能源与可持续发展 期末专题突破课件-2024-2025学年九年级人教版物理全一册

能源与可持续发展 思维导图 1. 能源的分类。 2. 核能及其应用。 3. 太阳能及其利用。 知识要点： 一、能源的分类 分类 概念 实例 按照获 取的方 式 一次能源 可以直接从自然界获 得的能源 化石能源（煤、石油、天 然气）、风能、水能、太 阳能、地热能、生物质 能、核能、潮汐能等 二次能源 无法直接从自然界获 取，必须通过消耗一 次能源才能得到的能 源 电能（最重要的二次能 源）、酒精、火药、木 炭、蒸汽、煤气、柴油、 重油、液化石油气、沼 气、氢气、汽油等 分类 概念 实例 按照能 否短期 内从自 然界得 到补充 不可再生 能源 不能在短期内从自然 界得到补充的能源 煤、石油、天然气、核能 等 可再生能 源 可以在短期内从自然 界得到补充的能源 水能、风能、太阳能、生 物质能等 按照对 环境的 影响 清洁能源 使用时对环境没有污 染或污染较轻的能源 太阳能、电能、风能、水 能、潮汐能、地热能等 污染能源 使用时对环境污染较 重的能源 煤、石油、柴薪等 续表 分类 概念 实例 按照人 类开发 早晚 常规能源 人类已经利用多年的 能源 煤、石油、天然气、水能 等 新能源 人类新近才开始利用 的能源 核能、太阳能、潮汐能、 地热能、风能、生物质能 等 续表 二、核能 1. 核能是指原子核发生变化的过程中释放出的巨大能量。获得核 能的途径：裂变和聚变。 （1）重核裂变：质量较大的原子核在中子轰击下分裂成2个新原 子核，并释放出能量的过程。裂变会产生链式反应，原子弹是根据裂变 的原理制成的。 （2）轻核聚变：在超高温和高压下，2个质量较小的原子核结合 成质量较大的新原子核，同时释放出能量的过程。聚变需要极高的温 度，所以也叫热核反应，氢弹就是根据聚变的原理制成的。 2. 核电站发电过程中的能量转化。 （1）核电站中的能量转化过程：通过核反应堆把核能转化为内 能，得到高温的水蒸气；利用水蒸气推动汽轮机转动，又把内能转化为 机械能；汽轮机再带动发电机发电，得到电能。 （2）能量转化顺序：核能→内能→机械能→电能。 三、太阳能 1. 太阳的结构：从内到外依次是太阳核心、辐射层、对流层、太阳 大气。太阳能的来源——氢核聚变。太阳能的传递方式——热辐射。 2. 化石能源、水能、风能、生物质能等都是来自太阳能，太阳能是 人类能源的宝库。核能、地热能、潮汐能等都不是来自太阳能。 3. 太阳能的利用。 知识点一：能源的分类 下列对能源的分类中不正确的是 （ ） A. 煤、石油、天然气是化石能源，是一次能源，又是常规能源 B. 太阳能是一次能源，是可再生能源，又是新能源 C. 核能是一次能源，是不可再生能源，又是新能源 D. 水能、风能是一次能源，是不可再生能源 　能源有不同的分类方式：（1）按获取方式划分：一次能 源是指可以直接从自然界获取的能源，如煤、石油、天然气、水能、风 能、太阳能、地热能、潮汐能、生物质能、核能等；二次能源是指无法 直接从自然界获取，必须经过一次能源的消耗才能得到的能源，如电 能、乙醇汽油、氢能、沼气等。（2）按是否可再生划分：可再生能源 是指可以从自然界中源源不断地得到的能源，如水能、风能、太阳能、 生物质能、潮汐能等；不可再生能源是指不能在短期内从自然界得到补 充的能源，如化石能源（煤、石油、天然气）、核能等。（3）按利用 状况划分：常规能源是指人类利用多年的，使用技术已经成熟的能源， 如化石能源、水能、电能等；新能源是指人类新近才开始利用的能源， 如潮汐能、地热能、太阳能、核能、风能等。 煤、石油、天然气是化石能源，是一次能源，又是常规能 源，故A正确；太阳能是一次能源，是可再生能源，又是新能源，故B正确；核能是一次能源，是不可再生能源，又是新能源，故C正确；水 能、风能是一次能源，是可再生能源，故D错误。 