九年级物理全册 第十八章能源与可持续发展课件 （新版）苏科版

第十八章能源与可持续发展,可再生,太阳能,不可再生,煤,常规,化石能源,新,核能,清洁,太阳能,非清洁,煤,1.核能:(1)定义:_的结构发生变化时,所释放出的巨大能量。(2)获取途径:_和_。(3)核裂变和链式反应。裂变:质量_的原子核分裂成两个或两个以上_质量的原子核的过程。链式反应:原子核发生裂变时,裂变不断_的现象,_是利用核裂变的链式反应不加控制的原理制成的。(4)核聚变:_的原子核结合成_原子核并释放能量的过程,也叫热核反应,由这个原理制成了_。(5)核电站：利用_提供的能量发电。,原子核,重核裂变,轻核聚变,较大,中等,自行继续,原子弹,较轻,较重,氢弹,核反应堆,2.太阳能:(1)特点。无比巨大;供应时间_;分布_,获取方便;安全、清洁、_。(2)利用。直接利用:太阳能_、太阳能电池、_。间接利用:_能源。,长久,广阔,无污染,热水器,绿色植物,化石,1.能量转化的基本规律:(1)能量的转化和守恒定律:能量既不会凭空_,也不会凭空_。它只会从一种形式_为其他形式,或者从一个物体_到其他物体,而在转化或转移的过程中,其总量_。(2)能量转化与转移过程有一定的_。,产生,消失,转化,转移,保持不变,方向性,2.能源与可持续发展:(1)能量转化效率公式:效率=_。(2)热机的效率。定义:对于热机来说,转化为_与_之比。提高热机效率的主要途径:减少热机工作过程中_。,有用功的能量,燃料完全燃烧,后所释放出的能量,各种能量的,损失,(1)核电站是利用原子核发生(选填“裂变”或“聚变”)释放能量来发电的。(2)核电站所用的核燃料属于(选填“可再生”或“不可再生”)能源,核反应堆是将能转化为内能的装置。(3)发电机工作过程中,能转化为能。参考答案:(1)裂变(2)不可再生核(3)机械电,1.应用核电站(核反应堆):(1)原理:(2)能流图:,2.特点:(1)消耗的燃料少、废渣少;(2)成本低,在一些发达国家核能已成为常规能源,我国的核电事业发展也很快;(3)特别适合缺少煤、石油和水力资源的地方;(4)需防止放射性物质的泄漏,避免放射性污染,确保安全;(5)核电站使用过的核燃料核废料,由于具有放射性,一般深埋在人烟稀少的地方。,【拓展延伸】当今的核武器原子弹是第一代核武器,“原子弹”是利用核裂变原理由中子轰击铀235或钚239,使其原子核裂开产生巨大能量,包括冲击波、瞬间核辐射、电磁脉冲干扰、核污染、光辐射等杀伤作用。,“氢弹”是第二代核武器,是利用原子弹爆炸的能量点燃氢的同位素氘、氚等轻原子核的聚变反应瞬时释放出巨大能量的核武器。氚和氘聚变产生比原子弹更加巨大的能量,对于相同质量的核燃料,氢弹的聚变反应放出的能量是铀核裂变反应放出能量的4倍以上;而且氢弹爆炸实际上是两颗核弹爆炸(原子弹和氢弹),所以说氢弹的威力比原子弹更大。当然,不能用大当量的原子弹与小当量的氢弹来比较了。第三代核武器是中子弹,以氘和氚聚变原理制作,以高能中子为主要杀伤力的核弹。,第四代核武器是核定向能武器,正在研制中,因为这些核弹不产生剩余核辐射,因此可作为“常规武器”使用,主要种类有:反物质弹、粒子束武器、激光引爆核炸弹、干净的聚变弹、同质异能素武器等。第四代的另一特点是突出某一种效果,如突出电磁效应的电磁脉冲弹,使通讯信号混乱。它可以使高能激光束、粒子束、电磁脉冲等离子体定向发射,有选择地攻击目标。能量更集中,有可控制的特殊杀伤破坏作用。,【典例1】(2013梅州中考)下列说法正确的是()a.