第二十章能源、材料与社会

1、第二十章能源、材料与社会一、能量的转化与守恒一、能量的转化与守恒1.1.能量的种类：根据不同的能量的种类：根据不同的展现形式和特点，可分为机械能、电能、展现形式和特点，可分为机械能、电能、内能、化学能、核能等。内能、化学能、核能等。(1)(1)化学能：由于化学能：由于_而产生的能量。而产生的能量。(2)(2)核能：由于核反应，物质的核能：由于核反应，物质的_发生变化而释放的能量。发生变化而释放的能量。化学反应化学反应原子核结构原子核结构2.2.能量的转移和转化：能量的转移和转化：(1)(1)地球上的能量：主要来源于地球上的能量：主要来源于_，它的内部每时每刻都发生着，它的内部每时每刻都发生着_

2、，释放出巨大的能量。，释放出巨大的能量。(2)(2)能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式式_为另一种形式，或者从一个物体为另一种形式，或者从一个物体_到另一个物体，而能到另一个物体，而能的总量的总量_。(3)(3)能量的转移与转化具有能量的转移与转化具有_性。性。太阳太阳核反应核反应转化转化转移转移保持不变保持不变方向方向二、能源的开发和二、能源的开发和利用利用1.1.能源的分类：能源的分类：(1)(1)可再生能源：可以长期可再生能源：可以长期_或可以或可以_的能源，如的能源，如_、_、_。(2)(2)不可再生能源：

3、一旦消耗就不可再生能源：一旦消耗就_的能源，如的能源，如_、_、_和铀矿等化石或矿物能源。和铀矿等化石或矿物能源。提供提供再生再生太阳能太阳能风能风能水能水能很难再生很难再生煤煤石油石油天然气天然气2.2.新能源：新能源：(1)(1)太阳能。太阳能。特点：是一种既特点：是一种既_、又、又_的能源。的能源。两种利用方式：一是光转化为两种利用方式：一是光转化为_，二是光转化为，二是光转化为_。相对清洁相对清洁取之不尽取之不尽电电热热(2)(2)核能：有两种利用方式。核能：有两种利用方式。核裂变：核裂变：_的原子核裂变为的原子核裂变为_的原子核的一种核反应，的原子核的一种核反应，可应用于制造可应用于

4、制造_和建设和建设_；核聚变：核聚变：_的原子核结合成为的原子核结合成为_的原子核的一种核反应，的原子核的一种核反应，可应用于制造可应用于制造_。(3)(3)其他新能源：其他新能源：_、_、_等，都能用于发电。等，都能用于发电。较重较重较轻较轻原子弹原子弹核电站核电站较轻较轻较重较重氢弹氢弹地热能地热能潮汐能潮汐能风能风能三、材料的开发和利用三、材料的开发和利用1.1.材料的导电性：材料的导电性：(1)(1)分类及应用。分类及应用。分类分类导体导体绝缘体绝缘体半导体半导体特点特点_导电导电_导电导电导电性能介于导电性能介于_与与_之间之间实例实例_应用应用制成导线制成导线隔离带电物体隔离带电物

5、体制成二极管、三极管和集制成二极管、三极管和集成电路成电路容易容易不易不易导体导体绝缘体绝缘体各种金属材料各种金属材料玻璃、橡胶玻璃、橡胶硅、锗、砷化镓硅、锗、砷化镓(2)(2)半导体元件的独特功能。半导体元件的独特功能。二极管：具有二极管：具有_性。性。三极管：可以用来三极管：可以用来_电信号。电信号。单向导电单向导电放大放大2.2.开发新材料：开发新材料：(1)(1)超导材料。超导材料。超导现象：超导现象是指在温度降低到一定程度，某些材料电阻超导现象：超导现象是指在温度降低到一定程度，某些材料电阻变为零的现象；能发生超导现象的材料为变为零的现象；能发生超导现象的材料为_材料。材料。应用。应

