苏科版物理九年级下册第十八章 能源与可持续发展（知识清单）（答案版）

第十八章能源与可持续发展（知识清单）思维导图第1节能源利用与社会发展一、能源利用1.能源能够提供热、光、机械能和电能等各种形式的能量来源。2.人类利用能源的历程（1）人类利用能源的历程：柴薪能源→化石能源→电能→核能（2）化石能源：我们今天大规模使用的煤、石油和天然气，是千百万年前埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的称为化石能源。二、能源的分类1.可再生能源：可以从自然界中源源不断地获得的能源。如：太阳能、风能、水能以及生物质能等。2.不可再生能源：使用后逐渐减少，短期内无法恢复的能源。如：煤、石油、天然气等化石能源。3.清洁能源：在使用时不产生或很少产生污染物(如硫氧化物、氮氧化物等大气污染物)，对生态环境无污染或污染程度低的能源。如太阳能、氢能等。4.非清洁能源：在使用时产生较多的污染物，对生态环境有污染的能源。如化石能源。第2节核能太阳能一、核能1.原子及其结构（1）分子是由原子构成的，原子的中心是原子核，原子核周围有一定数目的电子在运动。（2）原子核通常由质子和中子组成，质子带正电荷，其电荷量跟电子的电荷量相等，中子不带电。2.核能（1）核力：原子核内的各个粒子间存在的是一种很强的相互作用的力。（1）核能：当原子核的结构发生变化时，能释放出惊人的能量。（2）核能的开发和利用的方式：a.利用核裂变释放能量；b.利用核聚变释放能量。（3）核裂变：裂变质量较大的原子核分裂为两个或两个以上中等质量原子核的过程。（4）核聚变：在超高温和超高压的条件下，两个质量较轻的原子核，发生互相聚合，生成质量较大的原子核，同时释放出巨大的能量，这样的核反应过程。太阳的能量来自于其内部的核聚变。2.核能的利用（1）核电站：核电站主要由核反应堆、汽轮机和发电机等组成，如图所示。①核反应堆：通过裂变将核能转化为水的内能。②汽轮机：将内能转化为机械能。③发电机：将机械能转化为电能。（2）人造太阳：我国科研人员研制的世界第一台全超导托卡马克核聚变实验装置一东方超环，有"人造太阳"之称。（3）核能发电的优点：核能是一种低碳能源，利用核能进行发电，具有清洁高效、能量密度高、单机容量大、占地规模小、不受季节和气候影响、发电稳定可靠且成本相对较低等。二、太阳能1.太阳——巨大的“核能火炉”（1）太阳核心每时每刻都在发生核聚变，并释放出巨大的能量。（2）太阳核心温度高达1.6×107℃，太阳表面温度约为5500℃，大部分太阳能以热和光的形式向四周辐射出去。2.太阳是地球能源之母（1）太阳每天向地球辐射的能量，相当于地球上蕴藏的所有化石燃料所具有的化学能的总和。（2）太阳能不仅包括直接辐射到地球表面的太阳能，而且还包括由它转化形成的水能、风能、生物质能等。现在广泛开采并使用的石油、天然气和煤等化石能源也都来自太阳。（3）人类所使用的能源绝大部分直接或间接来自太阳，地球上除核能、地热能和潮汐能以外，绝大部分能源都来自太阳。3.太阳的利用（1）太阳能的利用有光热转换、光电转换和光化转换等方式。（2）戈壁滩上的敦煌100MW熔盐塔式光热电站，先将光能转化为内能，通过汽轮机将内能转化为机械能，最后通过发电机将机械能转化为电能输送至千家万户。（3）青海塔拉滩地区的光伏发电园，占地面积约为609km2。它是目前全球装机容量最大的光伏发电园区。将太阳能转化为电能。（4）光合作用指绿色植物（包括藻类）吸收光能，把二氧化碳和水合成富能有机物，同时释放氧气的过程。将太阳能转化为化学能。第三节能量转化的基本规律一、能量守恒定律1.能量的利用：在能量转化或转移过程中利用能量的。2.电能的产生和利用过程的能量转化：（1）煤、石油或天然气燃烧将化学能转化为内能。（2）对水加热，产生高温蒸汽，是燃料燃烧产生的内能转移给蒸汽。（3）高温蒸汽推动汽轮机将内能转化为机械能。（4）发电机发电是机械能转化为电能。（5）电动机带动机械运转，主要是电能转化为机械能。3.活动：乒乓球自动上滚的奥秘（1）现象：用两支铅笔在桌面上搭成如图所示的斜坡，将乒乓球放在斜坡的低端，松手后会看到乒乓球向斜坡顶端滚动。（2）实质：看似向上滚动的乒乓球，它的重心仍然是下降的，即它的重力势能减小，转化为乒乓球的动能，在这一过程中乒乓球的机械能并没有增加。3.能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，在转化或转移的过程中，总量保持不变。4.能量守恒定律是19世纪自然科学的三大发现之一，也是自然界最普遍、最重要的基本规律之一。5.能量守恒定律建立的过程：（1）建立能量守恒定律的基础①摩擦生热实验把"热"和"功"，即物体内能的变化与机械运动联系起来;②伏打电池发明后不久，电流的热效应、磁效应相继被发现;③生物学领域证明了动物维持体温和生理活动的能量跟它所摄取食物的化学能有关；④英国物理学家焦耳测定了热和功之间的当量关系。（2）能量守恒定律的诞生①19世纪中叶，德国医生迈尔从生理学的角度对能量进行了研究，最先阐述了能量转化和守恒的思想；②德国学者亥姆霍兹最早在论文里对能量守恒定律作出了清晰、全面的论述。二、能量转移和转化的方向性1.自然界中自发的过程都是有方向的，或者说能量的转化和转移是有方向的。2.自然界自发的过程具有方向性的实例（1）瀑布飞流而下，这是因为自然状态下水总是从高处流向低处。（2）热水中的冰块逐渐熔化，这是因为自然状态下热量总是从高温物体传递到低温物体。3.能量转移和转化的方向性的实例（1）电能可以使电灯发光，同时产生内能散失到空气中，但这些内能却无法自动地转化为电能。（2）在汽车制动过程中，它的动能转化为地面、轮胎、空气的内能，这些内能同样无法自动地转化为机械能再用来驱动汽车。第四节能源与可持续发展一、能量转化的效率1.任何机械或装置都可看成是能量转换器，输入的能量只有一部分转化为有用的能量，还有一部分在转化过程中损失掉了。2.能量转化的实例：（1）小轿车：利用热机做功的机械，输人的能量是燃油的化学能，输出的能量是小轿车的动能、声能和内能等。（2）节能灯：在使用过程中输入的是电能，输出的是光能和内能。3.能量转换装置的效率:效率=输出的有用能量/输入的总能量×100%η=E有用输出/E总能量×100%二、能源与可持续发展1.能源与人类社会的发展：从人类社会发展的进程看，每次能源变革都无一例外地把人类社会推向一个新的发展阶段。2.应对能源利用带来的环境问题（1）2015年第21届联合国气候变化大会通过了《巴黎协定》，首次提出让所有国家共同致力于实现以下目标：将全球平均气温控制在较工业化前水平上升2℃以内，并努力将温度上升幅度控制在1.5℃以内。（2）2020年9月，我国在第75届联合国大会上发言，将力争于2030年前实现"碳达峰"，争取在2060年前实现"碳中和