核能是指原子核发生变化时所释放的能量b.煤炭、石油、天然气、太阳能都是不可再生能源c.原子弹和氢弹都利用了核裂变d.目前正在运行的核电站获得核能的途径是核聚变,【思路导引】解答本题的关键点:(1)核能的理解;(2)裂变与聚变的区别;(3)原子弹、核电站的原理。,【精讲精析】选a。本题考查核能及利用。原子核十分牢固,一旦使原子核分裂或聚合,就可以释放出惊人的能量,这就是核能,故a正确;煤炭、石油、天然气是化石能源,不可再生,而太阳能及水能、风能、生物质能等可以在自然界里源源不断地得到,所以它们属于可再生能源,故b错误;原子弹是利用核裂变,氢弹是利用核聚变,故c错误;核聚变会释放出更大的能量,目前的科技水平很难控制核聚变的能量,所以核电站的核反应堆利用的是可控核裂变,故d错误。,【失误档案】核能是原子核发生变化时释放的能量,不是原子核具有的内能,也不是物质发生化学反应的化学能。,【变式训练】(2011岳阳中考)2011年3月11日,日本地震导致福岛核电站发生爆炸,引起人们极度恐慌,向全球敲响安全利用核能的警钟。核电站的核反应堆中发生的是核(选填“聚变”或“裂变”),此次核电站爆炸引起人们恐慌的原因是(写出一点即可)。,【解析】本题考查核裂变和核聚变的问题。核能的利用有裂变和聚变两种方式,裂变分:可控核裂变,如核电站的核反应堆的核裂变;不可控核裂变,如原子弹爆炸时的裂变。聚变是不能控制的。由于核电站爆炸后会发生核泄漏,发生核辐射,故引起人们的恐慌。答案:裂变发生核辐射,2011年3月11日,日本发生了里氏9.0级特大地震,福岛第一核电站机组相继发生爆炸,原因是冷却系统故障。即使停堆,反应堆的温度也会快速升高,进而发展到燃料熔化等事故发生。如图是正常状态核电站的示意图。(1)从反应堆到发电机,能量的转化过程是:核燃料的能水的能汽轮机的机械能发电机的能。(2)用水作循环冷却剂,原因是水的较大。,【解析】本题考查核能利用中的能量转换。(1)反应堆释放出的是核能,在反应堆中转化为水的内能;水受热变成高温高压的蒸汽冲出涡轮,转化为机械能,从而带动发电机发电,输出电能。(2)水的比热容较大,相同质量的水和其他物质作冷却剂,水能带走更多的热量。答案:(1)核内电(2)比热容,1.分析某过程中能量转化的步骤:(1)明确研究的对象和所要研究的过程。(2)物体在起始位置所具有的能量的形式。(3)物体在最终位置所具有的能量的形式。(4)物体在运动中是否有内能或其他不易察觉的能量产生和转化。,2.理解能量守恒定律应注意以下五点:(1)每一种运动形式都可以用一种形式的能来量度,任何能量转化都遵循能量守恒定律。(2)各种运动形式可以在一定条件下互相转化,而运动形式的转化过程中必然伴随着能量的转化和守恒。(3)能量也能够以同种形式从一个物体转移到另一个物体。,(4)在能量守恒中,“转化”和“转移”是有区别的,转化是一种能转变为另一种能,而转移则是能量从一个物体转移到另一个物体上,或从物体的一部分转移到另一部分。(5)能量的转化和转移是有方向性的。例如,永动机不可能制成,是因为机械在运动过程中,不可避免地存在摩擦,将机械能转化为热,向四周扩散,称为“无用的能量”,所以任何运动着的机械需要不断补充能量。,【典例2】(2012济南中考)如图所示的国产“和谐号”动车进站前的减速过程分两个阶段进行:第一阶段采用“再生刹车”技术,这期间关闭动车,列车依靠惯性前行并带动发电机发电,速度从250km/h减至90km/h;第二阶段采用传统的“机械刹车”,速度从90km/h不断减小直至停下来。