6、用。a.a.实现远距离大功率输电，不存在实现远距离大功率输电，不存在_。b.b.超导磁浮现象可实现交通工具超导磁浮现象可实现交通工具_运行，大大提高交通工具运行，大大提高交通工具的运行速度。的运行速度。超导超导电能的损耗电能的损耗无摩擦无摩擦(2)(2)纳米材料。纳米材料。定义：合成材料的定义：合成材料的基本单元大小限制在基本单元大小限制在_范围的材料。范围的材料。优点：可以提高材料的优点：可以提高材料的_，降低，降低_，提高材料，提高材料的的_等。等。1 1100 nm100 nm强度和硬度强度和硬度烧结温度烧结温度磁性磁性【读【读练】练】1.1.【填一填】【填一填】能量的转化能量的转化(1

7、)(1)小球在小球在A A、B B两点之间两点之间来回摆动过程中，来回摆动过程中，_能与能与_能相互能相互转化；在转化；在_点重力势能最大，在点重力势能最大，在_点动能最大。点动能最大。(2)(2)小球在来回摆动过程中，机械能不断减小，是因为小球小球在来回摆动过程中，机械能不断减小，是因为小球_，机械能转化为，机械能转化为_，但能的总量，但能的总量_。重力势重力势动动A A、B BO O克服空克服空气摩擦做功气摩擦做功内能内能守恒守恒2.2.【填一填】【填一填】太阳能的利用太阳能的利用(1)(1)太阳能是太阳能是_能源。能源。(2)(2)太阳能热水器将太阳能热水器将_能转换为水的能转换为水的_

8、能。能。(3)(3)太阳能的优点是太阳能的优点是_等。等。(4)(4)其他利用太阳能的方式：太阳能电池将太阳能转换为其他利用太阳能的方式：太阳能电池将太阳能转换为_能；能；在植物的光合作用中，太阳能转化为在植物的光合作用中，太阳能转化为_能。能。可再生可再生太阳太阳内内清洁、来源广、使用方便清洁、来源广、使用方便电电化学化学3.3.【填一填】【填一填】核反应核反应(1)(1)图示的图示的核反应是核反应是_，它是核电站获得能量的途径；这种核，它是核电站获得能量的途径；这种核反应的链式反应速度是反应的链式反应速度是_(_(选填选填“可以可以”或或“不可以不可以”) )控制的。控制的。(2)(2)核

9、燃料核燃料( (铀矿铀矿) )属于属于_能源。能源。(3)(3)在核电站，核反应释放的能量最终通过发电机转化为在核电站，核反应释放的能量最终通过发电机转化为_。核裂变核裂变可以可以不可再生不可再生电能电能4.4.【填一填】【填一填】材料的导电性材料的导电性如图所示的电缆，内部如图所示的电缆，内部的导线可以传导的导线可以传导_，外部的材料是，外部的材料是_，保证安全。，保证安全。电流电流绝缘体绝缘体考点考点1 1：能量的转化与守恒：能量的转化与守恒1.1.分析某过程中能量转化的步骤：分析某过程中能量转化的步骤：(1)(1)明确研究的对象和所要研究的过程。明确研究的对象和所要研究的过程。(2)(2

10、)物体在起始、最终位置所具有的能量的形式。物体在起始、最终位置所具有的能量的形式。(3)(3)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。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。2.2.理解能量守恒定律应注意以下五点：理解能量守恒定律应注意以下五点：(1)(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。遵循能量守恒定律。(2)(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。程中必然伴

11、随着能量的转化和守恒。(3)(3)能量也能够以同种形式从一个物体转移到另一个物体。能量也能够以同种形式从一个物体转移到另一个物体。(4)(4)在能量守恒中，在能量守恒中，“转化转化”和和“转移转移”是有区别的，转化是一种能是有区别的，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，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。或从物体的一部分转移到另一部分。(5)(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

12、械能转化为热，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，称为向四周扩散，称为“无用的能量无用的能量”，所以任何运动着的机械需要不断，所以任何运动着的机械需要不断补充能量。补充能量。【示范题【示范题1 1】(2014(2014嘉兴中考嘉兴中考) )各种形式的能量都不是孤立的，它们各种形式的能量都不是孤立的，它们可以在一定条件下发生转化，且能量的转化是有方向的。下面几幅图可以在一定条件下发生转化，且能量的转化是有方向的。下面几幅图按能量转化的顺序，排列正确的是按能量转化的顺序，排列正确的是( () )A.A.B.B.C.C.D.D.【解题探究】【解题探究】解答本题时思

