第22章 能源与可持续发展-【重难点手册】2024-2025学年九年级下册物理（人教版）

22 第二十二章 能源与可持续发展 重点和难点 课标要求 1.列举常见的不可再生能源和可再生能源。 2.知道原子是由原子核和电子构成的，了解原子的核式结 构模型.知道核能的特点和核能利用可能带来的问题 重点：知道核能和太阳 3.能运用所学知识指导和规范个人行为，践行低碳生活，具 能，了解其他与能源相关的 有节能环保意识 知识 4.结合实例，尝试分析能源的开发与利用对社会发展的影 响.从能源开发与利用的角度体会可持续发展的重要性。 5.列举能量转化和转移具有方向性的常见实例. 口01必备知识梳理。 重难点1能源 续表 L,能源 能量转化 主要 项目 能量转化 能源 意义 (1)定义：能够提供能量的物质资源. 技术 (2)常见的能源： 以机械动力 ①化石能源：千百万年前埋在地下的动、 第二次能蒸汽机的内能→机化石 大规模代替 植物经过漫长的地质年代形成的煤、石油、天 人力和畜力， 源革命 发明 械能 能源 各种新型热 然气等.（化石能源是当今世界的主要能源） 机问世 ②生物质能：以生物质为载体、由生物质 逐步摆脱人 产生的能量， 第三次能核反应堆核能→ 源革命 核能 类对化石能 ③太阳能：由太阳辐射提供的能量， 的发明 内能 源的依赖 ④地热能：由地球内部提供的一种内能。 从历史上看，人类对能源的利用技术取得 ⑤电能：由其他形式的能转化为供各种用 了四次重大突破，即从利用太阳能→人工取火 电器使用的能源。 →蒸汽机的发明→电能的使用→核能的开发 2.人类利用能源的历程 与利用，相应的能源结构的变革也经历了柴薪 能量转化 主要 项目 时期、煤炭和石油时期，现在正迈向以核能和 技术 能量转化 意义 能源 太阳能为主体的综合能源体系和过渡时期。 由利用自然 3.能源的分类 第一次能 钻木取火 机械能→ 柴薪 源革命 内能 火到利用人 (1)按照获取方式，可将能源分为一次能 工火 源和二次能源 150 第二十二章能源与可持续发履么出嫂 按获取 发和利用太阳能和核能.科学技术的进步是提 定义 举例 方式分 高能源利用率、节约能源的根本途径 可以直接从自然界 化石能源、水能、 例1(2023·攀枝花中考)2022年底，攀 一次能源 风能、太阳能、地 枝花首批氢能公交车投入运行.下列能源跟氢 获得的能源 热能、核能等 能一样属于二次能源的是(). 无法从自然界直接 A.风能 B.电能 电能、酒精、汽油、 获得，必须通过消 二次能源 煤油、沼气、煤气 C.水能 D.太阳能 耗一次能源才能得 等 到的能源 解析风能是从自然界直接获取不需要加 工的能源，是一次能源，故A错误；电能是由一 (2)按照对环境的影响，可将能源分为清 次能源经过加工而获得的能源，是二次能源， 洁能源和非清洁能源。 故B正确；水能是从自然界直接获取不需要加 (3)按照人类开发早晚和使用情况，可将 工的能源，是一次能源，故C错误；太阳能是从 能源分为常规能源和新能源。 自然界直接获取的能源，是一次能源，故D 深度理解 错误. 能源与能量对比认识 答案B 能源 能量 重难点2核能 能够提供热、光、机 如果一个物体能够 械能和电能等各种 做功或者具有做功 1.原子结构 定义 形式的能量的物质 本领，我们就说它具 质子（带“十”电） 原子核（带“十”电） 资源就叫能源 有能量，简称具有能 分子组成原子 中子（不带电） 能源是可以提供某 核外电子（带“一”电） 与物质的运动和相 种形式能量的物 2.核能 互作用相联系.对应 本质 质.能源利用的过 程，实质是能量的 不同形式的运动，有 原子核分裂或聚合成新的原子核的过程 不同形式的能量 中释放出的巨大的能量叫作核能， 转化和转移过程 核能来源于物质原子核的变化，与分子的 煤炭、柴薪、水力、 机械能、电磁能、内 举例 电等都是能源 能、化学能等 运动情况无关，即核能不同于内能.核能的特 点如下表 能源的利用过程，实质上就是能量的转化 联系 和转移的过程 ①核能十分巨大，它能极大地补充人类能源的 优点 不足，使用核能大大地节约了常规能源 4.21世纪的能源趋势 ②核能能够解决能源分布不均衡的问题 (1)能源危机：目前人类使用的主要能源 ①核能属于一次能源，是不可再生能源 仍是化石能源，它是不可再生的.