是一種新型的能源。
（2）地球上幾乎所有的能源都來自太陽能(除核能、地熱能、潮汐能外）。
（3）優點：十分巨大、供應時間長、分布廣闊、獲取方便、安全、清潔、不污染環境。
（4）缺點：分散性廣、晝夜差別大、可轉化率低。
五、能量轉移和能量轉化的方向性
1.自然界中能量的轉移和轉化具有方向性。例如：熱量是從高溫物體轉移到低溫物體，而不能反向轉移，否則會引起其他能量的變化；光合作用的進行具有方向性；化石能源的利用也具有方向性。總之，能量的轉移、轉化都是具有方向性的。
2.我們是在能量的轉移或轉化過程中利用能量，但并不是每種能量都可以利用，能量的利用是有條件的、有代價的，有的東西能成為能源，有的則不能。
3.雖然能量在轉化和轉移的過程中是守恒的，但具有方向性，因此我們一定要節約能源。
六、能源與可持續發展
能源消耗對環境的影響
人類在耗用各種能源時，不可避免地會對環境造成影響。如化石能源的大量消耗造成了大氣污染和溫室效應，一些欠發達國家過分依靠柴薪能源，加劇了水土流失和土地沙漠化等。
2.能源與可持續發展
能源的利用要考慮可持續發展，既要滿足當代人的需要，又要考慮后人的需求，一方面應該提高能源利用率，減少在能源使用中對環境的破壞；另一方面，則需要開發新的理想能源。
【例題】
1.大力開發可再生能源，是當今人類社會的共識。下列屬于可再生能源的是( )
A.太陽能 B.石油 C.煤炭 D.天然氣
2.在工業、建筑等行業中，金屬焊接有兩種方式，一種是利用電焊機進行焊接，另一種是利用氣焊進行焊接，前者消耗的能源是電能，后者消耗的能源是乙炔氣，關于這兩種能源的說法正確的是( )
A.電能和乙炔氣都是一次能源
B.電能和乙炔氣都是二次能源
C.電能是一次能源，乙炔氣是二次能源
D.電能是二次能源，乙炔氣是一次能源
3.關于核電站，下列說法正確的是( )
A.使用的燃料是煤和石油
B.反應堆中發生的是可以控制的核裂變
C.反應堆中發生的是可以控制的核聚變
D.產生的核廢料可以當作生活垃圾來處理
4.太陽是太陽系中唯一的恒星，每時每刻向外輻射太陽能。下列關于太陽能的敘述中，錯誤的是( )
A.煤、石油、天然氣等化石燃料中的能量最終來自太陽能
B.生態系統的能量流動是從生產者固定太陽能開始的
C.地球上的水循環是由太陽能推動的
D.太陽能來源于太陽內部的核裂變
5.全球變暖對人類生活造成許多不利影響。下列有關說法中錯誤的是( )
A.全球變暖會造成海平面上升 B.全球變暖會使北極熊無家可歸
C.全球變暖有益于人體健康 D.全球變暖會影響植物的生長
6.能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，只會由一種形式轉化為其他形式，或者從一個物體轉移到其他物體，但能源危機依然存在的根本原因是( )
A.能量的轉移和轉化遵循守恒定律 B.人們在能量的轉化或轉移中利用能量
C.轉移或轉化過程中可利用能量增加 D.能量的轉移和轉化有方向性
答案以及解析
1.答案：A
解析：太陽能可以從自然界里源源不斷地得到補充，屬于可再生能源，故A符合題意；石油、煤炭和天然氣不能短時期內從自然界得到補充，屬于不可再生能源，故B、C、D不符合題意。
2.答案：B
解析：電焊機消耗的電能是通過發電機把其他形式的能源轉化而來的，需要消耗一次能源而得到，不能直接從自然界中獲取，故電能是二次能源；乙炔是利用碳化碳和水發生反應而制取的，碳化碳一般是利用焦炭與氧化鈣在高溫下反應而制取的，需要消耗一次能源得到，乙炔不能直接從自然界獲取，故乙炔是二次能源。
故選B。
3.答案：B
解析：A、核電站使用的是核原料，也稱核燃料，而不是煤和石油等，故A錯誤；
BC、核電站核反應堆里發生的是可控的核裂變，故B正確、C錯誤；
D、核電站產生的核廢棄料有輻射，不能當作生活垃圾來處理，故D錯誤。
故選：B。
4.答案：D
解析：A.煤、石油、天然氣等化石燃料中的能量最終來自太陽能，故A正確，不符合題意；
B.生態系統的能量流動是從生產者固定太陽能開始的，故B正確，不符合題意；
C.太陽輻射能維持地表的溫度，地球上的水循環是由太陽能推動的，故C正確，不符合題意；
D.太陽能來源于太陽內部的核聚變，故D錯誤，符合題意。
故選D。
5.答案：C
解析：ABD.全球變暖會造成海平面上升、北極熊需要的冰山熔化、影響植物的正常生長，故ABD正確，不符合題意；
C.全球變暖對人體正常生理活動有害，故C錯誤，符合題意。
故選C。
6.答案：D
解析：雖然能量是守恒的，但能量的轉移和轉化具有方向性，可利用的能量是有限的，因此能源危機是存在的.
