第二十一章 能源、材料与社会-2025-2026学年沪科版（2024）九年级全一册物理

该初中物理课件围绕“能量的转化与守恒”核心内容，系统梳理能量的转移与转化、守恒定律、方向性及效率等知识点，以太阳能源头引入，通过例题和生活实例搭建从概念理解到实际应用的学习支架，帮助学生构建完整的能量知识体系。 其特色在于紧扣物理观念中的能量观念，通过科学思维中的科学推理（如太阳能热水器效率计算）和模型建构（能量转化过程分析），结合科学态度与责任中的可持续发展理念。资料中例题习题联系生活（混合动力汽车、高转筒车），既深化学生对能量守恒的理解，又培养解决实际问题的能力，教师使用时可高效落实核心素养，提升教学效果。

第三节　跨学科：材料的利用与开发 第21章　能源、材料与社会 知识点一　人类早期对材料的利用　 人类社会的发展与人们对材料的认识、开发和利用密切相关，人类发展过程中先后经历了石器时代、青铜器时代和钢铁材料时代。 知识点二　导电性材料的利用与开发　 根据材料的导电性能，材料可分为 　导体　、 　半导体　及 　绝缘体　三大类。 1. 容易导电的材料是 　导体　。 2. 不容易导电的材料是 　绝缘体　。 3. 半导体材料的导电性能介于 　导体　与 　绝缘体　之间。半导体材料可以制成二极管、三极管等半导体元件和集成电路。半导体二极管具有 　单向导电　性，半导体三极管可以用来 　放大电信号　。 导体　 半导体　 绝缘体　 导体　 绝缘体　 导体　 绝缘体　 单向导电　 放大电信号　 （2024·北京）下列物品中，通常情况下属于导体的是（　C　） A. 陶瓷杯 B. 橡皮 C. 钢尺 D. 塑料水瓶 C 知识点三　开发新材料　 1. 超导材料 超导现象和超导体：当温度降低到足够低时，某些材料的电阻值突然降低到零，这种现象叫做 　超导现象　，能够发生超导现象的材料称为 　超导材料　。 2. 纳米材料 （1）纳米材料是指合成材料的基本单元大小限制在1～100 nm 范围内的材料。 （2）特点：除了其基本单元的尺度小以外，在力、热、声、光、电、磁等方面还表现出许多特殊的性能。 超导现象　 超导材料　 某些物质在温度很低的情况下，电阻就变成零，这种现象叫超导现象。如果把超导现象应用于实际，则（　B　） A. 可用超导材料制作电炉丝 B. 可用超导材料制作输电线 C. 可用超导材料制作滑动变阻器的电阻丝 D. 可用超导材料制作白炽灯泡的灯丝 B 1.物理老师出了一道辨别导体和绝缘体的题目,下列物品常温下属于导体的是 (　　) A.玻璃板 B.陶瓷碗 C.橡胶鞋 D.金属勺 2.(2024·广西)关于超导材料,下列说法正确的是 (　　) A.是绝缘体材料 B.是半导体材料 C.常温常压下电阻为零 D.用来输电可减少电能损耗 D D 6 3.纳米陶瓷作为新材料应用广泛,它具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温、防渗透、无磁性等特点,下列选项中不能使用纳米陶瓷材料的是(　　) A.装烧碱的容器 B.切割金属的刀具 C.乘坐公交用的IC卡 D.“C919”客机的外表涂层 C 7 4.下列说法正确的是 (　　) A.集成电路中的元件都是用超导材料制成的 B.三极管是用半导体材料制成的 C.现代建筑物上的避雷针是用绝缘材料制成的 D.光盘是用磁性材料制成的 B 8 5.LED(发光二极管)灯的主要材料是　 　(选填“导体”“半导体”或“超导体”),此材料具有　 　 性。家用电饭锅的电阻丝　 　(选填“可以”或“不可以”)选用超导材料制作。 半导体 单向导电 不可以 9 6.