而作为人类 缺点 ②核能存在核污染，如果发生放射线泄露，会 主要能源的化石能源面临着日渐减少的趋势， 对人和其他生物造成伤害 人类已面临能源危机. 3.原子核的裂变 (2)解决能源问题的出路：一是提高能源 通常情况下原子核十分牢固，要使其分 的利用率；二是开发和利用新能源，特别是开 裂，必须利用中子对它进行轰击 151 重随令手册九年级物理？) (1)裂变：一个大的原子核在中子的轰击 4.原子核的聚变 下，变成两个质量中等大小的原子核.原子核 让两个质量很小的原子核在超高温下结 在裂变过程中要释放出十分惊人的能量，1kg 合成新的原子核，叫作原子核的聚变，它会释 铀核全部裂变放出的能量相当于2000t煤完 放比原子核裂变时更大的能量（如图所示）.由 全燃烧释放出的能量。 于它要在超高温下才能实现，因而常称聚变为 (2)链式反应：如图所示，用一个中子轰击 热核反应.太阳之所以能不断地对外释放出能 其中一个原子核，原子核发生裂变，裂变时释 量，是因为它的内部无时无刻不在进行着热核 放出大量的能量，同时还会产生几个新的中 反应.氢弹就是热核反应的产物。 子，几个中子各自又去轰击其他的原子核，导 氘核 致一系列的原子核裂变释放出核能，这即为所 氢核聚合 谓的链式反应.如果链式反应不加控制，让裂 中子 9 变瞬间快速进行下去，释放出所有原子核的能 聚变 核 被释放 量，这就成了我们知道的原子弹， 核 中子 的中子 能量 形成氨核介 释放能量 酸姿中漆 闲度理解 器中 中子轴核。翻 核裂变和核聚变 4 1.聚变的控制：目前核聚变还不能加以 绿 控制.科学家预言，通过可控核聚变来利用 (3)反应堆：反应堆是核电站的核心设备， 核能，有望彻底解决人类能源问题，愿同学 它是对链式反应速度进行控制的设备，通过它 们能为此作出贡献. 可使链式反应按要求平稳释放核能，这就是核 2.核裂变与核聚变的比较 电站的工作原理 比较 裂变 聚变（热核反应）》 ①核电站工作过程中的能量转化是：核 能→内能→机械能→电能。 质量很小的原子核 较大原子核分裂为 定义 结合成较大原子核 ②核废料的处理：核电站使用过的核燃料 较小原子核的过程 的过程 称为核废料.由于核废料仍然具有放射性，一 般深埋在人烟稀少的地方.某些发达国家将核 条件 中子轰击较大原 超高温 子核 废料运送到其他国家埋放，引起了环境保护者 释放核 的广泛抗议. 巨大 更加巨大 能大小 ③核电站的特点：第一，消耗燃料少、废渣 应用 原子弹、核电站 氢弹、太阳内部爆炸 少、无污染：第二，成本低，一些发达国家核能 是否可 可利用核反应堆控目前，核聚变还不能 已成为常规能源，我国核电事业发展也很快； 控制 制链式反应速度 加以控制 第三，特别适合缺少煤、石油和水力资源的地 方；第四，需防止放射性物质的泄露，避免放射 例2（多选）2023年4月12日，中国有 性污染，确保安全 “人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实 152 第二十二章 能源与可持续发展么出型 验装置(EAST),成功实现稳态高约束模式等 3.人类对太阳能的直接利用 离子体运行403s,对加快实现核聚变发电具有 太阳能 重要意义.下面关于核能利用的说法，正确的 是(). 光热转换 光电转换 光化转换 A.我国具有完全自主知识产权的核电技 太阳能 太阳能 植物的 术电站“华龙一号”利用的是可控核裂变 集热器 电池 光合作用 B.氢弹利用不加控制的核裂变放出巨大 能量 内能 电能 化学能 C.原子弹利用核聚变放出巨大能量 4.太阳能的优缺点 D.太阳利用内部氢原子核发生聚变放出 优点：①十分巨大，魅力无穷：②取之不 巨大能量 尽，用之不竭；③分布广泛，获取方便；④安全 解析核电站是利用原子核发生裂变释放 清洁，没有污染。 