D 本题考查能源的分类，知道能源分类的方法、各种能源的概 念是解题的关键。 下列能源中，属于化石能源的是 ⁠（填序号，下 同），属于一次能源的是 ⁠，属于二次能源的 是 ，属于可再生能源的是 ⁠。 ①水能 ②风能 ③核能 ④太阳能 ⑤天然气 ⑥生物质能 ⑦煤 ⑧地热能 ⑨ 石油 ⑩电能 ⑤⑦⑨ ①②③④⑤⑥⑦⑧⑨ ⑩ ①②④⑥⑧ 知识点二：核能与核电站   　核电站是利用核反应堆提供能量，使水变成蒸汽，再利用高温、 高压的蒸汽推动汽轮机带动发电机发电的。图甲所示是核电站的原理示 意图，图乙所示是两种核反应示意图。 （1）核电站核反应堆利用的是图乙中 　　　　（填“A”或“B”）所示的 核反应。  （2）根据核电站的原理示意图完成核电站发电过程中能量转化流程 图，方框里应填  　　　　。 （3）核电站在运行过程中会产生大量的热，常用水作冷却剂，这是利 用了水 　　　　　　的性质，所以核电站一般建在海边。  　核能发电是利用铀原子核裂变时放出的核能来加热水，用 产生的高温、高压蒸汽作为动力，推动汽轮机转动，从而带动发电机发 电的；根据水的比热容较大分析常用水作为冷却剂的原因。 　（1）如图乙所示，A是裂变反应，B是聚变反应，核反应 堆是通过可控的核裂变反应释放核能的设备。（2）核电站的发电过 程：核能先转化为水的内能，水受热以后温度上升会产生大量的水蒸 气，水蒸气推动汽轮机转动，将内能转化为机械能，汽轮机又带动发电 机发电，将机械能转化为电能。（3）读图可知，水蒸气在冷凝器中重 新液化为水；用水来冷却主要是因为水的比热容较大，相同条件下，水 吸收的热量更多。 　（1）A　（2）机械能　（3）比热容较大 　通过题目中提供的信息，结合图片对核电站的基本工作过 程和获得核能的两种途径等分析即可。 　学习强国平台发布：“科学岛”上的我国大科学装置“东方超 环”取得重大突破，等离子体中心电子温度首次实现1亿摄氏度运行近10 秒。“东方超环”是全超导托卡马克核聚变试验装置，被称为“人造太 阳”。下列各组中，其核能的利用方式与之相同的是（　D　） ①原子弹 ②氢弹 ③浙江三澳核电站 ④太阳 A. ①② B. ①③ C. ②③ D. ②④ D 知识点三：太阳能 太阳能是人类优先开发和利用的新能源之一，关于太阳能的利用， 下列说法中正确的是 （ ） A. 图甲中，绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能 B. 图乙中，太阳能热水器通过做功的方式将太阳能转化为水的内能 C. 图丙中，太阳能交通信号灯将太阳能直接转化为信号灯的光能 D. 图丁中，太阳能飞机将太阳能转化为飞机的机械能，转化效率可达 100% 　太阳能的利用方式：一是利用太阳能热水器给它里面的水 等物质加热，将太阳能转化为内能；二是利用光电转换装置，将太阳能 转化为电能；三是植物的光合作用，将太阳能转化为化学能。 绿色植物的光合作用将太阳能转化为化学能，储存在植物体 内，故A正确；太阳能热水器通过热传递的方式将太阳能转化为水的内 能，故B错误；太阳能交通信号灯先将太阳能转化为电能，再将电能转 化为信号灯的光能，故C错误；太阳能飞机先将太阳能转化为电能，再 将电能转化为飞机的机械能，转化效率不可能达100%，故D错误。 A 本题考查太阳能的利用，掌握太阳能利用的三种方式：光热 转换、光电转换、光化转换是解题的关键。 太阳能是人类能源的宝库，下列有关太阳能的说法中错误的 是（　C　） A. 太阳能是氢核聚变释放的核能 B. 我们今天开采的化石能源来自上亿年前地球接收的太阳能 C. 目前太阳能电池转化太阳能的效率非常高 D. 