第二十二章 能源与可持续发展 教材图文解读 2025-2026学年人教版九年级物理全一册

第二十二章 能源与可持续发展 第1节 能源利用的现状和面临的挑战 1. 能源已经成为人类文明发展的重要物质基础。钻木取火在人类利用能量的历史上非常重要，从利用自然火到利用人工火的转变，结束了远古人类的茹毛饮血，开启了以柴薪作为主要能源的时代。 2. 蒸汽机的发明是人类利用能源的新里程碑（图22.1-1）。人类从此逐步以机械动力代替人力和畜力，主要能源由柴薪转向煤，人类进入工业化社会。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（图22.1-2、图22.1-3），所以称为化石能源。 3. 化石能源等不能在短期内从自然界得到补充，所以这类能源叫作不可再生能源。水能和风能等能源则可以，叫作可再生能源。这些能源也都是可以直接从自然界获得的能源，我们称这样的能源为一次能源。 4. 电能是我们经常使用的能源。它通常是由其他能源转化而来的，最终还要转化为其他形式的能量，为人类所用。电能便于输送和转化（图22.1-4）。现代社会离不开的各种各样的用电器，是将电能转化为其他各种形式能量的转化器。由于电能无法从自然界直接获取，必须通过消耗一次能源才能得到，所以称电能这样的能源为二次能源。 5. 汽车制动时，由于摩擦，动能转化成了轮胎、地面和空气的内能，这些消耗的能量不能再自动地用来驱动汽车。同样，热量只能自发地从高温物体转移到低温物体，不能相反。如果要使热量从低温物体转移到高温物体，就需要消耗其他形式的能量，例如电冰箱就需要消耗电能。实际上，涉及热现象的能量转化和转移过程是有方向性、不可逆的。 6. 人们是在能量的转化和转移过程中利用能量的。有些能量可以利用，有些则不能。因此，能源的利用是条件的，我们所能利用的能源是有限的。化石能源是当今世界的主要能源，比如大多数汽车、飞机、轮船等交通工具都离不开它（图22.1-5）。 7. 如果长期大规模开采，化石能源最终将会消耗殆尽。在耗用各种能源时，不可避免地会对环境造成影响。例如，由于现代生活中化石能源的广泛使用，燃料的燃烧产生了大量的二氧化碳，加剧了地球的温室效应（图22.1-7）。此外，煤、石油、天然气等燃料往往含有杂质，致使燃烧生成的气体中含有二氧化硫等有害物质。燃料的不完全燃烧还会产生粉尘和一氧化碳，对人和环境造成危害。 8. 我国火力发电的燃料主要是煤。火力发电的原理是：用煤燃烧产生的热量加热水，使之变成高温高压的水蒸气，然后推动汽轮发电机组发电。在现代化的发电厂中会对水蒸气进行二次加热，使它继续推动发电机发电，提高了发电效率。为了降低污染，煤在燃烧前会经过洗选来去除杂质，在充分燃烧后，发电厂会对排出的烟气进行脱硫、脱硝、除尘等净化处理，减少二氧化硫等污染物的排放（图22.1-8）。此外，碳捕集技术正在快速发展。碳捕集技术能够将烟气中的二氧化碳大规模收集起来，制成纯度为99.5%的工业级合格液态二氧化碳产品，对实现“碳达峰碳中和”目标具有重要意义。 9. 使用化石能源会造成大气污染和热污染，还会加剧温室效应 。 第2节 新能源的发展 1. 原子的结果如图所示，中心是原子核，它的周围有一定数目的电子在运动。科学家通过进一步的研究表明，原子核还有更精细的内部结构：原子核由质子和中子组成，质子带正电荷，电子带负电荷，两者电荷量相等，中子不带电。 2. 如果对链式反应不加控制，那么大量原子核就会在瞬间发生裂变，释放出极大的能量，例如原子弹的爆炸（图22.2-3）。如果链式反应可控，那么就可以控制核能的释放，例如核反应堆中发生的就是可控链式反应。 3. 核电站利用核能发电，它的核心设备就是核反应堆，核电站利用它产生的内能，通过汽轮机做功，带动发电机发电（图22.2-5）。 4. 氘核（由一个质子和一个中子构成）与氚核（由一个质子和两个中子构成），在超高温和高压下结合成新的原子核——氦核，也会释放出巨大的核能（图22.2-6）。这就是聚变，有时也称为热核反应。 5. 氘核、氚核都是氢核的一种。大量氢核的聚变，可以在瞬间释放出惊人的能量。氢弹利用的就是这种能量。在太阳内部，氢原子核在超高温下发生聚变，释放出巨大的核能。因此可以说，太阳核心每时每刻都在发生氢弹爆炸，比原子弹爆炸的威力更大。 