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第18章同步辅导与练习第18章 第13节（一）能源利用与社会发展：1. 能源凡是能提供能量的物质资源，都可以叫做能源。比如：煤炭、石油、天然气在燃烧时可以释放出能量，它们是能源；流动的水和风可以对其他物体做功，具有能量，它们也是能源。2. 能源的种类：（1）根据能源是否是由自然界直接提供可分为：一次能源可以直接从自然界获取的能源，如：化石燃料（煤、石油、天然气等）、太阳能、风能、水能、地热能、核能、潮汐能等。二次能源不能从自然界直接获取，必须通过消耗一次能源才能获得的能源。如电能、煤气等。（2）根据能源是否可以再生可分为：可再生能源可以从自然界源源不断地得到的能源，如：太阳能、风能、水能等。不可再生能源一旦消耗就很难再生的能源，如：煤、石油、天然气、核燃料等。注意：这里的可再生能源和不可再生能源都是针对一次能源而言的。（3）根据人们利用能源的时间长短分为：常规能源（传统能源）目前已大规模生产和广泛利用的能源，如：水能、煤炭、石油、天然气等。新能源由于技术、经济等因素而迄今尚未大规模使用的能源，如：太阳能、核能、潮汐能、地热能等。（4）根据对环境污染的程度分为：清洁能源对环境无污染或污染很小的能源，如：太阳能、水能、风能等。非清洁能源对环境污染很大的能源，如：煤、石油、天然气等。3. 人类开发、利用能源的历史过程为：火的利用；化石能源的利用；电能的利用；核能的发现。4. 解决能源问题的两条途径：（1）开发新能源；（2）提高能源的利用率。（二）核能：1. 核能原子核由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电。这些质子和中子我们将它们统称为核子。核子间存在着巨大的核力使核子结合在一起，当原子核发生变化时就会释放出巨大的能量，这种由于原子核的变化而释放出的巨大的能量叫做核能。2. 获得核能的途径有两种：核裂变和核聚变。（1）核裂变质量较大的原子核在中子的轰击下，分裂成大小相差不太大的两个或两个以上的中等质量核的现象叫做核裂变。核裂变的产生条件是链式反应。（2）核聚变质量较小的原子核合成较重的核并释放出大量能量的现象叫做核聚变。3. 核电站：（1）原理：核裂变的链式反应。（2）核心：核反应堆，以铀为燃料。（3）工作过程：将核裂变时释放的核能转化为第一回路中反应堆冷却剂的内能，使冷却剂温度升高，进入热交换器后，把热量传给第二回路的水，使水生成高温高压的蒸汽，送入汽轮机驱动发电机发电。（三）太阳能：1. 太阳中蕴藏着无比巨大的能量。据估计，太阳每三天向地球辐射的能量，就相当于地球上蕴藏的所有能量的总和；太阳一小时向地球辐射的能量，约是目前全世界全年消耗总能量的1.5倍。2. 太阳能的优点有：（1）太阳能十分巨大；（2）太阳能供应时间长；（3）太阳能分布广阔，获取方便；（4）太阳能安全、清洁。3. 直接利用太阳能的途径：（1）直接转化为内能；（2）直接转化为电能；（3）直接转化为化学能。重、难点解析：1. 怎样从能量和能量转化角度看能源利用？能源的利用其实就是能量的转化过程。煤燃烧放热使蒸汽温度升高的过程就是化学能转化为蒸汽内能的过程；高温蒸汽推动发电机发电的过程是内能转化为机械能再转化为电能的过程；电能通过电动机可转化为机械能；电能通过白炽灯或荧光灯可转化为光能；电能通过电解槽可转化为化学能等。2. 为什么说，太阳能是人类未来的理想能源？由于石油等资源日益减少，利用这些资源又对环境造成污染，因此人们十分重视对太阳能的利用，并积极探索各种利用太阳能的方式。地球所接受的太阳能，平均每平方米为1.353kW，这说是说所谓的“太阳常量”。