太阳能电池将太阳能转化为电能 C 　【绍兴】汽车在给人们的出行带来便利的同时，也带来了能源消 耗、尾气污染等问题。 材料一：如图所示为一辆小汽车行驶时的能耗分配图。汽油在气 缸内完全燃烧时放出的能量，大约只有13%用于驱动汽车前进，而其余 87%的能量则被损耗掉了。 材料二：排出的尾气除了CO2、H2O外，还有CO、NO、NO2及未燃 烧的碳氢化合物等有害气体。 结合材料，回答下列问题： （1）请对汽车行驶时能量形式的转化与损耗途径作出分析。 　（1）汽车行驶时的能量转化分析：汽油的化学能→气体 的内能→活塞的动能→汽车的机械能，转化率很低；能量损耗途径分 析：绝大部分是以热能的形式损失，部分是未完全燃烧的碳氢化合物损 失，还有少量是汽油蒸发损失。 （2）请从节能、减排等方面对燃油汽车提出技术改进建议。 　从能量转化、损耗途径、技术改进建议角度去回答。 　（2）技术改进建议：减少散热器、排气管和发动机的热 损失；减少汽油的蒸发；使汽油充分燃烧；研制和使用混合动力或者纯 电动的新能源汽车。 　本题为开放题型，认真分析图表，然后分析能量转化和能 量损耗，并提出相应的改进措施。 1. 下列发电方式中不属于一次能源的是（　B　） A. 风能 B. 电能 C. 潮汐能 D. 太阳能 B 2. 随着人们对原子核结构认识的不断深入，核能的开发和利用备受关 注，下列有关原子核与核能的理解中正确的是（　D　） A. 原子是由质子和中子构成的 B. 原子核是不带电的 C. 原子核内质子和中子都带电 D. 核能是原子核发生变化时放出的能量，核电站反应堆内的核反应是可控的裂变 D 3. 下列关于能源问题的说法中正确的是（　B　） A. 天然气燃烧产生的二氧化碳不会加剧地球温室效应 B. 煤是不可再生的化石能源，它在能源领域的重要性有所降低 C. 地下的石油资源取之不尽、用之不竭，可无限开采 D. 核电站可完全替代火电站，因为核能是可再生能源 B 4. 抽水蓄能电站是电力保障项目之一。该电站可以利用风能和光能资源 充足时发电获得的部分电能，将水抽到高处转化为水的机械能储存起 来，需要时再利用水的势能发电，从而弥补了风能、光能不稳定且转化 的电能难储存的不足，实现风、光与水电的互补，堪称电力系统的巨型 “充电宝”。下列有关说法中正确的是（　B　） B A. 风能和光能不可以从自然界直接获取 B. 该电站抽水蓄能时可将电能转化为机械能，发电时可将机械能转化为 电能 C. 根据能量守恒定律可知，该电站抽水时消耗的电能全部转化为水的机 械能 D. 风能、光能、机械能、电能可以相互转化，说明能量的转化是没有方向性的 5. 铱-192具有放射性，其裂变放出的物质能穿透三十多毫米厚的钢板， 这一性质可用于金属内部探伤。结合图示可推知，铱-192放出的用于金 属内部探伤的最有可能是（　D　） A. 可见光 B. α射线 C. β射线 D. γ射线 D 6. 我国自主设计的“人造太阳”实验装置——“东方超环”，它在1亿摄氏 度超高温度下运行了近10 s。 （1）其反应原理与太阳类似，通过核 ⁠释放巨大的核能，从而 获得高温。  （2）“人造太阳”的加热功率超过1×1012 W，若利用“人造太阳”发电， 发电效率为60%，则每小时发电量达 。  聚变　 2.16×1015 J 7. 如图所示为一种八浮子（编号为1~8）波浪发电机的俯视图。当浮子 随着海面波浪向上浮动时，会通过传动装置带动发电机发电。 （1）波浪发电利用的是波浪能，波浪能属于 ⁠（填序号）。 ①化学能 ②内能 ③机械能 ④可再生能源 ⑤不可再生能源 （2）波浪发电机发电过程的能量转移和转化过程可表示为波浪的 ⁠ 能→发电机的 能→ ⁠能。 ③④ 机 械 机械 电 8. 当下，某地正全力领跑新能源产业赛道，努力打造新能源之都。