6. 如何实现可控核聚变，如何利用核聚变后释放的核能，科学家正在积极地探索着。海水中蕴藏着丰富可以实现聚变的氘核。科学家预言，通过可控核聚变来利用核能，有望彻底解决人类所面临的能源问题。我国正在采用不同方式进行可控核聚变的研究，中国科学院建造的环流器（tokamak）EAST（图22.2-7）实现了1000s以上的长时间运行，中国工程物理研究院等单位建造了“神光Ⅲ”激光约束核聚变研究装置。 7. 与化石燃料一样，核燃料在自然界中也是有限的，核能既属于一次能源，属于不可再生能源。 8. 获取核能有两种方式：裂变和聚变。裂变中的链式反应是可以控制的，控制它的装置叫做核反应堆，核电站、核潜艇、核动力航母中都利用了可控核裂变获取核能，如果裂变不加控制可以制成原子弹。 9. 聚变也称热核反应，它需要在超高温下才能发生。目前人类还无法实现可控核聚变，利用它制成的核武器是氢弹，如果能实现可控核聚变，利用海水中蕴藏的丰富的氘核，可以测底解决人类的能源问题。 10. 目前直接利用太阳能的方式有两种，一种是用集热器把水等物质加热，另一种是利用太阳能电池把太阳能转化为电能。 11. 风能和海洋能也是人们可以利用的新能源，我国建设了数座潮汐电站，也建成了许多“风车田”，场面蔚为壮观（图22.2-10）,通过它们实现了将机械能转为为电能。 12. 许多地方都在推广利用太阳能，交通指示灯及路灯照明系统已大量使用太阳能。白天，太阳能转化为电能，除供正常使用外，将多余的能量储存在蓄电池内，夜晚供交通指示灯及照明灯发光。请完成下面的方框图，反映这个过程中能量发生转化的情况。 电能 化学能 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第二十二章 能源与可持续发展 第1节 能源利用的现状和面临的挑战 1. 能源已经成为人类文明发展的重要物质基础。__________在人类利用能量的历史上非常重要，从利用自然火到利用人工火的转变，结束了远古人类的茹毛饮血，开启了以____作为主要能源的时代。 2. ________的发明是人类利用能源的新里程碑（图22.1-1）。人类从此逐步以机械动力代替人力和畜力，主要能源由_______转向_______，人类进入工业化社会。我们今天大规模使用的_______、_______和_______，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（图22.1-2、图22.1-3），所以称为化石能源。 3. 化石能源等不能在_______内从自然界得到补充，所以这类能源叫作____________能源。水能和风能等能源则可以，叫作_______能源。这些能源也都是可以_______从自然界获得的能源，我们称这样的能源为_______能源。 4. 电能是我们经常使用的能源。它通常是由其他能源_______而来的，最终还要转化为其他形式的能量，为人类所用。电能便于_______和_______（图22.1-4）。现代社会离不开的各种各样的_______，是将电能转化为其他各种形式能量的转化器。由于电能无法从自然界直接获取，必须通过______________才能得到，所以称电能这样的能源为_______能源。 5. 汽车制动时，由于摩擦，动能转化成了轮胎、地面和空气的______能，这些消耗的能量不能再自动地用来驱动汽车。同样，热量只能自发地从______物体转移到______物体，不能相反。如果要使热量从低温物体转移到高温物体，就需要消耗其他形式的能量，例如电冰箱就需要消耗电能。实际上，涉及热现象的能量转化和转移过程是有______性、不可逆的。 6. 人们是在能量的________________过程中利用能量的。有些能量可以利用，有些则不能。因此，能源的利用是________的，我们所能利用的能源是有限的。____________是当今世界的主要能源，比如大多数汽车、飞机、轮船等交通工具都离不开它（图22.1-5）。 7. 如果长期大规模开采，化石能源最终将会消耗殆尽。在耗用各种能源时，不可避免地会对环境造成影响。例如，由于现代生活中化石能源的广泛使用，燃料的燃烧产生了大量的二氧化碳，加剧了地球的____________（图22.1-7）。