第二十章 能源与可持续发展（复习讲义）物理北师大版（北京）2024九年级全一册

第二十章 能源与可持续发展 （复习讲义） 考点内容 新课标要求 命题预测 能源及其分类 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的利用可能带来的问题 《宇宙与微观世界》是学生了解性的内容，在教学中常冠以“了解”、“认识”。故对本单元的考题在中考试卷中会出现相应的内容，但所占分值一般不高，一般会在1分-3分之间。 本单元常见考点主要集中在能源及其分类、核能及其应用、太阳能及其应用、可再生与不可再生能源以及可持续发展等 核能及其利用 太阳能的来源 列举常见的不可再生能源和可再生能源；了解节约能源与可持续发展的重要性，培养学生为可持续发展做贡献、将科学服务于人类的使命感；从能源开发与利用的角度体会可持续发展的重要性 太阳能的利用 可再生能源与不可再生能源 能源与可持续发展 考点一 能源与可持续发展 一、能源 1.能源：一般而言，能够提高能量的物质资源都可以叫做能源。煤、石油、天然气是当今人类利用的主要能源。 2.常见能源 （1）化石能源：我们今天使用的煤、石油、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，所以称为化石能源。 （2）生物质能：生物质能是蕴藏在生物质（是各种生命产生或构成生命体的有机质的总称）中的能量，是绿色植物经过光合作用储存在生物质内部的能量，如柴薪、秸秆、动物粪便等。生物质能是人类利用最早、利用时间最长的能源，实际上也是化学能的一种。 （3）太阳能：由太阳辐射提供的能量。 （4）风能：自然界中空气的流动所具有的能量。 （5）地热能：地球内部高温熔岩所具有的能量，常通过地下水或喷发的熔岩送到地面从而被人们利用。 （6）电能：电流能以各种形式做功，所以电具有的能量叫做电能。 3.能源的分类 能源从不同角度可以划分为不同的类别。按能源的获取方式，可将能源分为一次能源和二次能源。 （1）一次能源：可以直接从自然界获得的能源是一次能源，如化石能源（包括煤、石油、天然气）、水能、风能、太阳能、地热能、生物质能以及核能等。其中煤、石油和天然气是当今世界一次能源的三大支柱，构成了全球能源家族结构的基本框架。 （2）二次能源：无法从自然界直接获取，必须通过消耗一次能源才能得到的能源叫二次能源，如电能、酒精、汽油、煤油、焦炭等。 4.能源危机 （1）原因：①化石能源储量并不丰富；②化石能源的开发利用后不能再生。 （2）应对措施：面对目前的能源形式，解决能源问题主要出路有：一是提高能源利用率，做到科学开发，解决使用；二是开发和利用新能源，如太阳能、风能、地热能等。 5.开发利用新能源 已探测数据表明，目前作为人类主要的能源的化石能源储量并不丰富，所以，开发新能源、更好的利用已知能源，是全球范围内的重要课题。随着第三次能源革命序幕的拉开，核能成为主要能源。同时人类正着力开发取之不尽用之不竭的太阳能，并取得了重大成就。核能、太阳能的开发和利用为人类的能源问题找到了新的出路。 二、核能 1.核能 （1）质子、中子依靠强大的核力紧密地结合在一起，要使他们它们分裂或结合极其困难，因此原子核十分牢固。但是，一旦质量较大的原子核发生分裂或质量较小的原子核相互结合，就有可能释放出惊人的能量，这就是核能。释放核能的方式有两种：核裂变、核聚变。 （2）核能是直接从自然界获得的，属于一次能源。核能也属于新能源。 2.裂变 用中子轰击质量比较大的铀235原子核，使其发生裂变，变成两个质量中等大小的原子核，同时释放出巨大的能量。1kg铀全部裂变，释放的能量超过2000t煤完全燃烧时释放的能量。 3.链式反应 （1）类比理解链式反应 将火柴搭成图甲所示的结构，点燃第一根火柴会引燃两根火柴，接着会引燃四根火柴… 甲 乙 （2）链式反应 如图乙所示，一个铀235原子核在一个中子轰击下发生裂变，释放出核能，同时产生几个新的中子，这几个新的中子又轰击其他铀核，导致其他铀核发生裂变，产生更多的中子…裂变反应将自动进行下去，参与反应的铀核数量越来越多，释放出巨大的能量。 4.裂变的利用 （1）核电站 ①核反应堆及核电站的工作原理 如图所示，控制链式反应的速度，使核能能够缓慢、平稳地释放的装置，叫做核反应堆。核反应堆是核电站的核心设备，它以铀为燃料。利用核反应堆中放出的核能先生成高温蒸汽，在驱动汽轮机带动发电机发电。 ②核反应堆中的能量转化 ③核电站的特点 a.消耗的热量少，产生的能量巨大； b.产生废渣少，对大气基本无污染； c.核反应会产生危害极大的射线，因而要采取严格的安全措施。 （2）原子弹 链式反应如果不加控制，大量原子核就会再一瞬间发生裂变，释放出极大的能量，以致引起威力强大的爆炸。原子弹就是根据这一原理制成的。 5.聚变（热核反应） 将某些质量很小的原子核，例如氘核（由一个质子和一个中子组成）与氚核（由一个质子和两个中子组成），在超高温下结合成新的原子核-氦核，也会释放出巨大的核能（如图所示），这就是聚变。聚变反应要求一开始就要有很高的温度，因此核聚变也称为热核反应。 （1）聚变的应用 大量氢核的聚变，可以在瞬间放出惊人的能量。氢弹就是利用核聚变原理制造的已知比原子弹威力还要大的核武器。迄今，人们还不能像控制核裂变那样，使核聚变在人工控制条件下进行。科学家经过几十年的艰苦探索，已经取得一定进展，但要真正安全、和平的利用核聚变所释放的核能，还要做长期艰苦的努力。 （2）可控核聚变释放的核能作为一种新能源，具有显著的特点 1）燃料丰富且运营成本低，核聚变的燃料之一—氘核在海水中大量存在，足以功全世界使用几百亿年。 2）不污染环境，是一种真正的清洁能源。 （3）裂变与聚变的比较 比较 裂变 聚变 定义 较大的原子核分裂为较小的原子核的过程 质量很小的原子核结合成较大一种的过程 条件 用中子轰击较大的原子核 超高温 释放核能大小 巨大 更加巨大 知否可以控制 可利用核反应堆控制链式反应的速度 目前，核聚变速度还不能认为控制 应用 原子弹、核电站 氢弹 （4）核能的特点 核能的优点 （1）储量丰富，核能总量十分巨大，它能极大地补充人类能源的不足； （2）核燃料能量密集，便于储运； （3）不排放污染气体，不会造成空气污染； （4）不排放二氧化碳气体，不会加重地球温室效应。 核能的缺点 （1）核能属于一次能源，会越用越少； （2）一旦发生核泄漏，会对地球生物造成严重的危害； （3）核反应堆中会产生核废料，在治理核废料过程中，代价较高。 选址及废物处理 （1）核电站一般建在能源需求量大，而且能源十分缺乏的地区； （2）核电站建在离人群较远的地方，避免对人畜造成伤害； （3）核废料要特殊处理后深埋在人烟稀少的地方。 三、太阳能 1.太阳能的产生—氢核聚变 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。因此可以讲，太阳核心每时每刻都在发生氢弹爆炸，所以说，太阳是一个巨大的“核能火炉”。 2.太阳能的传递—热辐射 太阳核心释放的能量向外扩散，可以传送到太阳表面。太阳表面温度约6000℃，就像一个高温气体组成的海洋。大部分太阳能以热和光的形式向四周辐射开去。 3.太阳的寿命 太阳这个巨大的“核能火炉”已经燃烧了近50亿年，目前它正处于壮年，要再过50亿年才会燃尽自己的核燃料。可以说，太阳能几乎是取之不尽用之不竭的。 4.太阳是人类能源的宝库 地球上除核能、地热能和潮汐能以外的能源基本上都来自于太阳能，所以说太阳是人类的能源宝库。 （1）化石能源的形成 远古时期的陆地和海洋中的植物，通过光合作用，将太阳能转化为生物体的化学能。在它们死后，躯体埋在地下和海底，经过几百万年的沉积、化学变化、地层的运动，在高压下渐渐变成了煤和石油（如图所示）。在石油形成过程中还放出天然气。今天我们开采化石燃料来获取能量，实际上是在开采上亿年前地球所接收的太阳能。也就是说，化石能源间接地来源于太阳能。 （2）地球上的风能、水能（江、河湖泊等水体）、生物质能的来源 地球上的风能、水能、生物质能等都来自于太阳能。 1）风能的形成：由于太阳照射到地球时，地面上各个位置受热不均匀，空气的冷暖程度就不一样。暖空气膨胀变轻后上升，冷空气变冷后变重下降，这样冷暖空气流动形成了风。风能来源于太阳能。 2）水能的形成：地表水在太阳的照射下，吸热蒸发变成水蒸气上升到高空中，液化形成的小水滴悬浮在高空中形成云；云中的小水滴聚集，凝结成大水滴下落形成雨，雨滴降落到地面汇入江、河、湖海中而流动，从而有了水的动能。水能来源于太阳能。 3）生物质能的形成：植物通过光合作用将太阳能以化学能的形式存储在植物体内，人类和动物从植物或其他动物获取生物质能以维持生命。生物质能来源于太阳能。 可见，人类利用风能、水能、生物质能等其实都是间接地利用太阳能。 5.太阳能的利用：太阳能的利用就是将太阳能转化为其他形式的能。 （1）太阳能的间接利用 由于化石能源、水能、风能、生物质能等都来源于太阳能，所以人类利用这些能源，实际上都是间接地利用太阳能。 （2）太阳能的直接利用：目前直接利用太阳能方式主要有：一种是光热转换，一种是光点转换。 1）光热转换 通过集热器直接利用太阳能进行加热，直接把太阳能转化为内能加以利用。例如，生活中的太阳能热水器、太阳灶、太阳能温室等。 太阳能热水器 太阳能灶 2）光电转换 光电转换是把太阳能转化为电能再加以利用，一般是通过太阳能电池来实现的。能将光能直接转化为电能的太阳能电池可作为人造卫星、航标灯、交通信号灯、晶体管收音机等的电源。现在不少城市大规模使用的太阳能路灯也是依靠太阳能电池来工作的。 6.太阳能的优缺点：能直接利用太阳能作为一种新能源，有一定的缺点，但具有其他能源不可比拟的优点。 优点 清洁无污染 太阳能是一种清洁能源，使用时不会带来任何污染 分布广、获取方便 太阳能分布广，不需要挖掘、开采和运输 持久、可再生 太阳能取之不尽用之不竭，太阳能内部的热核反应还足以持续50亿年之久，是人类可以利用的最丰富的新能源 缺点 分散 太阳能到达地球上时非常分散，接收装置需要有相当大的接收面积，提高了接收装置的造价 不稳定 太阳能的利用受天气、昼夜、地理位置的影响很大，而且还必须有储存装置，这不仅增加了技术上的困难，也使经济效益降低 转换效率低 太阳能的转换效率较低 四、能源与可持续发展 1.人类在消耗各种能源时，不可避免地会对环境造成影响。主要体现在以下几个方面： 热污染 化石能源在使用中产生大量的内能，其中未被利用的能量会造成热污染。例如，汽车尾气就是造成城市热岛效应的因素之一。 大气污染 化石能源在使用中会产生一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物、粉尘等，会造成大气的污染，形成酸雨，导致水、土壤的酸化，对植物、建筑物、金属构建造成危害。 温室效应 使用化石能源的过程中会产生大量的二氧化碳，使空气中的二氧化碳浓度增加，进一步加剧地球的温室效应。 生态破坏 一些欠发达地区过分依赖柴薪能源，破坏了森林和植被，加剧水土流失和土地荒漠化。 有害辐射 核能的开发和利用，也不是绝对清洁和安全的，处理不当或遇到特殊情况（如地震）发生核泄漏时，会对环境造成严重的辐射危害。 2.能源与可持续发展 为了减少能源消耗造成的环境污染问题，必须对能源的开发和利用有可持续发展的意识。可持续发展就是既要考虑当前发展需要，又要考虑未来发展的需要，不能以牺牲后人的利益为代价来满足当代人的需求。提高能源利用率，依靠科技进步，改进能源结构，开发、推广清洁的可再生能源，发展新的理想能源已成为世界各国实现可持续发展的当务之急。 3.不可再生能源和可再生能源 种类 概念 常见能源 不可再生能源 化石能源、核能等能源会越用越少，不能在短时间内总自然界得到补充，这类能源成为不可再生能源 煤、石油、天然气、核能 可再生能源 风能、水能等可以在自然界里源源不断地得到，这类能源成为可再生能源 风能、水能、太阳能、生物质能 4.未来的理想能源 未来的理想能源要能够大规模替代煤、石油、天然气等常规能源，必须满足一下四个条件： （1）必须满足够丰富，可以保证长期使用； （2）必须满足够便宜，可以保证多数人用得起； （3）相关的技术必须成熟，可以保证大规模使用； （4）必须满足安全、清洁，可以保证不会严重影响环境。 目前新能源的利用技术还不够成熟，还不能完全替代化石能源，如太阳能、核能的开发利用等，另外有可能还存在没有被人类发现的新能源，亟待人们去开发、利用。 ( 题型一 能源的分类 ) 1．我国“天宫”空间站使用了领先世界的柔性砷化镓太阳能电池来供电，它不仅薄如蝉翼，还不受太空恶劣环境影响，光电转化率超过30%。下列有关说法正确的是（   ） A．太阳能来自太阳内部的核裂变 B．太阳能电池板采用超导体材料制作 C．光电转化率是指光能转化成电能的功率 D．太阳能是一种清洁无污染的可再生能源 2．如图所示，是我国的太阳能无人机“启明星50”，它是第一款以太阳能为唯一动力来源的全电大型无人机，通过在全身布满太阳能电池板为无人机提供动力。下列有关说法正确的是（　　） A．太阳能是二次能源 B．太阳能电池板是由超导材料制成的 C．太阳能是太阳内部发生核裂变产生的能量 D．地面控制台是利用电磁波控制其飞行轨迹的 3．近年来某些城市的路边安装了智慧灯杆，如图，智慧灯杆除了照明还具有许多其他功能，如噪声监测、无线Wi-Fi、视频监控充电等。关于智慧灯杆，下列说法正确的是（    ） A．无线Wi-Fi是利用超声波传递信息的 B．智慧灯杆上LED灯的主要制造材料是半导体材料 C．智慧灯杆工作时消耗的电能属于一次能源 D．噪声监测功能可以在传播过程中减弱噪声 ( 题型二 核能与核安全 ) 4．近年来，我国在科技领域取得了辉煌的成就。下列说法正确的是（　　） A．“华龙一号”核电站利用的是核聚变释放的能量 B．中国空间站的太阳能电池板将太阳能转化为电能 C．“复兴号”动车组控制系统中的芯片由超导体制成 D．“神舟十六号”的航天员在太空中利用声波和地面指挥中心传递信息 5．科技改变生活，创新驱动发展。下列科技与生活的实例说法正确的是（    ） A．新能源汽车中用到的“氢能、太阳能、压缩天然气”等能源，均属于不可再生能源 B．新能源汽车中的纯电动汽车工作过程中将电能全部转化为机械能 C．华龙一号核电站利用核裂变产生的能量发电 D．5G通信信号的电磁波在真空中传播速度比4G的快 6．能源是人类社会发展进步的物质基础。能源、信息、材料一起构成现代文明社会的三大支柱。下列说法正确的是（    ） A．当今世界能源资源丰富多样，无需节约，可满足未来能源需求的大幅增长 B．当今世界的主要能源为新能源，比如太阳能、核能 C．仅需3颗同步卫星就可以实现全球通信 D．碳纤维能“上天入海”在诸多领域大显身手，是因为其自身的质量小，强度大 ( 基础巩固通关测 ) 一、单选题 1．太阳能制氢是一种极具潜力的清洁能源技术，它利用光催化剂吸收太阳光，直接将水分解为氢气和氧气，氢气可以作为高效的能源载体，用于发电、交通、工业等领域。