12.1 能源及其应用-2024-2025学年上海市高二物理必修三同步讲义（沪科版2020）

第十二章 能源与可持续发展 第一节 能源及其应用 课时聚焦 一、能源 1．能源是自然界中能为人类提供某种形式_______的物质资源。 2．能源分类 按来源 来自太阳的能源：太阳光的热辐射能和间接来自太阳的煤、石油、天然气以及生物质能、水能、风能等。 地球本身蕴藏的能源：_________能和核燃料（如铀矿等）所蕴藏的原子______能。 太阳、月球等天体与地球的相互作用产生的能源：_________能等。 按生产方式 一次能源：自然界现成存在的能源。 如太阳能、水能、煤、石油、天然气等。 二次能源：由一次能源加工转换而成的能源产品 如电力、焦炭、煤气、蒸汽等 可再生能源：如太阳能、生物质能、风能、水能、潮汐能等 不可再生能源：如煤、石油、天然气等 按性质分类：燃料能源、非燃料能源。 按利用技术分类：常规能源、新能源。 【例 1】 “能源分类相关图”如图，四组能源选项中全部符合图中阴影部分的能源是（ ） A．煤炭、煤气、石油 B．水能、电能、天然气 C．太阳能、风能、核能 D．地热能、潮汐能、核能来自太阳 的能源 新能源 可再生 能源 二、新能源的开发和利用 1．水能：___________是水能的主要方面。 2．风能：___________是利用风能的最重要的方面。 3．太阳能：太阳能的利用有___________转换和___________转换，光伏发电是一种新兴的___________（可/不可）再生能源，是太阳能利用的重要方面。 4．核能： （1）核裂变：用___________轰击铀核时铀核分裂成几个其他原子核，同时释放能量；较重的原子核分裂成几个较轻的原子核的过程。 eV 称为电子伏特，是___________单位，，1 eV = _________J，1 MeV（兆电子伏特）= _________eV。 链式反应：铀核受___________轰击发生裂变时能放出 2 ~ 3 个中子和一定的能量，这 2 ~ 3 个中子又迅速引起周围其他铀核的___________，因而使这种反应一开始就能自动持续进行。 能够发生链式反应的必要条件：铀块的最小体积超过_________体积。 （2）核聚变：若干个较轻的原子核也可以___________成一个较重的原子核，同时释放出巨大能量。 核能 氢弹（不可控） 核裂变 核聚变 原子弹（不可控） 核电站（可控） 太阳能来源于太阳内部________的核聚变 【例 2】 风力发电机的原理是风吹在叶片上推动叶片转动发电，将风的动能转化为电能。一台风力发电机 1 min 作用在叶片上风的动能从30 000 J 减小为18 000 J，发电功率为 160 W，求该风力发电机的效率 η。 【例 3】 某原子弹爆炸时放出的能量相当于 2×104 t TNT炸药可释放的能量，约为 8.36×1013 J，一个铀 235 核裂变时释放的核能约 200 MeV（eV 是能量单位，称为”电子伏”，1 eV = 1.6×10−19 J，1 MeV = 106 eV）。试问：该原子弹有多少个铀 235 核发生了裂变？ 同步精练 一、选择题 1． 关于能源，下列说法正确的是（ ） A．一次能源是可再生能源 B．二次能源是可再生能源 C．煤、石油、天然气属于新能源 D．太阳能、核能属于新能源 2． 下列说法正确的是（ ） A．直接来自自然界的能源就是二次能源 B．新能源是技术比较成熟的能源 C．二次能源就是新能源 D．从自然界的能源转化而来的能源是二次能源 3． 下列能源中属于常规能源的是（ ） A．石油 B．地热能 C．太阳能 D．核能 4． 下列关于能源的说法中，正确的是（ ）。 A．二次能源是指可重复利用的能源 B．新能源是指新开采的能源 C．一次能源是直接来自自然界的能源 D．石油是二次能源 5． 太阳能来自于（ ） A．太阳本身的化学燃料的燃烧 B．裂变 C．链式反应 D．聚变 6． 近几年来，人们特别重视对太阳能的研究与利用，下面列举的能源中，与太阳能无关的是（ ） A．石油 B．风能 C．水力发电 D．核能 7． 下述能源中，由太阳能转化来的是（ ）。 A．核能 B．生物质能 C．潮汐能 D．地热能 8． 目前核电站利用的核反应是（ ）。 A．裂变，核燃料为铀 B．聚变，核燃烧为铀 C．裂变，核燃烧为氘 D．聚变，核燃料为氘 9． 关于核能，下列说法中错误的是（ ） A．核电站是利用原子核裂变的链式反应产生的能量来发电的 B．如果对裂变的链式反应不加控制，在极短的时间内就会释放出巨大的能量，发生猛烈爆炸 C．氢弹是利用轻核聚变制成的武器 D．原子弹是利用轻核聚变和重核裂变而制成的核武器 10． 在正常照射下，太阳能电池的光电转换效率可达 23%。单片单晶硅太阳能电池可产生 0.6 V 的电动势，可获得 0.1 A 的电流，则每秒照射到这种太阳能电池上的太阳光的能量是（ ） A．0.24 J B．0.25 J C．0.26 J D．0.28 J 二、填空题 11． 石油、电能、地热能、天然气中，属于新能源的是__________，属于二次能源的__________。 12． 