在新 能源发电（太阳能光伏、风能、氢能）、新能源存储、新能源输送以及 新能源利用领域，占据产业制造高点，形成了“发储送用”新能源产业闭 环。下列关于能源的开发与利用的说法中正确的是（　C　） A. 太阳能光伏发电、风能发电、氢能发电都是利用发电机将机械能转化为电能 B. 因为太阳能、风能都是可再生能源，所以我们不必担心会有能源危机 C. 太阳能、风能、氢能都是清洁能源，开发利用时对环境的污染较小 D. 利用煤炭进行火力发电时，只要注意节约，发电效率就可达到100% C 9. 如图所示为核电站工作流程图，关于流程中各装置的能量转化，下列 说法中正确的是（　A　） A. 核反应堆：核能转化为内能 B. 汽轮机：化学能转化为动能 C. 发电机：电能转化为机械能 D. 电取暖器：电能转化为机械能 A 10. 如图甲所示的太阳能路灯采用了新型环保（无汞）LED节能灯，又称 冷光灯，它将电能直接转化为光能。如图乙所示为该路灯的系统说明， 下列说法中正确的是（　C　） 1. 电池系统电压：12 V 2. 电池的工作功率：40 W 3. 太阳能光电板的转换效率：16% 4. 环境温度：-20~70℃ 5. 连续阴雨的时间：3~5天 6. 照明时间：12 h C 甲 乙 A. 白天阳光照射太阳能光电板时，太阳能转化为化学能 B. LED灯比白炽灯节能是因为其额定电压小，功率小 C. 转换效率16%，表示的意义是转化的电能是太阳能光电板接收的太阳 能的16% D. 电池充满电后可以工作12 h，这期间消耗的电能为4.8 kW·h 【解析】白天阳光照射太阳能光电板时，太阳能光电板将太阳能转化为 电能，故A错误；白炽灯发光时，电能转化为内能，内能一部分转化为 光能，一部分散失，由于灯丝温度很高，损失的内能较多，而LED灯发 光时，电能直接转化为光能，没有内能损失，LED灯比白炽灯节能是因 为消耗的电能转化为光能的效率高，故B错误；太阳能光电板的转换效 率是转化的电能与太阳能光电板接收的太阳能的比值，所以“转换效率 16%”表示的意义是转化的电能是太阳能光电板接收的太阳能的16%， 故C正确；由P可得，这期间消耗的电能W=Pt=40×10-3 kW×12 h=0.48 kW·h，故D错误。 11. 在常规化石能源非常紧缺的今天，核能受到的重视度越来越高，核 电站的大体组成是核材料在原子反应堆中发生核反应产生大量的热能， 冷却剂将这些热能带到热交换器将水变成水蒸气，水蒸气推动汽轮机带 动发电机发电，最终实现了核能到电能的转换。 （1）从能源的分类来看，核能属于 （填“一次能源”或“二 次能源”）。  （2）发电机发电时是让线圈在 ⁠中旋转而产生电流，这种现象 在物理学中称之为 现象。  一次能源　 磁场　 电磁感应　 （3）从能量的转化与转移来看，发电机直接将 ⁠能转化成 了 能。  （4）如果核电站每年需要50 t核燃料，而同等规模的火电站每年 需要6×106 t的煤炭，则6×106 t煤炭完全燃烧放出的热量 是 J（煤炭的热值为3×107 J/kg）。  机械　 电 1.8×1017 12. （1）如图甲所示，太阳能汽车利用太阳能电池将太阳能E1转化为电 能E2，储存在车上的蓄电池内，为汽车提供动力。太阳能是一种 ⁠ （填“可再生”或“不可再生”）能源，E1 （填“>”“=”或“<”）E2。 可再 生 > （2）对比图乙中我国2017年发电量和2030年预测发电量，预测 ⁠ （填字母）。 A. 火力发电量占总发电量的比例将减小 B. 水力发电量占总发电量的比例将增大 C. 我国将以核能发电为主 D. 风力发电量占总发电量的比例将减小 A 13. 近年来，人类向大气中排放以二氧化碳为代表的大量温室气体，导 致地球表面平均温度升高，这种现象被称为温室效应。