下列有关说法正确的是（    ） A．氢气不属于清洁能源 B．氢气燃料燃烧的过程中热值变小 C．太阳能来源于太阳内部氢核的聚变 D．太阳能不能直接用于发电 2．如图，三结砷化镓柔性太阳能电池板发电技术，是一项非常先进的太阳能光电转换技术，它的光电转换效率超30%，比传统的硅基ROSA薄膜太阳能发电效率提高一倍以上，广泛应用于航天、军事、可穿戴设备等领域。关于三结砷化镓柔性太阳能电池板发电技术，下列说法正确的是（    ） A．太阳能属于不可再生能源 B．太阳能电池板工作时，将电能转化为太阳能 C．太阳能电池板工作的效率超30%，表明太阳能有将近70%转化为电能 D．光电转换过程中，能量的总量保持不变 3．2024年上半年，中国汽车出口量增长31%，有望连续两年位居全球出口量第一。其中某款电动智能汽车采用内燃机与电动机混合动力系统，该款汽车启动时，内燃机不工作，电池输出能量驱动汽车。下列对电动智能汽车的分析正确的是（　　） A．电动智能汽车替代燃油汽车，会增加碳的排放 B．人工智能系统所使用的芯片主要由超导体材料制成 C．电动智能汽车启动时，电池输出的电能属于二次能源 D．电动智能汽车启动时，电池的化学能直接转化为汽车的机械能 4．如图，我国空间站太阳翼采用“T”字构型，可接收更多的太阳能，提高发电效果。关于太阳能的利用，下列说法正确的是（　　） A．太阳能属于不可再生能源 B．太阳能电池也会污染环境 C．太阳翼工作时将太阳能转化为电能 D．太阳能的转化效率可以达到100% 5．如图所示，敦煌盐塔式光热电站将太阳光会聚到熔盐吸热塔，阳光的能量被熔盐吸收，熔盐带着这些能量到达厂房，将水加热成水蒸气推动汽轮机发电，下列说法正确的是（　　） A．盐塔式光热电站实现了光电转化，将光能直接转化为电能 B．太阳能是不可再生能源 C．熔盐通过热传递的方式改变内能 D．能量在转移和转化过程中总量不断减少 6．船闸是帮助船舶克服河流上因建坝（或天然）形成的水位差而安全通航的一种建筑物。我国举世瞩目的三峡大坝，上、下游水位差最高可达113m，船只通航就要依靠三峡船闸。三峡船闸是世界上最大的船闸，共由5个闸室组成。如图所示是单闸室船闸的工作示意图，下列有关说法错误的是（   ） A．它工作时是利用了连通器原理 B．在图中所示的时刻，如果关闭上游闸门C和阀门A，打开阀门B，闸室的水位降低，机械能减小 C．闸室和下游水位持平时，水不再受到重力 D．船闸在工作过程中闸室中的水遵循能量守恒定律 7．关于能量的转化，下列说法正确的是（　　） A．给手机充电时，化学能转化为电能 B．汽车紧急刹车路面上会留下清晰的刹车痕迹，机械能转化为内能 C．地球卫星在太空中由近地点向远地点运动的过程中，重力势能全部转化为动能 D．飞船返回舱进入大气层后下落的过程中，重力势能减小、动能增加，机械能守恒 二、多选题 8．如图是“风能--太阳能”路灯示意图，下列说法正确的是（      ） A．风能是可再生能源 B．太阳能来自太阳内部的核裂变 C．给蓄电池充电时电能转化为化学能 D．控制器中的集成电路主要用超导材料制成 三、实验题 9．太阳能热水器因节能环保而广泛应用。热水器由真空集热管、不锈钢保温水箱、连接管道等部件组成。集热器相当于电热水器中的电热管，保温水箱储存热水，连接管道将整套冷水、热水系统形成一个闭合的环路。实际使用中发现其效率受多种因素影响，小明思考:太阳能热水器效率与什么因素有关? 他猜想:与太阳能热水器的倾角、光照时间和水的质量有关。 为此，小明开展“影响太阳能热水器效率的因素”探究实验，装置如图所示。他采用同一太阳能热水器，在不同条件下进行测试，并记录相关数据如表所示： 实验序号 太阳能热水器的倾角 光照时间/h 水的质量/kg 水升高的温度/℃ 1 30° 2 10 10 2 45° 2 10 15 3 45° 3 10 20 4 45° 2 20 8 请你解答下列问题: （1）该实验通过比较 判断太阳能热水器效率高低。 （2）分析实验1和2，初步得出结论：在光照时间和水的质量相同时，太阳能热水器的倾角越大，太阳能热水器的效率越高。 （3）分析实验2和3，可初步得出结论： 。 （4）要探究“水的质量对太阳能热水器效率的影响”，应选择实验 进行对比。 （5）实验4中，水的质量比实验2多，但水升高的温度却低。从能量转化和比热容相关知识的角度分析，这样的数据合理吗?并说明理由 。 （6）除了上述列出的因素，还有哪些因素可能会影响太阳能热水器的效率?请至少说出两个因素： 。 ( 能力提升进阶练 ) 一、单选题 1．太阳能制氢是一种极具潜力的清洁能源技术，它利用光催化剂吸收太阳光，直接将水分解为氢气和氧气，氢气可以作为高效的能源载体，用于发电、交通、工业等领域。下列有关说法正确的是（    ） A．氢气不属于清洁能源 B．氢气燃料燃烧的过程中热值变小 C．太阳能来源于太阳内部氢核的聚变 D．太阳能不能直接用于发电 2．如图所示，敦煌盐塔式光热电站将太阳光会聚到熔盐吸热塔，阳光的能量被熔盐吸收，熔盐带着这些能量到达厂房，将水加热成水蒸气推动汽轮机发电，下列说法正确的是（　　） A．盐塔式光热电站实现了光电转化，将光能直接转化为电能 B．太阳能是不可再生能源 C．熔盐通过热传递的方式改变内能 D．能量在转移和转化过程中总量不断减少 3．如图所示，是一种新型节能路灯，它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板。关于节能灯的设计，下列说法错误的是（　　） A．太阳能电池板将太阳能转化为电能 B．小风扇是风力发电机，将电能转化为机械能 C．白天，多余的电能会储存在蓄电池里，是将电能转化为化学能 D．夜晚，蓄电池放电，将化学能转化为电能 4．关于能量的转化，下列说法正确的是（　　） A．给手机充电时，化学能转化为电能 B．汽车紧急刹车路面上会留下清晰的刹车痕迹，机械能转化为内能 C．地球卫星在太空中由近地点向远地点运动的过程中，重力势能全部转化为动能 D．飞船返回舱进入大气层后下落的过程中，重力势能减小、动能增加，机械能守恒 5．2024年5月，我国首款百公斤级车载液氢系统“赛道1000”研制成功，可助力氢能重卡突破1000公里续航里程，这是我国将液氢应用于交通运输领域的重大技术突破（）。下列说法正确的是（　　） A．氢能转化的过程具有方向性 B．用液氢作燃料是因为液氢含有的热量多 C．燃烧100kg的液氢一定能释放1.4×1010J的热量 D．氢能重卡的热机效率可高达100％ 6．船闸是帮助船舶克服河流上因建坝（或天然）形成的水位差而安全通航的一种建筑物。我国举世瞩目的三峡大坝，上、下游水位差最高可达113m，船只通航就要依靠三峡船闸。三峡船闸是世界上最大的船闸，共由5个闸室组成。如图所示是单闸室船闸的工作示意图，下列有关说法错误的是（   ） A．它工作时是利用了连通器原理 B．在图中所示的时刻，如果关闭上游闸门C和阀门A，打开阀门B，闸室的水位降低，机械能减小 C．闸室和下游水位持平时，水不再受到重力 D．船闸在工作过程中闸室中的水遵循能量守恒定律 7．如图，三结砷化镓柔性太阳能电池板发电技术，是一项非常先进的太阳能光电转换技术，它的光电转换效率超30%，比传统的硅基ROSA薄膜太阳能发电效率提高一倍以上，广泛应用于航天、军事、可穿戴设备等领域。关于三结砷化镓柔性太阳能电池板发电技术，下列说法正确的是（    ） A．太阳能属于不可再生能源 B．太阳能电池板工作时，将电能转化为太阳能 C．