13、考以下问题：解答本题时思考以下问题：(1)(1)树林具有什么能量？是怎样获得的？树林具有什么能量？是怎样获得的？(2)(2)煤炭是怎样形成的？燃煤电厂的能量转化是怎样的？煤炭是怎样形成的？燃煤电厂的能量转化是怎样的？(3)(3)空调工作时发生的能量转化是什么？空调工作时发生的能量转化是什么？提示：提示：(1)(1)化学能化学能( (或生物质能或生物质能) )，通过光合作用获得。，通过光合作用获得。(2)(2)是古代植物埋藏在地下经过复杂的变化逐渐形成的。是古代植物埋藏在地下经过复杂的变化逐渐形成的。煤炭的化学能煤炭的化学能内能内能机械能机械能电能。电能。(3)(3)电能转化为机械能。电能转化为

14、机械能。【解析】【解析】选选C C。本题考查能量的转化。太阳是人类能源的宝库，绿色。本题考查能量的转化。太阳是人类能源的宝库，绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能储存起来；古代的绿色植物植物通过光合作用将太阳能转化为化学能储存起来；古代的绿色植物经过漫长的地质年代转变形成煤炭；在燃煤电厂，煤炭燃烧，化学能经过漫长的地质年代转变形成煤炭；在燃煤电厂，煤炭燃烧，化学能转化为内能，内能通过蒸汽轮机转化为机械能，发电机再将机械能转转化为内能，内能通过蒸汽轮机转化为机械能，发电机再将机械能转化为电能；空调工作时电能转化为机械能。上述能量转化过程是不可化为电能；空调工作时电能转化为机械能。上述能量转化

15、过程是不可逆的，顺序应为太阳逆的，顺序应为太阳树林树林燃煤电厂燃煤电厂空调，故选空调，故选C C。【示范题【示范题2 2】(2015(2015郴州中考郴州中考) )如图所示是一种新型节能路灯。它如图所示是一种新型节能路灯。它“头顶头顶”小风扇，小风扇，“肩扛肩扛”太阳能电池板。关于节能灯的设计解释合太阳能电池板。关于节能灯的设计解释合理的是理的是( () )A.A.太阳能电池板将太阳能转化为电能太阳能电池板将太阳能转化为电能B.B.小风扇是用来给太阳能电池板散热的小风扇是用来给太阳能电池板散热的C.C.小风扇是风力发电机，将电能转化为机械能小风扇是风力发电机，将电能转化为机械能D.D.蓄电池在

16、夜晚放电时，将电能转化为化学能蓄电池在夜晚放电时，将电能转化为化学能【解析】【解析】选选A A。本题考查能量的转化。太阳能电池板把太阳能转化为。本题考查能量的转化。太阳能电池板把太阳能转化为电能，故选项电能，故选项A A说法正确；小风扇是风力发电机，工作时将风能转化说法正确；小风扇是风力发电机，工作时将风能转化为电能，故选项为电能，故选项B B、C C错误；蓄电池放电时，将化学能转化为电能，给错误；蓄电池放电时，将化学能转化为电能，给灯泡供电，故选项灯泡供电，故选项D D错误。错误。【示范题【示范题3 3】(2015(2015宜昌中考宜昌中考) )我国正大力开发核能发电，核电站利我国正大力开发

17、核能发电，核电站利用核反应堆加热水，将核能转化为水蒸气的用核反应堆加热水，将核能转化为水蒸气的能，再通过蒸能，再通过蒸汽轮机转化为汽轮机转化为能，带动发电机转动，转化为电能。能，带动发电机转动，转化为电能。【解析】【解析】本题考查核电站中能量的转化。核电站的发电过程中，首先本题考查核电站中能量的转化。核电站的发电过程中，首先核反应将核能转化为内能，接着高温高压的水蒸气推动蒸汽轮机转动，核反应将核能转化为内能，接着高温高压的水蒸气推动蒸汽轮机转动，将内能转化为机械能，最后蒸汽轮机带动发电机发电，将机械能转化将内能转化为机械能，最后蒸汽轮机带动发电机发电，将机械能转化为电能。为电能。答案：答案：内