二十世纪初,科学家发现有些物质在温度很低时,电阻突然消失,这就是　 　现象。这个很低的温度叫做临界温度,目前我国在这项技术领域远超其他国家。我们知道绝对温度(T)与摄氏温度(t)的关系是T=(t+273)K,绝对温度77 K相当于　 　℃。如果利用这种材料制作导线进行远距离输电,导线　 　(选填“会”或“不会”)发热。 超导 -196 不会 10 $$第一节　能量的转化与守恒 第21章　能源、材料与社会 知识点一　能量的转移与转化　 1. 能量不但可以从一个物体 　转移　到其他物体，而且可从一种形式 　转化　为其他形式。 2. 地球上的能量主要来源于 　太阳　。 转移　 转化　 太阳　 下列关于能量转化、转移现象的说法中，错误的是（　C　） A. 电池充电，电能转化为化学能 B. 电动机工作，电能转化为机械能 C. 暖瓶塞被热气弹开，机械能转化为内能 D. 用热水袋取暖，内能发生了转移 C 知识点二　能量守恒定律　 能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式 　转化　为其他形式，或者从一个物体 　转移　到其他物体，而能量的 　总量　保持不变。 下列有关能量转化和守恒的说法正确的是（　D　） A. 用电器通电工作时，将其他形式的能转化为电能 B. 氢氧化钠与盐酸反应是放热反应，该反应将内能转化为化学能 C. 植物光合作用合成有机物，说明能量可以创生 D. “既要马儿跑，又要马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律 转化　 转移　 总量　 D 知识点三　能量转移和转化的方向　 物理学的研究表明，能量的转移与转化具有 　方向　性。 各种形式的能量都不是孤立的，它们可以在一定条件下发生转化，且能量的转化是有方向的，下面几幅图按能量转化的顺序，排列正确的是（　C　） A. ①②③④ B. ②③④① C. ②①③④ D. ①③④② 方向　 C 知识点四　能量转移和转化的效率　 1. 在能量转移和转化的过程中， 　输出的有用　能量与 　输入总　能量之比称为能量转化效率，通常用 　百分率　表示。 2. 在所有的能量利用过程中，能量损耗不可避免。提高 　能量利用的效率　是节能问题的核心，是可持续发展的重要措施之一。 输出的有用　 输入总　 百分率　 能量利用的效 率　 太阳能热水器是直接利用太阳能给水加热的装置，下表中是小张家的太阳能热水器某天在阳光照射下的相关信息，其中太阳辐射功率是指1 h内投射到1 m2面积上的太阳能。[c水＝4.2×103 J/（kg·℃）]求： 太阳照射时间/h 装水量/kg 吸热板面积/m2 水升高的温度/℃ 太阳辐射功率/[J/（ m2·h）] 10 100 2 50 2.1×106 （1）水在10 h内吸收的热量； 解：（1）水在10 h内吸收的热量：Q吸＝c水 m水Δt＝4.2×103 J/（kg·℃）×100 kg×50 ℃＝2.1×107 J （2）若水吸收的热量用天然气来提供，需要完全燃烧多少立方米的天然气；（q天然气＝8.4×107 J/m3，天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收） 解：（2）若水吸收的热量用天然气来提供，即Q放＝Vq天然气＝Q吸＝2.1×107 J 则需要天然气的体积：V＝＝＝0.25 m3 （3）该太阳能热水器的能量转化效率。 解：（3）10 h太阳能热水器吸收的太阳能：E＝2.1×106 J/（m2·h）×10 h×2 m2＝4.2×107 J 则该太阳能热水器的能量转化效率： η＝×100％＝×100％＝50％   1.