太阳能电池板工作的效率超30%，表明太阳能有将近70%转化为电能 D．光电转换过程中，能量的总量保持不变 8．如图，我国空间站太阳翼采用“T”字构型，可接收更多的太阳能，提高发电效果。关于太阳能的利用，下列说法正确的是（　　） A．太阳能属于不可再生能源 B．太阳能电池也会污染环境 C．太阳翼工作时将太阳能转化为电能 D．太阳能的转化效率可以达到100% 二、多选题 9．如图是“风能--太阳能”路灯示意图，下列说法正确的是（      ） A．风能是可再生能源 B．太阳能来自太阳内部的核裂变 C．给蓄电池充电时电能转化为化学能 D．控制器中的集成电路主要用超导材料制成 第 1 页 共 23 页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第二十章 能源与可持续发展 （复习讲义） 考点内容 新课标要求 命题预测 能源及其分类 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的利用可能带来的问题 《宇宙与微观世界》是学生了解性的内容，在教学中常冠以“了解”、“认识”。故对本单元的考题在中考试卷中会出现相应的内容，但所占分值一般不高，一般会在1分-3分之间。 本单元常见考点主要集中在能源及其分类、核能及其应用、太阳能及其应用、可再生与不可再生能源以及可持续发展等 核能及其利用 太阳能的来源 列举常见的不可再生能源和可再生能源；了解节约能源与可持续发展的重要性，培养学生为可持续发展做贡献、将科学服务于人类的使命感；从能源开发与利用的角度体会可持续发展的重要性 太阳能的利用 可再生能源与不可再生能源 能源与可持续发展 考点一 能源与可持续发展 一、能源 1.能源：一般而言，能够提高能量的物质资源都可以叫做能源。煤、石油、天然气是当今人类利用的主要能源。 2.常见能源 （1）化石能源：我们今天使用的煤、石油、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，所以称为化石能源。 （2）生物质能：生物质能是蕴藏在生物质（是各种生命产生或构成生命体的有机质的总称）中的能量，是绿色植物经过光合作用储存在生物质内部的能量，如柴薪、秸秆、动物粪便等。生物质能是人类利用最早、利用时间最长的能源，实际上也是化学能的一种。 （3）太阳能：由太阳辐射提供的能量。 （4）风能：自然界中空气的流动所具有的能量。 （5）地热能：地球内部高温熔岩所具有的能量，常通过地下水或喷发的熔岩送到地面从而被人们利用。 （6）电能：电流能以各种形式做功，所以电具有的能量叫做电能。 3.能源的分类 能源从不同角度可以划分为不同的类别。按能源的获取方式，可将能源分为一次能源和二次能源。 （1）一次能源：可以直接从自然界获得的能源是一次能源，如化石能源（包括煤、石油、天然气）、水能、风能、太阳能、地热能、生物质能以及核能等。其中煤、石油和天然气是当今世界一次能源的三大支柱，构成了全球能源家族结构的基本框架。 （2）二次能源：无法从自然界直接获取，必须通过消耗一次能源才能得到的能源叫二次能源，如电能、酒精、汽油、煤油、焦炭等。 4.能源危机 （1）原因：①化石能源储量并不丰富；②化石能源的开发利用后不能再生。 （2）应对措施：面对目前的能源形式，解决能源问题主要出路有：一是提高能源利用率，做到科学开发，解决使用；二是开发和利用新能源，如太阳能、风能、地热能等。 5.开发利用新能源 已探测数据表明，目前作为人类主要的能源的化石能源储量并不丰富，所以，开发新能源、更好的利用已知能源，是全球范围内的重要课题。随着第三次能源革命序幕的拉开，核能成为主要能源。同时人类正着力开发取之不尽用之不竭的太阳能，并取得了重大成就。核能、太阳能的开发和利用为人类的能源问题找到了新的出路。 二、核能 1.核能 （1）质子、中子依靠强大的核力紧密地结合在一起，要使他们它们分裂或结合极其困难，因此原子核十分牢固。但是，一旦质量较大的原子核发生分裂或质量较小的原子核相互结合，就有可能释放出惊人的能量，这就是核能。释放核能的方式有两种：核裂变、核聚变。 （2）核能是直接从自然界获得的，属于一次能源。核能也属于新能源。 2.裂变 用中子轰击质量比较大的铀235原子核，使其发生裂变，变成两个质量中等大小的原子核，同时释放出巨大的能量。1kg铀全部裂变，释放的能量超过2000t煤完全燃烧时释放的能量。 3.链式反应 （1）类比理解链式反应 将火柴搭成图甲所示的结构，点燃第一根火柴会引燃两根火柴，接着会引燃四根火柴… 甲 乙 （2）链式反应 如图乙所示，一个铀235原子核在一个中子轰击下发生裂变，释放出核能，同时产生几个新的中子，这几个新的中子又轰击其他铀核，导致其他铀核发生裂变，产生更多的中子…裂变反应将自动进行下去，参与反应的铀核数量越来越多，释放出巨大的能量。 4.裂变的利用 （1）核电站 ①核反应堆及核电站的工作原理 如图所示，控制链式反应的速度，使核能能够缓慢、平稳地释放的装置，叫做核反应堆。核反应堆是核电站的核心设备，它以铀为燃料。利用核反应堆中放出的核能先生成高温蒸汽，在驱动汽轮机带动发电机发电。 ②核反应堆中的能量转化 ③核电站的特点 a.消耗的热量少，产生的能量巨大； b.产生废渣少，对大气基本无污染； c.核反应会产生危害极大的射线，因而要采取严格的安全措施。 （2）原子弹 链式反应如果不加控制，大量原子核就会再一瞬间发生裂变，释放出极大的能量，以致引起威力强大的爆炸。原子弹就是根据这一原理制成的。 5.聚变（热核反应） 将某些质量很小的原子核，例如氘核（由一个质子和一个中子组成）与氚核（由一个质子和两个中子组成），在超高温下结合成新的原子核-氦核，也会释放出巨大的核能（如图所示），这就是聚变。聚变反应要求一开始就要有很高的温度，因此核聚变也称为热核反应。 （1）聚变的应用 大量氢核的聚变，可以在瞬间放出惊人的能量。氢弹就是利用核聚变原理制造的已知比原子弹威力还要大的核武器。迄今，人们还不能像控制核裂变那样，使核聚变在人工控制条件下进行。科学家经过几十年的艰苦探索，已经取得一定进展，但要真正安全、和平的利用核聚变所释放的核能，还要做长期艰苦的努力。 （2）可控核聚变释放的核能作为一种新能源，具有显著的特点 1）燃料丰富且运营成本低，核聚变的燃料之一—氘核在海水中大量存在，足以功全世界使用几百亿年。 2）不污染环境，是一种真正的清洁能源。 （3）裂变与聚变的比较 比较 裂变 聚变 定义 较大的原子核分裂为较小的原子核的过程 质量很小的原子核结合成较大一种的过程 条件 用中子轰击较大的原子核 超高温 释放核能大小 巨大 更加巨大 知否可以控制 可利用核反应堆控制链式反应的速度 目前，核聚变速度还不能认为控制 应用 原子弹、核电站 氢弹 （4）核能的特点 核能的优点 （1）储量丰富，核能总量十分巨大，它能极大地补充人类能源的不足； （2）核燃料能量密集，便于储运； （3）不排放污染气体，不会造成空气污染； （4）不排放二氧化碳气体，不会加重地球温室效应。 核能的缺点 （1）核能属于一次能源，会越用越少； （2）一旦发生核泄漏，会对地球生物造成严重的危害； （3）核反应堆中会产生核废料，在治理核废料过程中，代价较高。 选址及废物处理 （1）核电站一般建在能源需求量大，而且能源十分缺乏的地区； （2）核电站建在离人群较远的地方，避免对人畜造成伤害； （3）核废料要特殊处理后深埋在人烟稀少的地方。 三、太阳能 1.