能量来发电的，故A正确；氢弹利用不加控制 缺点：①分布太散，难以收集；②造价不 的核聚变放出巨大能量，故B错误；原子弹利 菲，影响推广：③季节气候，功率不稳；④转换 用核裂变放出巨大能量，故C错误；太阳利用 效率，尚待提高。 内部氢原子核发生聚变放出巨大能量，故D 例③(2024·武汉中考)绿色发展是高质 正确 量发展的底色，为了更好践行绿色发展和“双 答案AD 碳”目标，武汉市区某高架桥上修建了一段全 重难点3太阳能 封闭“光伏声屏障”试验路段，如图所示.“光伏 1.太阳能是怎样产生的 声屏障”既可以控制噪声，又可以提供电能，比 太阳能是来自太阳内部氢核的聚变释放 传统的声屏障设备更节能环保.(q无烟煤=3.4X 出的能量，它内部的这种反应可以持续50亿 10J/kg) 年，所以太阳能对人类来说可以认为是取之不 (1)“光伏声屏障”是 尽、用之不竭的： 通过阻断噪声 的 2.人类目前主要使用的能源都是间接来 方式来控制噪声的 自太阳能 (2)“光伏声屏障”路段的每一块玻璃上贴 (1)煤、石油、天然气都是千百万年前的植 满了81个小光伏电池板，这些光伏电池板利 物通过光合作用把太阳能变成化学能储存起 用太阳能的方式是将太阳能转化为 来的 这段“光伏声屏障”试验路段每年发电约1.7× (2)食物是植物利用光合作用储存的化 105kW·h,相当于完全燃烧 kg的无 学能. 烟煤释放的能量 (3)水能也是太阳将水晒热蒸发后上升到 解析(1)“光伏声屏障”是在传播过程中 高处，变为重力势能储存起来的. 减弱噪声，即通过阻断噪声传播的方式来控制 所以说，人类目前使用的主要能源都间接 噪声的 地来自太阳能， (2)光伏电池板利用太阳能的方式是将太 153 重随手册九年级物理) 阳能转化为电能； ②可再生能源：可以在自然界里源源不断 无烟煤完全燃烧放出的热量Qt=1.7× 地得到补充的能源.如风能、水能、太阳能、生 105kW·h=1.7×105×3.6×105J=6.12× 物质能等】 101J, (2)未来理想能源应满足的条件 由Qt=mg可知，完全燃烧无烟煤的质量 ①必须足够丰富，可以保证长期使用； m=Q盘=6.12X10uL=1.8X10kg ②必须足够便宜，可以保证多数人用得起； 3.4×10J/kg ③相关技术必须成熟，可以保证大规模使用： 答案(1)传播.(2)电能；1.8×10. ④必须足够安全、清洁，可以保证不会严 重难点4能源与可持续发展 重影响环境， 1.能量转移和能量转化的方向性 例4(2024·广州中考)了解能源分类对 可能有人会认为能量是守恒的，应该不会 实现能源可持续发展有重要的意义，下列能源 发生能源危机.但是由于有的能量的消耗不可 既是来自太阳辐射的能源，又属于可再生能源 能自发地逆转，消耗之后再也不能自发地得 的一组是() 来，所以我们面临着能源危机.汽车刹车消耗 A.煤炭、沼气 B.石油、潮汐能 的能量不能自发地收集起来再用于开动汽车： C.风能、水能 D.柴薪、天然气 冬天取暖消耗的能量不能自发地收集起来供 解析煤炭、石油、天然气是化石能源，是 来年再次使用等，都说明能量转化和转移具有 远古时期动植物的遗体在漫长的地质年代中 方向性 形成的，它们是来自太阳辐射的能源，但它们 2.能源消耗对环境的影响 是不可再生能源.柴薪、沼气、风能、水能、潮汐 (1)能源消耗造成温室效应.燃料燃烧产 能是可再生能源，它们也是来自太阳辐射的能 生的内能和大量的二氧化碳，加剧了地球的温 源.故选C 室效应 答案C (2)能源消耗造成酸雨.煤、石油、天然气 等燃料往往含有杂质，且由于不完全燃烧，致 重难点5跨学科实践：为节约能源提供 使燃烧生成二氧化硫、一氧化碳等酸性气体， 方案 最终会形成酸雨，可致水、土壤酸化，对植物、 1.项目原理：通过优化能源使用方法（使 建筑物、金属构件造成危害. 用新能源、提高现有能源的使用效率或从自身 (3)能源消耗造成大气污染.燃料燃烧的 做起等)，来节约能源，减少浪费 烟尘排放到大气，污染了大气， 2.项目跨学科分析： 因此，我们既要有效地利用能源，又要很 (1)家庭日常使用能源的方面主要有采 好地控制和消除污染.