(2024·湖南)有关能量的转移、转化和利用,下列说法正确的是 (　 　) A.电烤炉取暖,是电能转移到人体 B.钻木取火,是内能转化为机械能 C.中医提倡的热水泡脚,是通过热传递的方式增大脚部的内能 D.用嘴对着手哈气取暖,主要是通过做功的方式增大手的内能 C 2.关于能量的转化或转移过程,下列说法错误的是 (　　) A.地球上的化石能源归根结底来自远古时期的太阳能 B.自然界中水能的循环再生过程不遵循能量守恒定律 C.空调将室内空气的内能转移至高温的室外需要消耗电能 D.热水自然变凉,能量自发地从高温物体转移至低温物体 B 9 3.《天工开物》中记载有一种自动引水灌溉工具——“高转筒车”(如图)。使用时下方转轮安装在河道中,流水驱动轮子转动,系在传动绳索上的竹筒将水从河里源源不断输送到上方农田中。下列说法正确的是 (　　) A.这是一台“永动机” B.水在输送过程中重力势能不变 C.转轮转速越快输水做功功率越大 D.上、下两个转轮可分别看作定滑轮和动滑轮 C 10 4.(2024·济南)自然界中,能量不但可以从一个物体转移到其他物体,而且可以从一种形式转化为其他形式。例如泉城广场荷花音乐喷泉利用电动机把水喷向空中时,电动机将　 　转化为机械能和内能,此过程中能的总量　 　(选填“逐渐增大”“保持不变”或“逐渐减小”)。 5.现代电动汽车为了节能,都安装了能量回收装置,在汽车刹车时带动发电机,将汽车的　 　能转化为电能,为汽车提供后续运动的能量。有人认为,只要不断改进,这种汽车就可以一边行驶,一边发电,永远运动下去,这种观念违背了　 　。 电能 保持不变 机械 能量守恒定律 11 6.如图所示的是某款油电混合动力汽车。汽油机燃烧汽油获得的能量既向车轮提供动力,又给蓄电池充电,同时蓄电池又将部分能量通过驱动电机向车轮提供动力。假设汽油完全燃烧,且忽略蓄电池和电机的热量损失,汽油的热值为4.6×107 J/kg。某次测试中,消耗汽油2.5 kg,汽油燃烧 放出的热量的40%用于驱动汽车行驶和蓄电池 充电。假设测试中,驱动汽车行驶所需的总能 量E1=4×107 J,E1的65%直接来自汽油燃烧释放 的热量转化。 (1)此次测试中,汽油完全燃烧放出的热量是　 　J。 (2)此次测试中,向蓄电池充电的能量E2为　 　J。 1.15×108 2×107 12 $$第二节　跨学科：能源的开发与利用 第21章　能源、材料与社会 知识点一　人类对能源的利用 1. 能源是能够为人类提供能量的物质，它分为 　可再生　能源和 　不可再生　能源两大类。 （1）可再生能源：可长期提供或可再生的能源属于可再生能源。如 　太阳　能、 　风　能、水能以及生物质能等。 （2）不可再生能源：一旦消耗就很难再生的能源属于不可再生能源。如 　煤　、 　石油　、 　天然气　和 　铀矿　等。 2. 能源与环境 能源的大量开发和使用，会造成环境污染与生态破坏。 可再生　 不可 再生　 太阳　 风　 煤　 石油　 天然气　 铀矿　 开发和利用可再生能源，可实现人类社会的可持续发展。以下属于可再生能源的是（　D　） A. 石油 B. 天然气 C. 煤 D. 风能 D 知识点二　开发核能与重视核安全 核能的开发和利用一般有两种方式：一种是利用 　核裂变　释放能量；另一种是利用 　核聚变　释放能量。 （1）核裂变是较重的原子核裂变为较轻的原子核的一种核反应。如原子弹、核能发电站。 （2）核聚变是较轻的原子核结合成为较重的原子核的一种核反应。如氢弹。 