太阳能的产生—氢核聚变 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。因此可以讲，太阳核心每时每刻都在发生氢弹爆炸，所以说，太阳是一个巨大的“核能火炉”。 2.太阳能的传递—热辐射 太阳核心释放的能量向外扩散，可以传送到太阳表面。太阳表面温度约6000℃，就像一个高温气体组成的海洋。大部分太阳能以热和光的形式向四周辐射开去。 3.太阳的寿命 太阳这个巨大的“核能火炉”已经燃烧了近50亿年，目前它正处于壮年，要再过50亿年才会燃尽自己的核燃料。可以说，太阳能几乎是取之不尽用之不竭的。 4.太阳是人类能源的宝库 地球上除核能、地热能和潮汐能以外的能源基本上都来自于太阳能，所以说太阳是人类的能源宝库。 （1）化石能源的形成 远古时期的陆地和海洋中的植物，通过光合作用，将太阳能转化为生物体的化学能。在它们死后，躯体埋在地下和海底，经过几百万年的沉积、化学变化、地层的运动，在高压下渐渐变成了煤和石油（如图所示）。在石油形成过程中还放出天然气。今天我们开采化石燃料来获取能量，实际上是在开采上亿年前地球所接收的太阳能。也就是说，化石能源间接地来源于太阳能。 （2）地球上的风能、水能（江、河湖泊等水体）、生物质能的来源 地球上的风能、水能、生物质能等都来自于太阳能。 1）风能的形成：由于太阳照射到地球时，地面上各个位置受热不均匀，空气的冷暖程度就不一样。暖空气膨胀变轻后上升，冷空气变冷后变重下降，这样冷暖空气流动形成了风。风能来源于太阳能。 2）水能的形成：地表水在太阳的照射下，吸热蒸发变成水蒸气上升到高空中，液化形成的小水滴悬浮在高空中形成云；云中的小水滴聚集，凝结成大水滴下落形成雨，雨滴降落到地面汇入江、河、湖海中而流动，从而有了水的动能。水能来源于太阳能。 3）生物质能的形成：植物通过光合作用将太阳能以化学能的形式存储在植物体内，人类和动物从植物或其他动物获取生物质能以维持生命。生物质能来源于太阳能。 可见，人类利用风能、水能、生物质能等其实都是间接地利用太阳能。 5.太阳能的利用：太阳能的利用就是将太阳能转化为其他形式的能。 （1）太阳能的间接利用 由于化石能源、水能、风能、生物质能等都来源于太阳能，所以人类利用这些能源，实际上都是间接地利用太阳能。 （2）太阳能的直接利用：目前直接利用太阳能方式主要有：一种是光热转换，一种是光点转换。 1）光热转换 通过集热器直接利用太阳能进行加热，直接把太阳能转化为内能加以利用。例如，生活中的太阳能热水器、太阳灶、太阳能温室等。 太阳能热水器 太阳能灶 2）光电转换 光电转换是把太阳能转化为电能再加以利用，一般是通过太阳能电池来实现的。能将光能直接转化为电能的太阳能电池可作为人造卫星、航标灯、交通信号灯、晶体管收音机等的电源。现在不少城市大规模使用的太阳能路灯也是依靠太阳能电池来工作的。 6.太阳能的优缺点：能直接利用太阳能作为一种新能源，有一定的缺点，但具有其他能源不可比拟的优点。 优点 清洁无污染 太阳能是一种清洁能源，使用时不会带来任何污染 分布广、获取方便 太阳能分布广，不需要挖掘、开采和运输 持久、可再生 太阳能取之不尽用之不竭，太阳能内部的热核反应还足以持续50亿年之久，是人类可以利用的最丰富的新能源 缺点 分散 太阳能到达地球上时非常分散，接收装置需要有相当大的接收面积，提高了接收装置的造价 不稳定 太阳能的利用受天气、昼夜、地理位置的影响很大，而且还必须有储存装置，这不仅增加了技术上的困难，也使经济效益降低 转换效率低 太阳能的转换效率较低 四、能源与可持续发展 1.人类在消耗各种能源时，不可避免地会对环境造成影响。主要体现在以下几个方面： 热污染 化石能源在使用中产生大量的内能，其中未被利用的能量会造成热污染。例如，汽车尾气就是造成城市热岛效应的因素之一。 大气污染 化石能源在使用中会产生一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物、粉尘等，会造成大气的污染，形成酸雨，导致水、土壤的酸化，对植物、建筑物、金属构建造成危害。 温室效应 使用化石能源的过程中会产生大量的二氧化碳，使空气中的二氧化碳浓度增加，进一步加剧地球的温室效应。 生态破坏 一些欠发达地区过分依赖柴薪能源，破坏了森林和植被，加剧水土流失和土地荒漠化。 有害辐射 核能的开发和利用，也不是绝对清洁和安全的，处理不当或遇到特殊情况（如地震）发生核泄漏时，会对环境造成严重的辐射危害。 2.能源与可持续发展 为了减少能源消耗造成的环境污染问题，必须对能源的开发和利用有可持续发展的意识。可持续发展就是既要考虑当前发展需要，又要考虑未来发展的需要，不能以牺牲后人的利益为代价来满足当代人的需求。提高能源利用率，依靠科技进步，改进能源结构，开发、推广清洁的可再生能源，发展新的理想能源已成为世界各国实现可持续发展的当务之急。 3.不可再生能源和可再生能源 种类 概念 常见能源 不可再生能源 化石能源、核能等能源会越用越少，不能在短时间内总自然界得到补充，这类能源成为不可再生能源 煤、石油、天然气、核能 可再生能源 风能、水能等可以在自然界里源源不断地得到，这类能源成为可再生能源 风能、水能、太阳能、生物质能 4.未来的理想能源 未来的理想能源要能够大规模替代煤、石油、天然气等常规能源，必须满足一下四个条件： （1）必须满足够丰富，可以保证长期使用； （2）必须满足够便宜，可以保证多数人用得起； （3）相关的技术必须成熟，可以保证大规模使用； （4）必须满足安全、清洁，可以保证不会严重影响环境。 目前新能源的利用技术还不够成熟，还不能完全替代化石能源，如太阳能、核能的开发利用等，另外有可能还存在没有被人类发现的新能源，亟待人们去开发、利用。 ( 题型一 能源的分类 ) 1．我国“天宫”空间站使用了领先世界的柔性砷化镓太阳能电池来供电，它不仅薄如蝉翼，还不受太空恶劣环境影响，光电转化率超过30%。下列有关说法正确的是（   ） A．太阳能来自太阳内部的核裂变 B．太阳能电池板采用超导体材料制作 C．光电转化率是指光能转化成电能的功率 D．太阳能是一种清洁无污染的可再生能源 【答案】D 【详解】A．太阳能来自太阳内部的核聚变，氢原子核在超高温下发生聚变，释放出巨大的核能，源源不断地向外界释放光和热。故A错误； B．超导体是指在一定温度下电阻变为零的导体，目前超导体材料还不能广泛应用于太阳能电池板，太阳能电池板一般采用半导体材料制作，故B错误； C．光电转化率是指在一定时间内，转化得到的电能与输入的光能的比值，它反映的是光能转化为电能的比例关系，即效率，而不是功率。故C错误； D．可再生能源可以短时间内从自然界中源源不断地获取，太阳能是一种清洁、无污染的可再生能源，故D正确。 故选D。 2．如图所示，是我国的太阳能无人机“启明星50”，它是第一款以太阳能为唯一动力来源的全电大型无人机，通过在全身布满太阳能电池板为无人机提供动力。下列有关说法正确的是（　　） A．太阳能是二次能源 B．太阳能电池板是由超导材料制成的 C．太阳能是太阳内部发生核裂变产生的能量 D．地面控制台是利用电磁波控制其飞行轨迹的 【答案】D 【详解】A．太阳能是自然界中以原有形式存在的、未经加工转换的能源，属于一次能源，故A错误； B．太阳能电池板是由半导体材料制成的，不是超导材料，超导材料主要应用于超导磁悬浮、超导输电等方面，故B错误； C．太阳能是太阳内部发生核聚变产生的能量，而不是核裂变，故C错误； D．地面控制台和无人机之间是通过电磁波来传递信息，从而控制其飞行轨迹的，因为电磁波可以在真空中传播，故D正确。 