国产“和谐号”动车在进站前减速的整个过程中,发生的能量转化情况主要是(),a.第一阶段:动能转化为电能;第二阶段:动能转化为内能b.第一阶段:电能转化为动能;第二阶段:动能转化为内能c.第一阶段:动能转化为电能;第二阶段:内能转化为动能d.第一阶段:电能转化为动能;第二阶段:内能转化为动能,【思路导引】解答本题注意以下两个阶段:,【精讲精析】选a。本题考查动能、电能和内能之间的转化。当“和谐号”关闭发动机后,列车依靠惯性向前运动并带动发电机发电时,是将动能转化为电能,所以b、d选项均错。当采用传统的“机械刹车”时,是将动能转化为内能,所以a选项正确,c选项错误。,【失误档案】(1)在动能和势能的相互转化过程中,忽略“克服摩擦做功、机械能转化为内能”,错误地认为机械能守恒;(2)不理解能量转化的方向性,误认为永动机可以制成。,【变式训练】(2013丽水中考)下列有关能量转化和守恒的说法正确的是()a.用电器通电工作时,将其他形式的能转化为电能b.氢氧化钠与盐酸反应是放热反应,该反应将内能转化为化学能c.植物光合作用合成有机物,说明能量可以创生d.“既要马儿跑,又要马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律,【解析】选d。本题考查的是能量的转化与守恒。用电器通电工作时,将电能转化为其他形式的能,a错;b是将化学能转化为内能;植物光合作用是利用光能,并没有能量创生,c错;“既要马儿跑,又要马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律,故d正确。,【拓展延伸】氢能氢能是通过氢气和氧气反应所产生的能量。氢在地球上主要以化合态的形式出现,是宇宙中分布最广泛的物质,它构成了宇宙质量的75%。由于氢气必须从水、化石燃料等含氢物质中制得,因此是二次能源。工业上生产氢的方式很多,常见的有水电解制氢、煤炭气化制氢、重油及天然气水蒸气催化转化制氢等。氢能主要具有以下优点:燃烧热值高,每千克氢燃烧后的热量,约为汽油的3倍,酒精的3.9倍,焦炭的4.5倍。燃烧的产物是水,是世界上最干净的能源。资源丰富,氢气可以由水制取,而水是地球上最为丰富的资源。目前,氢能技术在美国、日本、欧盟等国家和地区已进入系统实施阶段。,【典例1】某市的能量资源正在逐步得到应用。下列能源中属于不可再生能源的是()a.太阳能b.潮汐能c.天然气d.风能【思路导引】判断关键是分析能否在短期内得到补充。,【精讲精析】选c。本题考查能源的分类。使用之后可以在短时间内从自然界中再次产生的能源是可再生能源,使用之后短时间内无法在自然界中再次产生的能源是不可再生能源。因此,煤、石油、天然气等化石能源和核能是不可再生能源。太阳能、水能、风能、潮汐能等是可再生能源,故选c。,【方法归纳】能源的种类辨析(1)辨别一次能源与二次能源:一次能源是从自然界中直接获得的天然能源;二次能源不能从自然界中直接获得,必须经过一次能源的消耗才能够得到。(2)可再生能源与不可再生能源都是相对一次能源而言的,只有自然界中现存的、可直接取用的能源才属于这一范畴。,【变式训练】(2012黄冈中考)我国南海海底蕴藏着大量的“可燃冰”,它是天然气和水在低温高压下形成的固态物质,因外形晶莹剔透,酷似冰块却能燃烧而得名,是一种燃烧值高、清洁无污染的新型能源。下列说法正确的是()a.可燃冰是可再生能源b.可燃冰的能量来自亿年前的太阳能c.可燃冰是核聚变反应生成的d.可燃冰燃烧时核能转化为内能,【解析】选b。