【單元核心素養對接中考】
1.【2023河南】 近年來，我國在科技領域取得了輝煌的成就.下列說法正確的是( )
A.中國空間站利用的太陽能屬于可再生能源
B.華龍一號核電機組利用的是核裂變釋放的能量
C.復興號動車組控制系統中的芯片由超導體制成
D.奮斗者號潛水器從海底采集的巖石到海面后質量變大
2.【2023陜西A】 鎂合金被譽為“21世紀綠色工程材料”，其密度僅有鋼鐵的四分之一，還具有強度高、導電性好、耐腐蝕等特性.下列物體不適合用該材料制作的是( )
A.自行車的車架 B.平板電腦外殼
C.起重機配重 D.儀器中的電子元件
3.【2023山西】 閱讀短文，回答問題.
戈壁灘上的“向日葵”
在甘肅省敦煌市西南方向約15千米的戈壁灘上有一處充滿科幻感的設施（如圖甲所示），這是目前全球裝機容量第二的熔鹽塔式產熱電站.光熱電站的鏡場面積約140多萬平方米，1萬多面巨大的定日鏡在計算機的精確控制下，能如同向日葵一樣隨著太陽位置變化而變化，使太陽光時刻都能聚集到260 m高的吸熱塔的吸熱器上.
在北半球的正午，太陽光由南往北傾斜照射，位于吸熱塔北面的定日鏡，陽光的入射角極小，定日鏡的面積可以全部作為有效面積反射陽光.而位于吸熱塔南面的定日鏡，陽光的入射角很大，反射陽光的有效面積大大縮小了.
在塔式太陽能熱發電系統中，吸熱器是最關鍵的核心部位，吸熱器內部有多個平行排列的吸熱管組成的管屏，它將定日鏡所捕捉到的太陽光直接轉化為可以高效利用的內能，將能量存儲在液態熔鹽中，為汽輪發電機組提供所需的熱源.
（1）太陽能光熱電站利用平面鏡______________太陽光，聚集到吸熱塔上進行加熱.在鏡陣最外層的大圈，定日鏡呈現明顯的分布不對稱，吸熱塔南邊的定日鏡比北邊少，原因是______________.
（2）請結合圖乙完成太陽能光熱發電的能量轉化流程圖.
（3）熔鹽儲熱是利用高溫熔化狀態下的無機鹽把能量儲存起來，當熔鹽溫度______________時，便可把儲存的內能釋放出來，可以實現24小時均有高溫熔鹽推動汽輪機工作，實現持續發電.
4.【2023江西】
下列科技成果與其工作時所涉及到的物理知識對應錯誤的是( )
A.高速磁懸浮列車——磁極間的相互作用規律
B.C919客機——流體壓強與流速的關系
C.“華龍一號”核電機組——核聚變將核能轉化為電能
D.天舟六號貨運飛船——電磁波傳遞信息
5.【2023河北】
秉承可持續發展的思想，開發新能源、更好地利用已知能源是全球范圍內的重要課題，開發和利用核能就是一個有效途徑.核能是質量較大的原子核發生________或質量較小的原子核發生聚變時釋放的能量，通過可控聚變來利用核能，有望解決人類能源問題.1 g核燃料聚變時釋放的能量約為，假設把的能量完全轉化為電能，可供年用電量為的家庭使用________年.太陽也是一個巨大的“核能火爐”，它向外輻射的能量是我們的能源寶庫.人類利用太陽能的實質是將太陽能轉化為其他形式的能量，請你寫出一種轉化方式或一個相關的實例：________.
答案以及解析
1.答案：AB
解析：C（×）芯片是由半導體材料制成的.
D（×）巖石從海底到海面，質量不變.
2.答案：C
解析：
選項 擬制作物體 制作該物體的材料應具有的特性 是否適合
A 自行車車架 密度小（輕便）、強度高（結實） 適合
B 平板電腦外殼 強度高（結實）、耐腐蝕（起到保護作用） 適合
C 起重機配重 密度大（體積相同時，質量大） 不適合
D 儀器中電子元件 導電性好 適合
3.答案：（1）反射；南面的定日鏡，陽光的入射角大，有效反射面積小
（2）機械能
（3）降低（或下降）
解析：（1）太陽能光熱電站利用了平面鏡能反射太陽光的原理，將反射后的太陽光都聚集在吸熱塔上進行加熱；由材料知，位于吸熱塔南面的定日鏡，陽光的入射角大，反射陽光的有效面積大大縮小了，故吸熱塔南邊的定日鏡較少.
（2）吸熱器內的管屏，將定日鏡捕捉到的太陽光直接轉化為內能，為汽輪發電機組提供所需的熱源，結合圖乙可知，太陽能光熱發電過程中的能量轉化是：首先將太陽能轉化為內能，再將內能轉化為機械能，最后將機械能轉化為電能.
（3）物體的溫度升高，內能增大，溫度降低，內能減少，熔鹽儲熱利用了高溫熔化狀態下的無機鹽把能量（內能）儲存起來，當熔鹽的溫度降低時，便可把儲存的內能釋放出來，可以實現24小時均有高溫熔鹽推動汽輪機工作，實現持續發電.
4.答案：C
解析：C（×）“華龍一號”核電機組利用了核裂變，最終將核能轉化為電能.
5.答案：裂變；100；太陽能熱水器（或太陽能電池）
解析：人類獲取核能的方式有兩種，一是質量較大的原子核發生裂變，二是質量較小的原子核發生聚變.使用年限年.將太陽能轉化為內能的有太陽能熱水器，將太陽能轉化為電能的有太陽能電池等.

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