故选D。 3．近年来某些城市的路边安装了智慧灯杆，如图，智慧灯杆除了照明还具有许多其他功能，如噪声监测、无线Wi-Fi、视频监控充电等。关于智慧灯杆，下列说法正确的是（    ） A．无线Wi-Fi是利用超声波传递信息的 B．智慧灯杆上LED灯的主要制造材料是半导体材料 C．智慧灯杆工作时消耗的电能属于一次能源 D．噪声监测功能可以在传播过程中减弱噪声 【答案】B 【详解】A．电磁波可以传递信息且可以在真空中传播，无线Wi-Fi是利用电磁波传递信息的，故A错误； B．智慧灯杆上LED灯的主要制造材料是半导体材料，半导体的导电性介于导电和绝缘体之间，故B正确； C．电能不能从自然界直接获取，必须通过一次能源的消耗才能得到，所以它是二次能源，故C错误； D．噪声监测仪只能监测噪音值，是一种监测设备，并不是降低噪音的手段和措施，在街头设置噪声监测仪，不能减弱噪声，故D错误。 故选 B。 ( 题型二 核能与核安全 ) 4．近年来，我国在科技领域取得了辉煌的成就。下列说法正确的是（　　） A．“华龙一号”核电站利用的是核聚变释放的能量 B．中国空间站的太阳能电池板将太阳能转化为电能 C．“复兴号”动车组控制系统中的芯片由超导体制成 D．“神舟十六号”的航天员在太空中利用声波和地面指挥中心传递信息 【答案】B 【详解】A．核电站通过可控核裂变释放能量，而核聚变尚未应用于商业发电，故A错误； B．中国空间站的太阳能电池板将太阳能转化为电能，为空间站提供电力，故B正确； C．“复兴号”动车组控制系统中的芯片由半导体材料制成，而不是超导材料，超导材料在特定条件下电阻为零，目前主要应用于一些特殊领域，如磁悬浮等，故C错误； D．声波传播需介质，太空为真空，只能通过电磁波传递信息，故D错误。 故选B。 5．科技改变生活，创新驱动发展。下列科技与生活的实例说法正确的是（    ） A．新能源汽车中用到的“氢能、太阳能、压缩天然气”等能源，均属于不可再生能源 B．新能源汽车中的纯电动汽车工作过程中将电能全部转化为机械能 C．华龙一号核电站利用核裂变产生的能量发电 D．5G通信信号的电磁波在真空中传播速度比4G的快 【答案】C 【详解】A．氢能、太阳能短时间内可以重复获得，属于可再生能源；压缩天然气短时间内不可以重复获得，属于不可再生能源，故A错误； B．使用任何机械，效率不可能达到100%，电动汽车工作时存在电能转化为热能等其他形式的能量，无法全部转化为机械能，故B错误； C．核裂变可以人为控制，核聚变不可控，目前核电站利用的是可控的核裂变，而可控核聚变技术仍在研发中，故C正确； D．所有电磁波在真空中的传播速度均为3×10⁸m/s，与通信技术无关，故D错误。 故选C。 6．能源是人类社会发展进步的物质基础。能源、信息、材料一起构成现代文明社会的三大支柱。下列说法正确的是（    ） A．当今世界能源资源丰富多样，无需节约，可满足未来能源需求的大幅增长 B．当今世界的主要能源为新能源，比如太阳能、核能 C．仅需3颗同步卫星就可以实现全球通信 D．碳纤维能“上天入海”在诸多领域大显身手，是因为其自身的质量小，强度大 【答案】C 【详解】A．当今世界能源资源虽然丰富多样，不过大多属于不可再生能源，像煤炭、石油等，它们的储量是有限的。而且随着全球经济的不断发展以及人口的持续增长，对能源的需求在不断增加。如果不节约能源，有限的能源很快就会消耗殆尽，无法满足未来能源需求的大幅增长，所以需要节约能源，故A错误； B．目前，在世界能源结构中，传统能源如煤炭、石油、天然气等仍然占据主要地位。虽然太阳能、核能等新能源发展迅速，但它们在能源结构中所占的比例相对较小，所以当今世界的主要能源还是传统能源，故B错误； C．根据卫星通信的原理，仅需3 颗同步卫星就可以实现全球通信。同步卫星位于地球赤道上空约36000千米的高度，它们相对地球静止，三颗同步卫星可以覆盖全球大部分地区，从而实现全球通信，故C正确； D．碳纤维能在“上天入海”等诸多领域大显身手，是因为其自身具有密度小、强度大等优良性能，而不是质量小，故D错误。 故选C。 ( 基础巩固通关测 ) 一、单选题 1．太阳能制氢是一种极具潜力的清洁能源技术，它利用光催化剂吸收太阳光，直接将水分解为氢气和氧气，氢气可以作为高效的能源载体，用于发电、交通、工业等领域。下列有关说法正确的是（    ） A．氢气不属于清洁能源 B．氢气燃料燃烧的过程中热值变小 C．太阳能来源于太阳内部氢核的聚变 D．太阳能不能直接用于发电 【答案】C 【详解】A．清洁能源是指在生产和使用过程中不产生或很少产生污染物的能源。氢气燃烧的产物只有水，不会产生二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等污染物，对环境友好，所以氢气属于清洁能源，故A错误； B．燃料的热值是指单位质量（或体积）的燃料完全燃烧时所放出的热量，它是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等因素无关。 因此，氢气燃料在燃烧的过程中，其热值不会变小，故B错误； C．太阳能来源于太阳内部氢核的聚变反应。在太阳内部，氢原子核在超高温和超高压的条件下发生聚变，聚合成氦原子核，同时释放出巨大的能量，这些能量以光和热的形式辐射到宇宙空间，其中一部分到达地球，就成为了我们所说的太阳能，故C正确；   D．太阳能可以直接用于发电，如太阳能光伏发电，故D错误。 故选C。 2．如图，三结砷化镓柔性太阳能电池板发电技术，是一项非常先进的太阳能光电转换技术，它的光电转换效率超30%，比传统的硅基ROSA薄膜太阳能发电效率提高一倍以上，广泛应用于航天、军事、可穿戴设备等领域。关于三结砷化镓柔性太阳能电池板发电技术，下列说法正确的是（    ） A．太阳能属于不可再生能源 B．太阳能电池板工作时，将电能转化为太阳能 C．太阳能电池板工作的效率超30%，表明太阳能有将近70%转化为电能 D．光电转换过程中，能量的总量保持不变 【答案】D 【详解】A．太阳能属于可再生能源，取之不尽用之不竭，故A错误； B．太阳能电池板工作时，将太阳能转化为电能，故B错误； C．太阳能电池板工作的效率超30%，表明太阳能有将近30%转化为电能，故C错误； D．根据能量守恒定律，能量不会凭空产生，也不会无缘无故消失，只会发生转移和转化，能的总量不变，光电转换过程中，能量的总量保持不变，故D正确。 故选D。 3．2024年上半年，中国汽车出口量增长31%，有望连续两年位居全球出口量第一。其中某款电动智能汽车采用内燃机与电动机混合动力系统，该款汽车启动时，内燃机不工作，电池输出能量驱动汽车。下列对电动智能汽车的分析正确的是（　　） A．电动智能汽车替代燃油汽车，会增加碳的排放 B．人工智能系统所使用的芯片主要由超导体材料制成 C．电动智能汽车启动时，电池输出的电能属于二次能源 D．电动智能汽车启动时，电池的化学能直接转化为汽车的机械能 【答案】C 【详解】A．电动智能汽车替代燃油汽车，会较少碳的排放，故A错误； B．人工智能系统所使用的芯片主要由半导体材料制成，故B错误； C．电能是消耗其它能源经过加工转换来的，属于二次能源，故C正确； D．电动智能汽车启动时，电池将化学能转化为电能，然后通过电动机将电能转化为机械能，从而驱动汽车运行，故D错误。 故选C。 4．如图，我国空间站太阳翼采用“T”字构型，可接收更多的太阳能，提高发电效果。关于太阳能的利用，下列说法正确的是（　　） A．