本题考查结合材料分析能源的能力。“可燃冰”是天然气和水在低温高压下形成的固态物质,而天然气是古代动物或植物的遗体由于地质变迁发生沉淀,经过漫长的年代以后形成的化石能源,所以“可燃冰”是不可再生能源;由于古代植物是通过光合作用形成的,所以“可燃冰”的能量来自于亿年前的太阳能;“可燃冰”是天然气和水在低温高压下形成的固态物质,是通过物理变化生成的,与核聚变反应无关;“可燃冰”燃烧时化学能转化为内能。故选b。,1.能源宝库:太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源。生物质能、风能、化学能、海洋能、水能等都来自太阳能。广义来说,太阳能包含以上各种可再生能源。,2.优点:(1)普遍:处处皆有,可直接开发和利用。(2)无害:开发利用太阳能不会污染环境,它是最清洁的能源之一。(3)巨大:现今世界上可以开发的最大能源。(4)长久:太阳的能量是用之不竭的。3.利用方式:(1)直接转化为内能。(2)用太阳能电池把太阳能转化为电能。,【典例2】(2012烟台中考)太阳能清洁无污染,是人类能源的宝库。太阳能属于(选填“一次”或“二次”)能源。太阳能是在太阳内部氢原子核发生释放出的能。,【思路导引】解答本题的关键点:(1)太阳能的来源是核聚变;(2)太阳能是直接从自然界获得的能源。,【精讲精析】本题考查能源的分类及太阳能的产生。太阳能可以直接从自然界中获取,不是通过人类加工获得,属于一次能源。太阳能是太阳内部原子核发生聚变释放的能量。答案:一次聚变,【方法归纳】(1)在利用太阳能加热时,一般将物体涂成黑色,黑色物体吸热能力强。(2)太阳灶(或太阳能热水器)、太阳能电池的转化效率为:,【变式训练】充分利用太阳能,符合节能减排的理念。太阳能热水器(如图所示)已走进了千家万户,小明家的太阳能热水器接收太阳能的总有效面积为2m2,热水器每平方米的面积上1h得到的太阳辐射能平均为2.52106j,热水器仅能把接收的太阳能的50%转化为水的内能,若光照3h可以使热水器内初温为20、质量为100kg的水温度升高多少摄氏度?已知水的比热容是4.2103j/(kg),【解析】本题考查太阳能利用中的能量转化计算。太阳能热水器3h接收的热量:q1=2.5210623j=1.512107j,100kg的水吸收的热量:q2=50%q1=50%1.512107j=7.56106j,100kg的水升高的温度:t=18答案:18,1.在倡导“节能环保”“低碳生活”的今天,人类应特别重视下列哪种能源的利用()a.太阳能b.煤炭c.石油d.天然气【解析】选a。本题考查新能源的相关知识。b、c、d三项中都是化石燃料,属于不可再生能源,且在利用时都有有害气体排出,污染大气,而太阳能清洁环保、节能,是当前需大力开发和利用的新型能源,故选a。,2.下列图中,以消耗不可再生能源来获取电能的设备是(),【解析】选d。本题考查电能获取的方法。a项利用太阳能,b项利用风能,c项利用水能,d项利用核能。水能、风能、太阳能是可以在自然界中源源不断地得到的能源,属于可再生能源,而核能是不可能在短期内从自然界得到补充的能源,属于不可再生能源,故选d。,3.福州江滨大道缤纷园入口处安装了两盏“风光互补”景观节能灯,如图所示,它“头顶”小风扇,“肩扛”太阳能电池板。关于节能灯的设计解释合理的是()a.太阳能电池板是将太阳能转化为电能b.小风扇是用来给太阳能电池板散热的c.小风扇是风力发电机,将电能转化为机械能d.蓄电池在夜晚放电时,将电能转化为化学能,【解析】选a。