也就是说，太阳每秒照射到地球上的能量约为燃烧5106t煤的能量。地球每年所接收的太阳能至少有6107kWh，相当于燃烧74万亿吨标准煤所释放的能量。可见利用太阳能的潜力很大，而且太阳能不污染环境。太阳能将成为未来能源的主流，这已为人们所共识。怎样有效地利用太阳所赐予的能量，使其成为本世纪的一大可利用能源，是新能源开发中的一个重要课题。【典型例题】例1 水电、石油、风能、煤炭四种能源中，属于可再生能源的是。分析：对于此题，要注意“水电”不等同于“水能”，水电不属于一次能源，所以不是可再生能源，而石油、风能、煤炭都是自然界中直接获得的，均属于一次能源，但其中石油、煤炭，一旦消耗就不能再生，所以只有风能是可再生能源。解答：风能。例2 关于核能下列说法正确的是：（）A. 物质是由原子构成的，原子中有原子核，所以利用任何物质都能得到核能。B. 到目前为止，人类获得核能有两种途径，即重核裂变和轻核聚变。C. 原子弹和氢弹都是利用原子核裂变和聚变的原理制成的。D. 自然界只有在人为的条件下才会发生裂变。分析：核能是人们在近几十年里发现和利用的新能源。虽然各种物质的原子里都有原子核，但在通常情况下并不能释放能量。只有当原子核发生改变裂变和聚变时才伴随巨大的能量变化。原子弹是利用裂变的链式反应中能在极短时间内释放出巨大能量的原理制成的；而氢弹则是利用轻核的聚变制成的。自然界除了人为的聚变反应外，太阳和许多恒星内部都进行着大规模的聚变反应，并以光和热的形式将核能辐射出来。解答：C。例3 根据下表保温桶中某太阳能热水器的一些数据计算： （1）这台热水器装满水时，水的质量是多少千克？ （2）夏天进入热水器的水温为20，计算在夏天最好的光照条件下，理想情况下这台热水器装满水时，吸收的热量是多少焦？（） （3）若保温桶距水龙头处3m高，将水从水龙头处送到保温桶，注满水需做多少功？（g取10N/kg） （4）在冬天无阳光时可以采用电热管加热，若当时的供电电压只有200V，电热管的实际功率是多少瓦？（此问计算结果保留整数）解答：（1）保温桶内最多可盛水的质量 （2） （3）注满水需对水做功 （4）电热管的电阻 【模拟试题】（答题时间：25分钟）1. 下列物质中是能源的是：（）A、花岗岩石。B、太阳能。C、天上的云。D、沙漠中的沙。2. 下列能源中属于新能源的是：（）A、电能。B、天然气。C、潮汐能。D、石油。3. 下列能源中不是由太阳能转化的是：（）A、沼气。B、石油。C、风能。D、潮汐能。4. 从核能到电能，在能量转化过程中，正确的是：（ ）A、核能内能电能。B、核能机械能内能电能。C、核能内能机械能电能。D、核能机械能电能。5. 进行核裂变的条件是：（）A、温度必须很高。B、必须用中子轰击。C、必须用质子轰击。D、自发进行。6. 下列太阳能的应用中是直接把太阳能转化为内能加以利用的是：（ ）A、太阳能热电站。B、人造地球卫星的电源光电板。C、太阳能电池。D、光盘。7. 水力发电是属于利用太阳能的哪一个渠道？（）A、直接被人类利用。B、被海洋吸收。C、植物的光合作用。D、大气、水分升腾循环。8. 原子核物理的知识可能应用到下面几项工作中，下列不是放射性现象的是：（）A、检查金属板内部的砂眼。B、处理种子，使农作物增产。C、核能发电。D、检查和治疗恶性肿瘤。9. 能的转化是非常普遍的，在一定条件下，各种形式的能都可以相互转化：摩擦生热，将能转化为能；电灯照明，将能转化为能；植物吸收太阳光进行光合作用，将能转化为能；烧煤做饭，将能转化为；吃饭干活，将能转化为能。10. 原子核是由和组成的，中子不带电，而质子带，我们知道，同种电荷会相互排斥，那么原子间会产生较大的，然而原子核内的质子和中子却牢固地结合在一起，这是由于核子间存在着更强的吸引力，即，正是由于这种吸引力的存在，使得我们在将原子核分开时，要消耗大量的。