太阳能属于不可再生能源 B．太阳能电池也会污染环境 C．太阳翼工作时将太阳能转化为电能 D．太阳能的转化效率可以达到100% 【答案】C 【详解】A．太阳能可源源不断地从自然界得到，是可再生能源，故A错误； B．太阳能电池在全生命周期中存在污染环境的风险，主要体现在制造环节的化学污染和废弃后的回收处理问题，但在使用过程不会污染环境，故B错误； C．太阳翼工作时，将吸收的太阳能转化为电能，故C正确； D．能量转换存在损耗，所以太阳能的转化效率不会达到100%，故D错误。 故选C。 5．如图所示，敦煌盐塔式光热电站将太阳光会聚到熔盐吸热塔，阳光的能量被熔盐吸收，熔盐带着这些能量到达厂房，将水加热成水蒸气推动汽轮机发电，下列说法正确的是（　　） A．盐塔式光热电站实现了光电转化，将光能直接转化为电能 B．太阳能是不可再生能源 C．熔盐通过热传递的方式改变内能 D．能量在转移和转化过程中总量不断减少 【答案】C 【详解】A．光热电站并不是直接将光能转化为电能，而是先将太阳能通过熔盐吸热转化为内能，再通过加热水产生蒸汽推动汽轮机转化为机械能，最后转化为电能，故A错误； B．太阳能是可再生能源，因为太阳的能量在人类时间尺度上是取之不尽、用之不竭的，故B错误； C．熔盐吸收阳光的能量是通过热传递实现的，其内能因此增加，故C正确； D．根据能量守恒定律，能量在转移和转化过程中总量保持不变，故D错误。 故选C 。 6．船闸是帮助船舶克服河流上因建坝（或天然）形成的水位差而安全通航的一种建筑物。我国举世瞩目的三峡大坝，上、下游水位差最高可达113m，船只通航就要依靠三峡船闸。三峡船闸是世界上最大的船闸，共由5个闸室组成。如图所示是单闸室船闸的工作示意图，下列有关说法错误的是（   ） A．它工作时是利用了连通器原理 B．在图中所示的时刻，如果关闭上游闸门C和阀门A，打开阀门B，闸室的水位降低，机械能减小 C．闸室和下游水位持平时，水不再受到重力 D．船闸在工作过程中闸室中的水遵循能量守恒定律 【答案】C 【详解】A．船闸工作时，闸室分别与上游和下游构成了连通器，使得船只能顺利通过，故A正确，不符合题意； B．在图中所示的时刻，如果关闭上游闸门C和阀门A，打开阀门B，闸室和下游构成了连通器，闸室中水位下降，质量减小，则动能减小，重力势能减小，所以机械能减小，故B正确，不符合题意； C．闸室和下游水位持平时，水仍受到竖直向下的重力的作用，故C错误，符合题意； D．船闸在工作过程中闸室中的水的能量不管如何转移或转化，均遵循能量守恒定律，故D正确，不符合题意。 故选C。 7．关于能量的转化，下列说法正确的是（　　） A．给手机充电时，化学能转化为电能 B．汽车紧急刹车路面上会留下清晰的刹车痕迹，机械能转化为内能 C．地球卫星在太空中由近地点向远地点运动的过程中，重力势能全部转化为动能 D．飞船返回舱进入大气层后下落的过程中，重力势能减小、动能增加，机械能守恒 【答案】B 【详解】A．给手机充电时，将电能转化为化学能，故A错误； B．汽车紧急刹车路面上会留下清晰的刹车痕迹，克服摩擦力做功，机械能转化成内能，故B正确； C．地球卫星在太空中由近地点向远地点运动的过程，高度增大，重力势能增大，动能减小，总机械能守恒，动能转化为重力势能，故C错误； D．飞船返回舱进入大气层后下落的过程中，质量不变，速度增大，动能增大，高度降低，重力势能减小，返回舱和空气摩擦，机械能转化为内能，此时的机械能是不守恒的，故D错误。 故选B。 二、多选题 8．如图是“风能--太阳能”路灯示意图，下列说法正确的是（      ） A．风能是可再生能源 B．太阳能来自太阳内部的核裂变 C．给蓄电池充电时电能转化为化学能 D．控制器中的集成电路主要用超导材料制成 【答案】AC 【详解】A．风能可以从自然界源源不断地获得，是可再生能源，故A正确； B．核反应有可控的核裂变与不可控的核聚变，太阳能来自太阳内部不可控的核聚变，故B错误； C．给蓄电池充电时，蓄电池消耗电能，将电能转化为化学能储存起来，故C正确； D．控制器中的集成电路主要是用半导体材料制成，而不是超导材料，故D错误。 故选AC。 三、实验题 9．太阳能热水器因节能环保而广泛应用。热水器由真空集热管、不锈钢保温水箱、连接管道等部件组成。集热器相当于电热水器中的电热管，保温水箱储存热水，连接管道将整套冷水、热水系统形成一个闭合的环路。实际使用中发现其效率受多种因素影响，小明思考:太阳能热水器效率与什么因素有关? 他猜想:与太阳能热水器的倾角、光照时间和水的质量有关。 为此，小明开展“影响太阳能热水器效率的因素”探究实验，装置如图所示。他采用同一太阳能热水器，在不同条件下进行测试，并记录相关数据如表所示： 实验序号 太阳能热水器的倾角 光照时间/h 水的质量/kg 水升高的温度/℃ 1 30° 2 10 10 2 45° 2 10 15 3 45° 3 10 20 4 45° 2 20 8 请你解答下列问题: （1）该实验通过比较 判断太阳能热水器效率高低。 （2）分析实验1和2，初步得出结论：在光照时间和水的质量相同时，太阳能热水器的倾角越大，太阳能热水器的效率越高。 （3）分析实验2和3，可初步得出结论： 。 （4）要探究“水的质量对太阳能热水器效率的影响”，应选择实验 进行对比。 （5）实验4中，水的质量比实验2多，但水升高的温度却低。从能量转化和比热容相关知识的角度分析，这样的数据合理吗?并说明理由 。 （6）除了上述列出的因素，还有哪些因素可能会影响太阳能热水器的效率?请至少说出两个因素： 。 【答案】 水升高的温度 见解析 2和4 见解析 见解析 【详解】（1）[1]由转换法可知，实验通过比较水升高的温度判断太阳能热水器效率高低，水升高的温度越高，则太阳能热水器效率越高。 （3）[2]分析实验2和3，太阳能热水器的倾角和水的质量相同，第3次光照时间较长，水升高的温度较高，太阳能热水器效率较高，可以得到在太阳能热水器的倾角和水的质量相同时，光照时间越长，太阳能热水器效率越高。 （4）[3]要探究“水的质量对太阳能热水器效率的影响”，保持太阳能热水器的倾角和光照时间相同，水的质量不同，选择实验2和4。 （5）[4]实验2和4中太阳能热水器工作时，将太阳能转化为内能，光照时间相同，热水器中水吸收的热量相同，实验4中，水的质量比实验2多，根据Q=cmΔt可知，热量和比热容相同，升高的温度和质量成反比，所以水升高的温度会降低。 （6）[5]光照强度（太阳辐射强度）：强光下集热管吸收能量更快。环境温度：低温环境会导致保温水箱散热加快。所以影响太阳能热水器的效率可能有光照强度、环境温度等。 ( 能力提升进阶练 ) 一、单选题 1．太阳能制氢是一种极具潜力的清洁能源技术，它利用光催化剂吸收太阳光，直接将水分解为氢气和氧气，氢气可以作为高效的能源载体，用于发电、交通、工业等领域。下列有关说法正确的是（    ） A．氢气不属于清洁能源 B．氢气燃料燃烧的过程中热值变小 C．太阳能来源于太阳内部氢核的聚变 D．太阳能不能直接用于发电 【答案】C 【详解】A．清洁能源是指在生产和使用过程中不产生或很少产生污染物的能源。氢气燃烧的产物只有水，不会产生二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等污染物，对环境友好，所以氢气属于清洁能源，故A错误； B．燃料的热值是指单位质量（或体积）的燃料完全燃烧时所放出的热量，它是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等因素无关。 