自然界物质的运动有许多不同的形式，每种运动形式都有对应的能量。机械运动对应________能、热运动对应________能、电荷的定向移动对应________能。 13． 如图，重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是________，这种反应就是链式反应，__________（选填“是”或“不是”）任何铀块只要有该粒子进入都能发生的反应，原因是：_______________________________________。 14． 太阳能是最清洁的新能源。为了环境保护，我们要大力开发像太阳能这样的新能源而减少使用像煤炭这样的常规能源，请划分下列能源的类别，把编号填入表格： ① 风能 ②核能 ③石油 ④潮汐能 ⑤地热能 ⑥天然气 类型 编号 常规能源 新能源 15． 电动喇叭发出的声波是空气振动形成的，声波具有能量。追根溯源，声波的能量来自于_________能，是从哪里来的？声波的能量最终转化为__________能。 三、计算题 16． 2010 年上海世博会中的中国馆、世博中心和主题馆，其太阳能的利用规模达到了历届世博会之最，总发电装机容量达到 4.6 × 103 kW。设太阳能电池板的发电效率为 18%，已知地球表面每平方米接收太阳能的平均辐射功率为 1.353 kW，那么上海世博会所使用的太阳能电池板的总面积为多少 m2。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十二章 能源与可持续发展 第一节 能源及其应用 课时聚焦 一、能源 Comment by fj: 1．能量 2．地热，核 潮汐 1．能源是自然界中能为人类提供某种形式_______的物质资源。 2．能源分类 按来源 来自太阳的能源：太阳光的热辐射能和间接来自太阳的煤、石油、天然气以及生物质能、水能、风能等。 地球本身蕴藏的能源：_________能和核燃料（如铀矿等）所蕴藏的原子______能。 太阳、月球等天体与地球的相互作用产生的能源：_________能等。 按生产方式 一次能源：自然界现成存在的能源。 如太阳能、水能、煤、石油、天然气等。 二次能源：由一次能源加工转换而成的能源产品 如电力、焦炭、煤气、蒸汽等 可再生能源：如太阳能、生物质能、风能、水能、潮汐能等 不可再生能源：如煤、石油、天然气等 按性质分类：燃料能源、非燃料能源。 按利用技术分类：常规能源、新能源。 【例 1】 “能源分类相关图”如图，四组能源选项中全部符合图中阴影部分的能源是（ ） Comment by fj: C A．煤炭、煤气、石油 B．水能、电能、天然气 C．太阳能、风能、核能 D．地热能、潮汐能、核能来自太阳 的能源 新能源 可再生 能源 二、新能源的开发和利用 Comment by fj: 1．水力发电（注意：水能是新能源还是常规能源有争议，老教材练习册将它归为常规能源） 2．风力发电 3．光热，光电，可 4．（1）中子 能量，1.6×10−19，106 中子，裂变 临界 （2）结合 氢 1．水能：___________是水能的主要方面。 2．风能：___________是利用风能的最重要的方面。 3．太阳能：太阳能的利用有___________转换和___________转换，光伏发电是一种新兴的___________（可/不可）再生能源，是太阳能利用的重要方面。 4．核能： （1）核裂变：用___________轰击铀核时铀核分裂成几个其他原子核，同时释放能量；较重的原子核分裂成几个较轻的原子核的过程。 eV 称为电子伏特，是___________单位，，1 eV = _________J，1 MeV（兆电子伏特）= _________eV。 链式反应：铀核受___________轰击发生裂变时能放出 2 ~ 3 个中子和一定的能量，这 2 ~ 3 个中子又迅速引起周围其他铀核的___________，因而使这种反应一开始就能自动持续进行。 能够发生链式反应的必要条件：铀块的最小体积超过_________体积。 （2）核聚变：若干个较轻的原子核也可以___________成一个较重的原子核，同时释放出巨大能量。 核能 氢弹（不可控） 核裂变 核聚变 原子弹（不可控） 核电站（可控） 太阳能来源于太阳内部________的核聚变 【例 2】 风力发电机的原理是风吹在叶片上推动叶片转动发电，将风的动能转化为电能。一台风力发电机 1 min 作用在叶片上风的动能从30 000 J 减小为18 000 J，发电功率为 160 W，求该风力发电机的效率 η。 Comment by fj: 风力发电机每分钟产生的电能 W = Pt = 160 × 60 J = 9 600 J，每分钟风所做的功为 W0 = ΔEk = （30 000 – 18 000）J = 12 000 J，因此发电机效率为 η = = × 100% = 80%。 课本习题 【例 3】 某原子弹爆炸时放出的能量相当于 2×104 t TNT炸药可释放的能量，约为 8.36×1013 J，一个铀 235 核裂变时释放的核能约 200 MeV（eV 是能量单位，称为”电子伏”，1 eV = 1.6×10−19 J，1 MeV = 106 eV）。