此外，煤、石油、天然气等燃料往往含有杂质，致使燃烧生成的气体中含有二氧化硫等有害物质。燃料的不完全燃烧还会产生粉尘和一氧化碳，对人和环境造成危害。 8. 我国火力发电的燃料主要是______。火力发电的原理是：用煤燃烧产生的热量加热水，使之变成高温高压的__________，然后推动汽轮发电机组发电。在现代化的发电厂中会对水蒸气进行二次加热，使它继续推动发电机发电，提高了__________。为了降低污染，煤在燃烧前会经过洗选来去除杂质，在充分燃烧后，发电厂会对排出的烟气进行脱硫、脱硝、除尘等净化处理，减少二氧化硫等污染物的排放（图22.1-8）。此外，碳捕集技术正在快速发展。碳捕集技术能够将烟气中的二氧化碳大规模收集起来，制成纯度为99.5%的工业级合格液态二氧化碳产品，对实现“碳达峰碳中和”目标具有重要意义。 9. 使用化石能源会造成__________污染和__________污染，还会加剧________________ 。 第2节 新能源的发展 1. 原子的结果如图所示，中心是__________，它的周围有一定数目的__________在运动。科学家通过进一步的研究表明，原子核还有更精细的内部结构：原子核由_______和_______组成，质子带____电荷，电子带____电荷，两者电荷量相等，中子不带电。 2. 如果对链式反应不加控制，那么大量原子核就会在瞬间发生______，释放出极大的能量，例如_______的爆炸（图22.2-3）。如果链式反应可控，那么就可以控制核能的释放，例如__________中发生的就是可控链式反应。 3. 核电站利用核能发电，它的核心设备就是__________，核电站利用它产生的内能，通过_______做功，带动发电机发电（图22.2-5）。 4. 氘核（由一个质子和一个中子构成）与氚核（由一个质子和两个中子构成），在_______和高压下结合成新的原子核——氦核，也会释放出巨大的核能（图22.2-6）。这就是_______，有时也称为_______反应。 5. 氘核、氚核都是氢核的一种。大量氢核的聚变，可以在瞬间释放出惊人的能量。_______利用的就是这种能量。在太阳内部，氢原子核在超高温下发生_______，释放出巨大的核能。因此可以说，太阳核心每时每刻都在发生氢弹爆炸，比原子弹爆炸的威力更____。 6. 如何实现_______核聚变，如何利用核聚变后释放的核能，科学家正在积极地探索着。海水中蕴藏着丰富可以实现聚变的氘核。科学家预言，通过______________来利用核能，有望彻底解决人类所面临的能源问题。我国正在采用不同方式进行可控核聚变的研究，中国科学院建造的环流器（tokamak）EAST（图22.2-7）实现了1000s以上的长时间运行，中国工程物理研究院等单位建造了“神光Ⅲ”激光约束核聚变研究装置。 7. 与化石燃料一样，核燃料在自然界中也是有限的，核能既属于一次能源，属于_________能源。 8. 获取核能有两种方式：_________和 _________。裂变中的_________反应是可以控制的，控制它的装置叫做_________，核电站、核潜艇、核动力航母中都利用了可控核裂变获取核能，如果裂变不加控制可以制成_________。 9. 聚变也称_________反应，它需要在_________下才能发生。目前人类还无法实现可控核聚变，利用它制成的核武器是_________，如果能实现可控核聚变，利用海水中蕴藏的丰富的氘核，可以测底解决人类的能源问题。 10. 目前直接利用太阳能的方式有两种，一种是用集热器把水等物质_________，另一种是利用_________把太阳能转化为电能。 11. 风能和海洋能也是人们可以利用的新能源，我国建设了数座潮汐电站，也建成了许多“风车田”，场面蔚为壮观（图22.2-10）,通过它们实现了将________能转为为________能。 12. 许多地方都在推广利用太阳能，交通指示灯及路灯照明系统已大量使用太阳能。白天，太阳能转化为电能，除供正常使用外，将多余的能量储存在蓄电池内，夜晚供交通指示灯及照明灯发光。请完成下面的方框图，反映这个过程中能量发生转化的情况。 学科网（北京）股份有限公司 $$