为减缓全球温室 效应，我国实施“碳达峰、碳中和”战略，将“节能减排”作为降碳的重要 途径，其中推广新能源汽车是推动节能减排及能源结构转型的重要举 措。请结合以下材料展开分析探究。 材料一：如图所示为我国2017~2022年新能源汽车销量统计图。 （1）根据材料一可知，我国2020~2022年新能源汽车的发展整体呈 现 （填“基本不变”“缓慢增长”或“快速增长”）趋势。新能源汽车中占比最大的是纯电新能源汽车，其动力完全由电池提供。在电 池充电过程中电能转化成 ⁠能储存在电池中，在行驶过程中该能 先转化成电能，继而转化成车辆的 ⁠能。 快速增长 化学 动 材料二：如下表所示为某品牌同款的家用燃油车和纯电新能源汽 车每行驶100 km所消耗的能源及二氧化碳排放量比较表。 类别 每行驶100 km所消耗的 能源 行驶中实际二氧 化碳的排放量/ （kg/100 km） 总二氧化碳排放量（含电 力生产过程）/（kg/100 km） 燃油车 约8 L汽油 约18.4 约18.4 纯电新能 源汽车 约15 kW·h 0 燃煤发电：约15.3 太阳能光伏发电：约0.45 风力发电：约0.15 （2）结合材料二，以纯电新能源汽车为例，判断新能源汽车 ⁠ （填“具有”或“不具有”）二氧化碳减排优势，理由是 ⁠ ⁠。 （3）结合材料二，简要说出我国大力发展太阳能光伏和风电项目对减 缓全球气候变暖的意义： ⁠ ⁠。 具有 纯电新能源汽车 行驶中实际二氧化碳的排放量为0，总二氧化碳排放量比燃油车少 采用太阳能光伏发电和风力发电时二氧化碳 的排放量都很少，二氧化碳的排放量少能降低温室效应 14. 科技人员设计出了一种可移动式太阳能水上漂浮房（如图甲所 示），它具有冬暖夏凉的优点。其表面安装有太阳能电池板，接收太阳 能的功率为1.6×104 W，该漂浮房三角形建筑的主体结构是中空的，三 角形建筑外围（即除去该面空洞）的面积为1×103 m2，空气的密度是1.2 kg/m3，已知空气的动能与空气的质量成正比，1 kg空气在不同速度 （v）时的动能（E）如表所示。 E/J 2 8 18 32 50 v/（m/s） 2 4 6 8 10 （1）漂浮房冬暖夏凉，利用了水的 ⁠比较大的特性。 （2）由表格数据可知，每千克空气的动能与速度的关系式为 E= 　　 　。 （3）漂浮房在平静的水面上沿直线运动，运动过程中受到的阻力不 变。水平方向的牵引力F随运动时间t的变化关系如图乙所示，在t=50 s 后，漂浮房以2.5 m/s的速度做匀速直线运动。在匀速运动过程中，漂浮 房将太阳能转化为机械能的效率为多少？ 【答案】（3）漂浮房将太阳能转化为机械能的效率η= ×100%=×100%=12.5%。 比热容 v2 （4）若风正好垂直于三角形表面吹入，当风速为8 m/s时，每秒吹向三 角形建筑的空气质量是多少千克？ 【答案】（4）每秒吹向三角形建筑的空气体积V=Svt=1×103 m2×8 m/s×1 s=8×103 m3，因为ρ，所以空气的质量m=ρV=1.2 kg/m3×8×103 m3=9.6×103 kg。 （5）若风正好垂直于三角形表面吹入，当风速为20 m/s时，漂浮房在1 h内获得的风能与完全燃烧多少千克煤所产生的内能相当？（煤的热值 为3.2×107 J/kg） 【答案】（5）由Ev2可知，当风速为20 m/s时，每千克空气的动能 E0=×1 kg×（20 m/s）2=200 J，V=Svt=1×103 m2×20 m/s×1 s=2×104 m3，漂浮房1 h内获得的风能E=ρVE0t=1.2 kg/m3×2×104 m3×200 J/kg×3600=1.728×1010 J，由题知，Q放=E=1.728×1010 J，则煤的质量 m=540 kg。 $$