11. 如图所示为远距离输电系统示意图，请指出：（1）发电机的工作原理是： 。 （2）该系统中，采用高压输电的好处是： 。 （3）日常生活中要注意用电安全。请写出两条安全用电的原则：a. ；b. 。（4）假设该系统中的发电厂是核电站，请在下面方框内填写电站发电过程中的能量转化情况。（5）核电站可能会带来什么负面影响？为什么很多国家仍在大力发展核电站呢？【试题答案】1. B2. C3. D4. C5. B6. A7. D8. C9. 机械，内；电，光；太阳（光），化学；化学，内；化学，机械。10. 质子，中子，正电，斥力，核力，能量。11. （1）电磁感应；（2）减小电能的输送线路上的损失；（3）a远离高压带电体；b不弄湿用电器；（4）核能，机械能；（5）运行不当可能带来核污染、核废料难以处理等。因为核电高效节能，用料省，且核原料运输方便，正常情况下对环境的污染比火力发电小得多。第18章 欧姆定律第4、5节（一）能量转化的基本规律：1. 自然界中的现象、热现象和电现象等物理方面不是孤立的，而是互相有联系的。联系各类现象的一条最主要的物理量是能量。自然界存在各种形式的能量，各种形式的能量在一定条件下可以相互转化。2. 能量守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体。而在转化或转移的过程中，其总量保持不变。能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本规律之一。“转化”是指能量的形式发生变化，如“钻木取火”是机械能转化为内能，而机械能和内能是两种不同形式的能；“转移”是指能量的形式不发生变化，如“热传递”只是内能从高温物体转移到低温物体。3. 能量转移或转化具有方向性。（二）能源与可持续发展：1. 能量转化与效率：使用能量转换装置（或设备）时，输出的有用能量占输入的总能量比值为该装置的效率。即：能量转换装置的效率100%。2. 热机的效率：热机转变为有用功的能量与燃料完全燃烧后所释放出的能量之比。提高热机效率的途径：使燃料尽可能地完全燃烧；尽量减少各种热损失；改进热机的制造工艺，采用先进的技术等。3. 能源与可持续发展：开发利用新能源；节能降耗；保护环境。二. 重、难点解析：1. 正确理解能量守恒定律我们知道自然界有许多不同形式的能。如，机械能、内能、电能、光能、原子能、化学能、太阳能等。各种形式的能可以相互转化或转移。在转化或转移的过程中，遵守能量守恒定律。在定律的内容中能的转化，是指通过做功，能的形式发生了改变，即一种形式的能转化为另一种形式的能。而能的转移，是指同一种形式的能，从一个物体转移到另一个物体上，能的形式没有改变，如热传递。在能的转化和转移的过程中所遵循的规律是：能量既不会消灭，也不会创造，且在能的转化和转移过程中能的总量保持不变。2. 辨伪永动机。永动机不可能实现，这句话说起来简单，学过初等物理的人都知道，但为什么还是会有很多人会上当受骗，有许多人甚至不惜浪费年华，空想着有一天能够制造出一台永动机，梦想一夜成名，发家致富。怎样才能摆脱幻想，避免上当呢？学会从物理学的角度分析问题。学会从能量守恒这一全世界公认的科学规律出发来思考问题。如果你什么都不懂，就请谎言的制造者，拿出他所发明的机器设备，而不是图纸和设想，让事实来说话。在科学发展的历史上多次上演过永动机骗局，最近还有一个正在上演。近年来，有个叫丹尼斯李（Dennis Lee）的美国人在美国今日、新闻周刊等全国性报刊上刊登大幅广告，在全美各地表演，演示其号称无需任何能源的发电机。