核裂变　 核聚变　 （2024·湖北）2024年5月25日，我国第三代核电站“华龙一号”示范工程全面建成。关于核能的利用，下列说法正确的是（　D　） A. 核能是可再生能源 B. “华龙一号”是利用聚变产生能量 C. 核燃料中的铀原子核由大量质子和电子组成 D. 核废料仍具有放射性，一般深埋在人烟稀少的地方 D 知识点三　开发新能源 1. 太阳能 （1）太阳能是一种既相对 　清洁　，又 　取之不尽　的能源。 （2）利用方式： 光转化为 　电　 太阳能电池 太阳能→ 　电　能 光转化为 　热　 太阳能热水器 太阳能→ 　内　能 2. 其他新能源：风能、地热能、潮汐能等。 清洁　 取之不尽　 电　 电　 热　 内　 如图所示为一款爆闪警示灯，常放置在存有安全隐患的危险路段，通过有规律的爆闪，起到有效的警示作用。太阳能电池板是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，白天，太阳能电池板给蓄电池充电，蓄电池再给LED红蓝灯供电，LED红蓝灯发光时几乎不发热，则（　C　） C A. 当太阳能电池板给蓄电池充电时，蓄电池相当于电源 B. 蓄电池给LED红蓝灯供电时，蓄电池将化学能直接转化为光能 C. LED红蓝灯发光时将电能大部分转化为光能 D. 白天太阳能电池板将太阳能转化为化学能 1.(2024·淮安)下列发电站利用不可再生能源发电的是 (　 　) A.火力发电站 B.光伏发电站 C.水力发电站 D.风力发电站 2.发展是人类永恒的主题,能源与社会发展关系密切。关于能源与可持续发展,下列说法正确的是 (　　) A.煤、石油属于可再生能源 B.太阳能电池可以将太阳能转化为电能 C.能量是守恒的,我们不需要节约能源 D.核电站利用核聚变释放的能量进行发电 A B 3.能源是人类发展的重要因素,下列做法不能有效缓解能源危机的是 (　　) A.加强宣传力度,使人们形成节能意识 B.注重技术创新,提高能量转化过程中的效率 C.不断发展科技,争取早日制成永动机 D.依靠科学技术创新,开发绿色新能源 C 7 4.(2024·常州)2024年3月2日,神舟十七号航天员出舱修复受损的太阳翼,使将太阳能转化为电能的功能恢复正常,如图所示。太阳能、太阳翼分别属于 (　　) A.可再生能源、电源 B.可再生能源、用电器 C.不可再生能源、电源 D.不可再生能源、用电器 A 8 5.(2024·山西)近年来风能和太阳能发电逐渐增多。为提高供电稳定性,需要储能系统进行调节。研究发现可利用“深井拉铁”技术储存电能,还能实现废旧矿井的再利用。如图所示,用电低峰时,电动机利用多余电能将重物提升至高处;用电高峰时,重物下降带动发电机发电。下列说法正确的是 (　　) A.风能和太阳能都属于不可再生能源 B.用电低峰时,重物上升,机械能转化为电能 C.用电高峰时,重物下降,电能转化为机械能 D.重物质量一定,井越深,能储存的电能越多 D 9 6.(2024·烟台)核能是一种　 　(选填“可再生”或“不可再生”)能源。我国在核能利用方面取得了巨大成就,其中具有完全自主知识产权的“华龙一号”核电站是通过　 　(选填“核裂变”或“核聚变”)来发电;中国“人造太阳”——大型核实验装置“东方超环”是通过　 　(选填“核裂变”或“核聚变”)释放巨大的能量。 不可再生 核裂变 核聚变 10 7.潮汐是由月球、太阳对地球的引力作用而产生的。如图所示,在利用潮汐发电的过程中,能量的转化情况是海水的动能传递给发电机,通过发电机转化为　 　能。甲、乙两幅图中代表涨潮发电的是图　 　。与火力发电相比,潮汐发电的优点是　 　(写出一种即可)。 电 乙 环保 $$