总之，人类不应当无限 暖、制冷、生活热水、用电器和交通等 制地向大自然索取，我们必须在提升物质文明 (2)针对性地优化家庭能源使用方案，要 的同时，保持与自然、环境的和谐与平衡. 考虑可行性和有效性，还要对方案进行改进， 3.能源与可持续发展 3.项目实施关键： (1)不可再生能源和可再生能源 (1)调查家中能源的使用情况 ①不可再生能源：不能在短期内从自然界 每个家庭的能源使用情况不一样，可以参 得到补充的能源.如化石能源、核能等。 照下表来统计. 154 第二十二章能源与可持续发履么组 家庭的能源使用情况 ②为家庭用车提供建议：a.选取有代表性 能源用途采暖做饭生活热水制冷其他电器交通 的新能源汽车与燃油汽车，从直接消耗的能 能源名称 源、能源在生产过程中的转化效率及汽车在生 能源类型 产过程中消耗的能源等方面对比分析能耗情 消耗量 况.b.收集证据，通过分析新能源汽车的局限 (年) 性，结合我国能源发展的实际，进一步提出改 (2)选取优化对象与确定改进方法 进方法 ①选取优化对象和优先改进对象要根据 关联考题： 调查结果，再确定如何改进 例⑤小丽爸爸最近在纠结“现在买车，买 ②优化能源使用的方法，可以是使用新能 油车还是电车？”，如图所示，假如你是小丽同 源，可以利用技术手段，还可以从自身做起， 学，请你列举一条传统燃油车或新兴的电动汽 ③在确定节能方法时，要充分收集证据， 车的优点. 既要考虑是否节约能源，又要考虑人们使用的 由车 电车 需要 电们又置 (3)制订与验收设计方案 ①为房屋加装保护层：a.先要明确思路， 考虑使用保温能力较强的材料.b.选取保温材 料时，既要考虑材料的保温性能，还要考虑材 解析传统燃油车对环境污染较大，消耗 料的环保性、价格、耐火性及易安装程度等因 化石能源，续航里程较长，电动汽车使用的是 素.℃，根据安装部位、保温材料的规格、尺寸及 电能，不排放废气，环保、节能：电动机作为动 门窗如何保温等问题制订设计方案.d.制作简 力机，结构简单、效率高。 易模型，通过测试来检验方案的有效性，并优 答案电动汽车环保、节能，结构简单、效 化方案 率高 -02关健能力提升。 关键点1能量的多种形式和利用方法 目前将其他形式的能转化为电能的主要 能量的主要形式有：电能、机械能、内能、 方法有： 化学能、光能（太阳能）、核能等.人类利用能量 (1)利用机械能发电：水力发电、风力发 的最主要的手段是将各种形式的能转化为电 电、潮汐发电等 能，再利用电能使各种用电器工作，这样做是 (2)利用内能发电：火力发电、垃圾发电、 因为各种形式的能都能比较方便地转化为电 秸秆发电、地热发电等】 能；电能容易输送且成本较低：用电器使用也 (3)利用太阳能发电：太阳能光伏电站. 比较方便，易于操作 (4)利用核能发电：核电站。 155 重随食手细九年级物理则 例⑥如图是“风能一太阳能”路灯示意 D.控制器中的集成电路是用超导材料制 图，下列说法正确的是( 成的 风力发电机 解析风力发电机是利用闭合电路中的一 路灯 太阳能 电池 路灯控 部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，闭合 制 电路中产生感应电流，即电磁感应原理，故A 正确；太阳能来自太阳内部的核聚变，不是核 蓄电池 裂变，故B错误；给蓄电池充电是把电能转化 A风力发电机利用了电磁感应原理 为化学能，故C错误；控制器中的集成电路是 B.太阳能来自太阳内部的核裂变 用半导体材料制成的，故D错误 C.给蓄电池充电时化学能转化为电能 [答案A 03核心素养聚焦一。 考向1能源的分类和利用 D.地球上接收到的太阳能 例☑图中两个圆圈表示两种能源分类方 解析太阳能和风能可以从自然界中重新 式，下列能源中，属于A处所表示的能源的是 获得，属于可再生能源，故AD不符合题意；石 油、核能是短时间内无法在自然界中再次产 生，所以是不可再生能源，石油源于太阳辐射， A 来源于太阳 不可 故B不符合题意，C符合题意. 辐射的能源 再生能源 [答案C A.在沙漠中的风能 毯心事养 本题考查的是能源的分类和利用，体现 B.从地下开采的石油 了科学态度与责任的素养要求， C.现代核电站中利用的核能 156