试问：该原子弹有多少个铀 235 核发生了裂变？ Comment by fj: 2.6 × 1024 个 一个铀 235 核裂变时释放的核能 E0 = 200 MeV = 200 × 106 eV = 200 × 106 × 1.6 × 10−19 J。 n = = 个 ≈ 2.6 × 1024 个 2021沪科版练习册12.1.6 同步精练 一、选择题 1． 关于能源，下列说法正确的是（ ） Comment by fj: D A．一次能源是可再生能源 B．二次能源是可再生能源 C．煤、石油、天然气属于新能源 D．太阳能、核能属于新能源 2． 下列说法正确的是（ ） Comment by fj: D A．直接来自自然界的能源就是二次能源 B．新能源是技术比较成熟的能源 C．二次能源就是新能源 D．从自然界的能源转化而来的能源是二次能源 3． 下列能源中属于常规能源的是（ ） Comment by fj: A A．石油 B．地热能 C．太阳能 D．核能 4． 下列关于能源的说法中，正确的是（ ）。 Comment by fj: C 2021沪科版练习册12.1.3 A．二次能源是指可重复利用的能源 B．新能源是指新开采的能源 C．一次能源是直接来自自然界的能源 D．石油是二次能源 5． 太阳能来自于（ ） Comment by fj: D A．太阳本身的化学燃料的燃烧 B．裂变 C．链式反应 D．聚变 6． 近几年来，人们特别重视对太阳能的研究与利用，下面列举的能源中，与太阳能无关的是（ ） Comment by fj: D A．石油 B．风能 C．水力发电 D．核能 7． 下述能源中，由太阳能转化来的是（ ）。 Comment by fj: B 2021沪科版练习册12.1.1 A．核能 B．生物质能 C．潮汐能 D．地热能 8． 目前核电站利用的核反应是（ ）。 Comment by fj: A 2021沪科版练习册12.1.2 A．裂变，核燃料为铀 B．聚变，核燃烧为铀 C．裂变，核燃烧为氘 D．聚变，核燃料为氘 9． 关于核能，下列说法中错误的是（ ） Comment by fj: D A．核电站是利用原子核裂变的链式反应产生的能量来发电的 B．如果对裂变的链式反应不加控制，在极短的时间内就会释放出巨大的能量，发生猛烈爆炸 C．氢弹是利用轻核聚变制成的武器 D．原子弹是利用轻核聚变和重核裂变而制成的核武器 10． 在正常照射下，太阳能电池的光电转换效率可达 23%。单片单晶硅太阳能电池可产生 0.6 V 的电动势，可获得 0.1 A 的电流，则每秒照射到这种太阳能电池上的太阳光的能量是（ ） A．0.24 J B．0.25 J C．0.26 J D．0.28 J 二、填空题 11． 石油、电能、地热能、天然气中，属于新能源的是__________，属于二次能源的__________。 Comment by fj: 地热能，电能 12． 自然界物质的运动有许多不同的形式，每种运动形式都有对应的能量。机械运动对应________能、热运动对应________能、电荷的定向移动对应________能。 Comment by fj: 机械，内（热），电（势） 课本习题改编 13． 如图，重核裂变时放出的可以使裂变不断进行下去的粒子是________，这种反应就是链式反应，__________（选填“是”或“不是”）任何铀块只要有该粒子进入都能发生的反应，原因是：_______________________________________。 Comment by fj: 中子，不是，只有铀块的体积大于临界体积时，才发生链式反应 课本习题改编 14． 太阳能是最清洁的新能源。为了环境保护，我们要大力开发像太阳能这样的新能源而减少使用像煤炭这样的常规能源，请划分下列能源的类别，把编号填入表格： Comment by fj: ③⑥，①②④⑤ 2021沪科版练习册12.1.4 ① 风能 ②核能 ③石油 ④潮汐能 ⑤地热能 ⑥天然气 类型 编号 常规能源 新能源 15． 电动喇叭发出的声波是空气振动形成的，声波具有能量。追根溯源，声波的能量来自于_________能，是从哪里来的？声波的能量最终转化为__________能。 Comment by fj: （喇叭振膜振动的）机械能；（振膜的机械能来自喇叭电源的）电能；（声波的能量最终转化为空气的）内能 课本习题改编 三、计算题 16． 2010 年上海世博会中的中国馆、世博中心和主题馆，其太阳能的利用规模达到了历届世博会之最，总发电装机容量达到 4.6 × 103 kW。设太阳能电池板的发电效率为 18%，已知地球表面每平方米接收太阳能的平均辐射功率为 1.353 kW，那么上海世博会所使用的太阳能电池板的总面积为多少 m2。 Comment by fj: 1.9 × 104 由题意可知：地球表面每平方米接收到的太阳能的平均辐射功率的 18% 转化为电功率，所以有： 总面积 S = = m2 ≈ 1.9 × 104 m2 2021沪科版练习册12.1.5 1 学科网（北京）股份有限公司 $$