他的目的是要骗取经销费（每人需缴纳2万美元获得经销权）和预定费（每人520美元），而且显然捞了不少钱。他声称要拉到一百多万名预订用户后再开始寄出机器，也一再宣布过供货日期，到后来全都宣布推迟。美国科学界一直有人在揭露他。在答复科学界的批评时，他声明：“我们不去和世界科学家和科学刊物打交道。我们相信一个普通人根据常识能够看到放在他们面前的证据，自己做出决定。我们相信你不需要科学家来替你思考。”反科学人士想必很赞赏这样的声明。美国已有多个州采取行动禁止他推销其产品。在遇到“免费能源”的诱惑时，人们往往变得过于天真，容易受骗上当。在美国如此，在中国也如此。有一个并不比永动机高明的“水变油”骗局就曾经在中国风行多年，造成了数亿元的经济损失。这不仅要求政府部门对这类骗局要加倍地关注，也提醒人们要擦亮眼睛，尊重科学。【典型例题】例1. 在某密闭隔热的房间内有一电冰箱，现接通电源使电冰箱开始工作，并打开电冰箱的门，则过段时间后室内的温度将：（）A、降低。B、不变。C、升高。D、无法判断。分析：电冰箱制冷过程中，使冰箱内的温度降低的同时，又使其外间温度升高（使冰箱内部的内能转移到外部），此过程不可能自发发生，必又消耗电能，此部分电能最终也转变为内能，因此从总能量的角度看，室内的内能不但不会减小，反而会增加。解答：应选C。例2. 水塘中的水不再冷却并凝固成冰时，能否把内能转化为势能，从而使自己升到高空中去？解析：水在冷却并凝固成冰时释放出内能，水升到高空时重力势能增加，从能的转化来看，它并不违背能量守恒定律，但能量的转化、转移，都是有方向性的内能不可能自发地全部转化为机械能。因此，上述现象是不可能发生的。例3. “某汽油机比柴油机的效率低”这句话的意思是：（）A、汽油机的功率比柴油机的功率小。B、汽油机用来做有用功的能量比柴油机小。C、汽油机比柴油机所消耗的燃料小。D、汽油机用来做有用功的能量跟燃料完全燃烧所放出的能量的比值较小。分析：本题是考察对热机效率概念的理解，A选项把功率与热机的效率混为一谈，功率反映物体做功的快慢，而效率是指利用的百分比；B和C选项没有理解热机的效率是两个能量的比值，只是考虑了两个能量中的一个，是不完全的；只有D选项才符合热机效率的定义。解答：应选D。例4. 一个实验用的电动机与电流表串联后接在6V直流稳压电源上。闭合开关后电动机并未转动，这时电流表的读数为5A。检查发现电动机轴上的齿轮被卡住了。排除故障后，让电动机带动轻负载转动，这时电流表的读数为1A。试计算该电动机此时的功率及效率。解析：分析电动机工作情况，可知其能量转化情况是电能转化为机械能和内能，列出能量转化的关系式为： UItmghI2Rt，当电动机不转时，mgh0，UItI2Rt，得到R1.2。电动机正常工作时机械功率为：PUII2R4.8W。电动机的效率为：100%80%。【模拟试题】（答题时间：45分钟）一、填空：1. 能量既不会_，也不会_，它只会从一种形式_为其他形式，或者从一个物体_到另一个物体，而在转化和转移过程中，_的总量保持不变。这就是能量守恒定律。2. 克服摩擦或压缩气体做功时，消耗_能，使_能转化为_能，而且消耗多少_能，就得到多少_能，在这个过程中，能量的总量_。3. “和平”号空间站完成使命后，安全坠入南太平洋海域，当“和平”号进入稠密大气层时，燃起了熊熊大火，这是将_能转化为_能，在“和平”号坠入南太平洋的过程中，它的_能增加，_能减少，而能的总量_。4. 自然界中各种不同形式的能量都可以相互转化，电动机可以把_能转化为_能；太阳能电池把_能转化为_能；植物的光合作用可以把_能转化为_能，燃料燃烧时发热，将_能转化为_能。5. 秋千荡起来，如果不继续用力会越荡越低，甚至停止；皮球落地后，每次弹起的高度都会比原来低.