本题考查能量的转化。太阳能电池板工作时将太阳能转化为电能,a项正确;小风扇是风力发电机,工作时将机械能转化为电能,b、c项错;蓄电池放电时,将化学能转化为电能,d项错。,4.太阳是巨大的“核能火炉”,是人类能源的宝库。(1)核能在一些发达国家已成为常规能源,它是(选填“可再生”或“不可再生”)能源。(2)上海世博会主题馆表面铺设太阳能电池板,采用并网发电方式将电能传回城市电网。请写出一条使用太阳能的优点:_。,【解析】本题考查核能的能源分类及太阳能的优点。(1)核能属于不可再生能源;(2)太阳能的优点很多,如节能、环保、来源广泛、取之不尽、用之不竭等。答案:(1)不可再生(2)环保(或节省化石能源),5.芜湖核电项目已定址繁昌县荻港镇徐圩村芭茅山。核电站所用的核燃料属于(选填“可再生”或“不可再生”)能源,在反应堆中,核燃料发生释放出大量的核能,最后发电机利用原理产生电。芜湖核电项目建成后,四台机组年发电总量约为31010kwh,这些电能相当于完全燃烧kg的烟煤释放出的热量(烟煤的热值为3107j/kg)。,【解析】本题考查核能的利用。核电站的核心是核反应堆,它以铀为核燃料,反应堆中放出的核能转化为高温蒸汽的内能,内能转化成汽轮机的机械能,带动发电机利用电磁感应原理转化为电能,q=w=31010kwh=1.081017j,相当于完全燃烧m=3.6109kg烟煤释放出的热量。答案:不可再生核裂变电磁感应3.6109,6.如图所示是上海世博会中国馆展出的名为“叶子”的小型低碳化未来汽车。车顶部的巨型叶子实际上是一个高效光电转换器,它可将能转化为电能;车轮的轮毂其实是四个风力发电机,可以把捕捉到的风能转化为能,充入自身电池储藏起来。同时,它还能将光电转换中排放的高浓度二氧化碳转化为电能并供车内照明,或转化为车内的空调制冷剂,不但是“零排放”,还实现了“负排放”。与传统汽车相比,“叶子车”的优点是。(写出一点即可),【解析】本题考查能量的转化及环保的相关知识。光电转换器可以把光能转化为电能;风力发电机可以把风能转化为电能;小型低碳化未来汽车在使用时把排放的高浓度二氧化碳转化利用,实现二氧化碳“零排放”“负排放”,既节约了能源,又保护了环境(降低了温室效应)。答案:光(或太阳)电节能环保(或降低温室效应等)(答案合理即可),7.能量的转化具有方向性。例如,电能可以使电灯发光,同时产生的内能散失在空气中,但这些内能却无法自动转化为电能。汽车制动过程中,动能转化为地面、轮胎、空气的内能,这些内能(选填“可以”或“不可以”)自动地转化为机械能用来开动汽车。以上能量在转化过程中,能的总量(选填“增大”“减少”或“不变”)。,【解析】本题考查能量转化的特点。能量的转化是具有方向性的,故电灯发光、汽车制动过程中产生的内能散失在空气中,不可以自动转化为电能或机械能,如内能是从高温物体向低温物体转移的;植物生长的过程中,总是按照生根、开花、结果这样的方向进行的,而不可能相反。根据能量守恒定律可知:能量既不会创生,也不会消灭,它只能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,在转化或转移的过程中,能量的总量不变。答案:不可以不变,1.(2013烟台中考)下列能源中,属于可再生能源的是()a.风能b.核能c.石油d.天然气【解析】选a。本题考查能源的分类。石油、天然气是化石能源,在短时间内很难恢复,属于不可再生能源;核能也属于不可再生能源。故选a。,【方法技巧】能源的分类是按照不同角度划分的。