因此，氢气燃料在燃烧的过程中，其热值不会变小，故B错误； C．太阳能来源于太阳内部氢核的聚变反应。在太阳内部，氢原子核在超高温和超高压的条件下发生聚变，聚合成氦原子核，同时释放出巨大的能量，这些能量以光和热的形式辐射到宇宙空间，其中一部分到达地球，就成为了我们所说的太阳能，故C正确；   D．太阳能可以直接用于发电，如太阳能光伏发电，故D错误。 故选C。 2．如图所示，敦煌盐塔式光热电站将太阳光会聚到熔盐吸热塔，阳光的能量被熔盐吸收，熔盐带着这些能量到达厂房，将水加热成水蒸气推动汽轮机发电，下列说法正确的是（　　） A．盐塔式光热电站实现了光电转化，将光能直接转化为电能 B．太阳能是不可再生能源 C．熔盐通过热传递的方式改变内能 D．能量在转移和转化过程中总量不断减少 【答案】C 【详解】A．光热电站并不是直接将光能转化为电能，而是先将太阳能通过熔盐吸热转化为内能，再通过加热水产生蒸汽推动汽轮机转化为机械能，最后转化为电能，故A错误； B．太阳能是可再生能源，因为太阳的能量在人类时间尺度上是取之不尽、用之不竭的，故B错误； C．熔盐吸收阳光的能量是通过热传递实现的，其内能因此增加，故C正确； D．根据能量守恒定律，能量在转移和转化过程中总量保持不变，故D错误。 故选C 。 3．如图所示，是一种新型节能路灯，它“头顶”小风扇，“肩扛”太阳能电池板。关于节能灯的设计，下列说法错误的是（　　） A．太阳能电池板将太阳能转化为电能 B．小风扇是风力发电机，将电能转化为机械能 C．白天，多余的电能会储存在蓄电池里，是将电能转化为化学能 D．夜晚，蓄电池放电，将化学能转化为电能 【答案】B 【详解】A．“肩扛”太阳能电池板吸收太阳能，将太阳能转化为电能，故A正确，不符合题意； B．小风扇是风力发电机，将机械能转化为电能，故B错误，符合题意； C．多余的电能会储存在蓄电池里，是将电能转化为化学能存储在电池内部，故C正确，不符合题意； D．蓄电池在夜晚放电时，输出电能，将化学能转化为电能，故D正确，不符合题意。 故选B。 4．关于能量的转化，下列说法正确的是（　　） A．给手机充电时，化学能转化为电能 B．汽车紧急刹车路面上会留下清晰的刹车痕迹，机械能转化为内能 C．地球卫星在太空中由近地点向远地点运动的过程中，重力势能全部转化为动能 D．飞船返回舱进入大气层后下落的过程中，重力势能减小、动能增加，机械能守恒 【答案】B 【详解】A．给手机充电时，将电能转化为化学能，故A错误； B．汽车紧急刹车路面上会留下清晰的刹车痕迹，克服摩擦力做功，机械能转化成内能，故B正确； C．地球卫星在太空中由近地点向远地点运动的过程，高度增大，重力势能增大，动能减小，总机械能守恒，动能转化为重力势能，故C错误； D．飞船返回舱进入大气层后下落的过程中，质量不变，速度增大，动能增大，高度降低，重力势能减小，返回舱和空气摩擦，机械能转化为内能，此时的机械能是不守恒的，故D错误。 故选B。 5．2024年5月，我国首款百公斤级车载液氢系统“赛道1000”研制成功，可助力氢能重卡突破1000公里续航里程，这是我国将液氢应用于交通运输领域的重大技术突破（）。下列说法正确的是（　　） A．氢能转化的过程具有方向性 B．用液氢作燃料是因为液氢含有的热量多 C．燃烧100kg的液氢一定能释放1.4×1010J的热量 D．氢能重卡的热机效率可高达100％ 【答案】A 【详解】A．能量的转化和转移是有方向性的，氢能转化也不例外，故A 正确； B．用液氢作燃料是因为液氢热值大，在完全燃烧等质量的燃料时，放出的热量更多，且热量是过程量，不能“含有”，故B错误； C．完全燃烧100kg的液氢放出的热量 液氢在燃烧时很难达到完全燃烧，故不一定能释放的热量，故C错误； D．任何热机的效率都不可能达到100%，因为在能量转化过程中总会有能量的损耗，故D错误。 故选A。 6．船闸是帮助船舶克服河流上因建坝（或天然）形成的水位差而安全通航的一种建筑物。我国举世瞩目的三峡大坝，上、下游水位差最高可达113m，船只通航就要依靠三峡船闸。三峡船闸是世界上最大的船闸，共由5个闸室组成。如图所示是单闸室船闸的工作示意图，下列有关说法错误的是（   ） A．它工作时是利用了连通器原理 B．在图中所示的时刻，如果关闭上游闸门C和阀门A，打开阀门B，闸室的水位降低，机械能减小 C．闸室和下游水位持平时，水不再受到重力 D．船闸在工作过程中闸室中的水遵循能量守恒定律 【答案】C 【详解】A．船闸工作时，闸室分别与上游和下游构成了连通器，使得船只能顺利通过，故A正确，不符合题意； B．在图中所示的时刻，如果关闭上游闸门C和阀门A，打开阀门B，闸室和下游构成了连通器，闸室中水位下降，质量减小，则动能减小，重力势能减小，所以机械能减小，故B正确，不符合题意； C．闸室和下游水位持平时，水仍受到竖直向下的重力的作用，故C错误，符合题意； D．船闸在工作过程中闸室中的水的能量不管如何转移或转化，均遵循能量守恒定律，故D正确，不符合题意。 故选C。 7．如图，三结砷化镓柔性太阳能电池板发电技术，是一项非常先进的太阳能光电转换技术，它的光电转换效率超30%，比传统的硅基ROSA薄膜太阳能发电效率提高一倍以上，广泛应用于航天、军事、可穿戴设备等领域。关于三结砷化镓柔性太阳能电池板发电技术，下列说法正确的是（    ） A．太阳能属于不可再生能源 B．太阳能电池板工作时，将电能转化为太阳能 C．太阳能电池板工作的效率超30%，表明太阳能有将近70%转化为电能 D．光电转换过程中，能量的总量保持不变 【答案】D 【详解】A．太阳能属于可再生能源，取之不尽用之不竭，故A错误； B．太阳能电池板工作时，将太阳能转化为电能，故B错误； C．太阳能电池板工作的效率超30%，表明太阳能有将近30%转化为电能，故C错误； D．根据能量守恒定律，能量不会凭空产生，也不会无缘无故消失，只会发生转移和转化，能的总量不变，光电转换过程中，能量的总量保持不变，故D正确。 故选D。 8．如图，我国空间站太阳翼采用“T”字构型，可接收更多的太阳能，提高发电效果。关于太阳能的利用，下列说法正确的是（　　） A．太阳能属于不可再生能源 B．太阳能电池也会污染环境 C．太阳翼工作时将太阳能转化为电能 D．太阳能的转化效率可以达到100% 【答案】C 【详解】A．太阳能可源源不断地从自然界得到，是可再生能源，故A错误； B．太阳能电池在全生命周期中存在污染环境的风险，主要体现在制造环节的化学污染和废弃后的回收处理问题，但在使用过程不会污染环境，故B错误； C．太阳翼工作时，将吸收的太阳能转化为电能，故C正确； D．能量转换存在损耗，所以太阳能的转化效率不会达到100%，故D错误。 故选C。 二、多选题 9．如图是“风能--太阳能”路灯示意图，下列说法正确的是（      ） A．风能是可再生能源 B．太阳能来自太阳内部的核裂变 C．给蓄电池充电时电能转化为化学能 D．控制器中的集成电路主要用超导材料制成 【答案】AC 【详解】A．风能可以从自然界源源不断地获得，是可再生能源，故A正确； B．核反应有可控的核裂变与不可控的核聚变，太阳能来自太阳内部不可控的核聚变，故B错误； C．给蓄电池充电时，蓄电池消耗电能，将电能转化为化学能储存起来，故C正确； D．控制器中的集成电路主要是用半导体材料制成，而不是超导材料，故D错误。 故选AC。 第 1 页 共 23 页 学科网（北京）股份有限公司 $$