在这两个过程中，机械能_了，转化成了_能。机械能_，能的总量_。6. 人类历史上不断进行着能源革命，_是人类在能量转化方面最早的一次能源革命；_的发明，直接导致了第二次能源革命；物理学家发明的_是以核能为代表的第三次能源革命。7. 当今世界的主要能源是_，人们最方便的能是_。8. 自然界中能量的转移和转化是有_的，人们是在能量的转化或转移过程中利用能量的。 9. 人类在能源革命的进程中给自己带来了便利，也给自己造成了麻烦，大量燃烧化石能源会造成_和_；过分依靠柴薪能源，会加剧_和_，所以，人类不能无限制的向大自然索取。10. 在过去的二十世纪中，人类所使用的能源主要有三种，就是_、_、和_。这些能源短期内不能再生,因此必须开发新能源。二、选择题11. 下列说法中正确的是（ ）A. 冬天对着手哈气，手变暖是机械能转化为内能B. 用酒精灯给水加热，是机械能转化为内能C. 洗澡时，用毛巾擦背，感觉后背发热，是机械能转化为内能D. 滑冰时，冰刀与冰之间相互摩擦，出现一道痕迹，是内能转化为机械能12. 在各种形式的能量相互转化过程中，下列说法正确的是（ ）A. 机械能一定守恒B. 各种形式的能量都守恒C. 各种形式能的总量一定守恒D. 内能一定守恒13. 给电动机通电后电动机带动其他机器运转起来，同时电动机的外壳也变得烫手，则下列说法中正确的是（ ）A. 电能全部转化为机械能B. 电能的一部分转化为机械能，另一部分转化为内能C. 电能全部转化为内能D. 电能的一部分转化为内能是通过克服摩擦力做功来完成的14. 初温、质量都相同的水和铁球，从相同的高度自由落下，落地时，假若它们的势能全部转化为内能，使各自的温度升高，则（ ）A. 水的温度高B. 铁球的温度高C. 水、铁球的温度一样高D. 无法确定15. 学习了“能量的转化和守恒”的知识后，同学们提出了下面的一些关于利用和开发能源的建议，其中不可行的是（ ）A. 我国煤炭资源丰富，应研究并采用如何让燃料充分燃烧，以减少热量损失的措施B. 电力部门应加快进行将内能直接转化为电能的研究，以减少内能在多次转化过程中的损失（ ）C. 我国应进一步开发利用江河水利资源D. 随着资源的不断消耗，应研究出一种既可以不消耗或少消耗能量，又能不断对外多做功的机器16. 同学们家中使用的煤气（或液化石油气），在使用过程中能量的转化情况是（ ）A. 将化学能转化为内能B. 将内能转化为化学能C. 将机械能转化为化学能D. 将化学能转化为机械能17. 热电厂中，能量的转化情况是（ ）A. 煤的化学能蒸汽的化学能机器的机械能电能B. 煤的化学能蒸汽的内能机器的机械能电能C. 煤的化学能蒸汽的机械能机器的机械能电能D. 煤的化学能蒸汽的内能机器的内能电能三、问答题18. 分析热机中燃料燃烧释放能量的去向，说明提高热机效率的方法。19. 有人说：“利用水库的水发电，再利用这些电又把水抽回水库，那么发电机和抽水机就会永远不停的运转下去。”你认为这可能吗？为什么？ 20. 阅读下列材料： 材料一：美国科学美国人杂志在1971年7月刊登“地球的能量资源”一文提供了如下数据：到达地球表面太阳辐射能的几条主要去路直接反射以热能的方式离开地球水循环大气流动光合作用 kJ/s kJ/s kJ/s kJ/s kJ/s 地球获得太阳能包括水循环和光合作用两个方面。开发太阳能具有广阔的前景。 材料二：经常洗澡保持良好的卫生习惯是一种文明行为。目前，家用电热淋浴器分为储水式和无水箱式两种。储水式淋浴器要用较长的时间将水箱中的水加热，待水箱中的水达到要求后用水箱中的热水淋浴，无水箱式淋浴器则使冷水流过电热器就达到要求的温度从而立即从喷头流出供淋浴，已知冷水的温度为16