18、机械内机械考点考点2 2：能源及其分类：能源及其分类分类标准分类标准类型类型区分标准区分标准实例实例是否可是否可再生再生可再生可再生能源能源消耗后能消耗后能否短期否短期内获得内获得水能、风能、太阳能、水能、风能、太阳能、生物质能等生物质能等不可再不可再生能源生能源化石能源、核能等化石能源、核能等开发先开发先后顺序后顺序常规能源常规能源是否新是否新开发开发煤、石油等煤、石油等新能源新能源太阳能、地热能、核能等太阳能、地热能、核能等产生方式产生方式一次能源一次能源是否可以是否可以直接获得直接获得化石能源、地热能、化石能源、地热能、核能、生物质能核能、生物质能二次能源二次能源电能、酒精等电能、酒精等

19、【提分技法】【提分技法】(1)(1)区别一次能源和二次能源的关键是看能源是直接从区别一次能源和二次能源的关键是看能源是直接从自然界中获得还是经过加工转换而来；可再生能源和不可再生能源是自然界中获得还是经过加工转换而来；可再生能源和不可再生能源是相对于一次能源而言，对于二次能源不能说是可再生能源或者不可再相对于一次能源而言，对于二次能源不能说是可再生能源或者不可再生能源。生能源。(2)(2)能量守恒，但能源不守恒，有些能源越用越少，甚至会消失，所能量守恒，但能源不守恒，有些能源越用越少，甚至会消失，所以要节约能源。以要节约能源。【知识拓展】【知识拓展】氢能氢能氢能是通过氢气和氧气反应所产生的能量

20、。氢在地球上主要以化合态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%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。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：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

21、油的燃烧热值高，每千克氢燃烧后的热量，约为汽油的3 3倍，酒精的倍，酒精的3.93.9倍，倍，焦炭的焦炭的4.54.5倍。燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源。资源丰富，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。在美国、日本、欧盟等国家和地区已进入系统实施阶段。【示范题【示范题4 4】(2014(2014淮安中考淮安中考) )给出的四组能源中，均为可再生能源给出的四组能源中，均为可再生能源的是的是( () )A.A.

22、太阳能、水能、风能太阳能、水能、风能B.B.天然气、石油、氢能天然气、石油、氢能C.C.地热能、核能、煤炭地热能、核能、煤炭D.D.潮汐能、核能、石油潮汐能、核能、石油【解题关键】【解题关键】解答本题时，要逐一分析各选项中的能源是否可再生。解答本题时，要逐一分析各选项中的能源是否可再生。能源是否可再生的特性如表所示：能源是否可再生的特性如表所示：特性特性能源名称能源名称可再生可再生能源能源太阳能、水能、风能、太阳能、水能、风能、地热能、潮汐能地热能、潮汐能不可再不可再生能源生能源煤炭、天然气、石油、煤炭、天然气、石油、核能核能【解析】【解析】选选A A。本题考查能源的分类。煤炭、天然气、石油、

23、核能是。本题考查能源的分类。煤炭、天然气、石油、核能是不可再生能源，氢能作为一种新能源，是二次能源，不能谈是否可再不可再生能源，氢能作为一种新能源，是二次能源，不能谈是否可再生。故应选生。故应选A A。【示范题【示范题5 5】(2015(2015乌鲁木齐中考乌鲁木齐中考) )核潜艇是国家的战略重器，是维核潜艇是国家的战略重器，是维护国家安全的基石之一。核能是护国家安全的基石之一。核能是( (选填选填“可可”或或“不可不可”) )再生能源，核潜艇中的核反应堆发生的链式反应是再生能源，核潜艇中的核反应堆发生的链式反应是( (选填选填“可以可以”或或“不可以不可以”) )控制的。目前人类大力发展核能、太阳能