同一种能源可能归属于不同的能源类别,在分析时关键是弄清题目是从哪个角度进行考查的。,2.(2012武汉中考)核电站利用核能发电,它的核心设备是核反应堆。下列说法错误的是()a.目前核电站都是通过聚变反应来利用核能b.核反应堆中发生的链式反应是可以控制的c.原子核分裂或聚合时释放出核能d.核能是一种不可再生能源,【解析】选a。本题考查核能的利用。核电站主要利用核裂变的可控链式反应来发电,a说法错;核电站的核反应堆是利用可控的核裂变反应释放核能的设备,b说法对;核能是指核裂变或核聚变时释放出的能量,c说法对;核能会越用越少,不可能在短期内从自然界得到补充,所以它们属于不可再生能源,d说法对。,【易错警示】核能是使原子核分裂或重新聚合时所放出的巨大的能量,它与内能是完全不同的两个概念,其属性没有可比性,即核能的大小与内能的大小没有任何关系。,3.(2011崇左中考)为缓解电力紧张的状况,我国多措并举:合理调煤保电、优化利用水能资源、开发利用新能源,近年来陆续建成了一些核电站。如图为核电站发电流程图,在核电站发电过程中,关于核能的获取途径与能量转化顺序,下列说法中正确的是()核反应堆汽轮机发电机电a.聚变;核能内能化学能电能b.聚变;核能内能机械能电能c.裂变;核能内能机械能电能d.裂变;核能内能化学能电能,【解析】选c。本题考查核能的获取途径及能量转化顺序。无论核裂变还是核聚变释放的能量都是核能,利用核能加热,生成高温、高压的水蒸气,带动汽轮机转动,汽轮机带动发电机发电,实现能量的依次转化,选项c正确。,4.(2011盐城中考)太阳中蕴藏无比巨大的能量,下列说法正确的是()a.太阳能是不可再生能源b.太阳能的应用会严重污染环境c.太阳能的应用具有广阔前景d.太阳能不能转化成电能,【解析】选c。本题考查太阳能的特点及利用。太阳能是一种既无污染,又取之不尽的能源,它既是可再生能源,又是新能源。它直接或间接向人类提供能量。人类直接利用太阳能的主要途径有:太阳能直接转化为内能,如太阳灶、太阳能热水器等;太阳能直接转化为电能,如太阳能电池;太阳能直接转化为化学能,如植物的光合作用。,5.(2013镇江中考)下列说法正确的是()a.江苏田湾核电站是利用核裂变方式来发电的b.天然气是可再生能源c.太阳能热水器中的水是通过做功来改变内能的d.“永动机”是可以制造出来的,【解析】选a。本题考查能量和能源的利用。获得核能的方式有核裂变和核聚变两种,核聚变基本是不可控的,目前核电站都是利用核裂变方式来发电的,a正确;天然气是不可再生能源,b错误;太阳能热水器中的水是通过热传递方式来改变内能的,c错误;“永动机”违反了能量守恒定律,是不可能制造出来的,d错误。,【易错警示】(1)能源是一种物质,是一种可以提供某种形式能量的物质。(2)能源和能量是两个不同的物理量。能源是为人类提供能量的物质资源,而能量则是物体做功本领的一个量度。,6.(2012南京中考)关于能量和能源的利用,以下说法正确的是()a.核电站是利用化学能来发电的b.水能、风能和化石能源均是可再生能源c.太阳能电池是把太阳能转化为内能的装置d.电能可以使电灯发光,同时产生内能,而这些内能无法自动地转化为电能,【解析】选d。本题考查了能源的分类及能的转化。核电站是利用核能发电的;化石能源短时间内不能再生,属于不可再生能源;太阳能电池是把太阳能转化为电能;由于能量的转化具有方向性,故电能转化为内能,而内能无法自动地转化为电能,只能通过转化为其他形式的能再转化为电能。,7.(2012徐州中考)在太阳能、风能、水