第十一章 能源与可持续发展 知识清单-2025-2026学年物理教科版九年级下册

第11章　能源与可持续发展 1．跨学科实践：能量从哪里来 知识点　形形色色的能量 1．我们生产、生活中利用的能量，大都来自 。 的辐射向地球传递了巨大的能量。 知识点　追踪能量的流动 2．对皮球从抛起到静止于地面的过程进行分析： 手抛起皮球：化学能→动能 皮球向上运动：动能→势 ；动能→ 能 皮球从顶点下落：势能→ 能；势能→ 能 皮球触地弹起：动能→ 能→动能；动能→　 能 皮球停在地面：动能→内能 2．能量守恒定律 知识点　能量守恒定律 1．能量既不能 ，也不会 ；当能量从一个物体转移到其他物体或从一种形式 为其他形式时，总量 。这称为能量守恒定律。 知识点　永动机是不可能实现的 2．永动机的失败，从反面证明了 的正确性。 知识点　能量转化中的效率 3．输入能量＝ ＋ 4．能量转化效率： 1．天然气燃烧时，将内能转化为化学能(×) 2．能量会凭空消灭，但不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式(×) 3．只要有能量的转化和转移，就一定遵从能量守恒定律(√) 4．能量守恒定律不是自然界最普遍、最重要的基本定律之一(×) 重难点　能量的转化和守恒 【典例1】 下列关于能量的转化和守恒的说法正确的是(　　) A．酒精燃烧时发热，将内能转化为化学能 B．单缸四冲程汽油机的做功冲程中，将内能转化为机械能 C．绿色植物的光合作用将化学能转化为光能 D．随着科学技术的不断进步，永动机是可以制造出来的 通过观察能量形式的变化：可以依据能量的形式是否发生变化来判断能量是转化还是转移。若能量的形式未发生变化，即为能量的转移，如热传递；若能量的形式发生变化，即为能量的转化，如燃料燃烧时化学能转化为内能。 【对点训练】 1．在各种形式的能量相互转化过程中，下列说法正确的是( ) A．机械能一定守恒 B．每种形式的能量都是守恒的 C．各种形式的能的总量守恒 D．只有机械能转化为内能才守恒 2．《天工开物》是我国古代的科学著作，其中这样写道：“凡河滨有制篱车者，堰陂障流绕于车下，激轮使转，挽水入筒，—顷于枧内，流入亩中，昼夜不息，百亩无忧。”该段文字描述了筒车这样一种以水流作动力，用来取水的机械，如图所示。从能量转化的角度，筒车的工作原理可以理解为将水的 能转化为水的重力势能。筒车“昼夜不息”， （选填“能”或“不能”）说明它就是永动机。 　　 重难点　能量转化效率的计算 【典例2】 某“牛顿 班”学生想知道居民使用天然气烧水时的效率是多少。他将家里装有2 kg水的水壶放到天然气灶上去加热，如图所示。用温度计测量水从20 ℃加热至90 ℃的过程中，观察到天然气表的数字变化了0.04 m3。加热过程中水的内能是通过 （选填“做功”或“热传递”）方式增大的，水吸收了 J的热量，天然气灶烧水的效率为 。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，天然气的热值为q＝4.2×107 J/m3] 能量转换效率是指一个能量转换设备所输出的可利用能量相对于其输入能量的比值，计算能量转换效率的基本公式是η＝×100%。 【对点训练】 3．在“碳达峰，碳中和”的政策指导下，我国的风力发电技术得到了大力的推广。风力发电机发电时，风机叶片在风力的推动下转动，然后带动发电机发电。输入风机的风能的功率为3×106 W，发电机1 h输出电能约为960 kW·h。若传动装置和齿轮箱的能量损失不计，发电机的效率为80%，则风机的效率约为( ) 　 　 　　　 　 　　　 　 　　 A．30% B．40% C．50% D．60% 4．如图所示，直流电动机通过电流做功提升重物。已知电源电压80 V，电压表示数60 V，线圈电阻为1.5 Ω，电动机正常工作时，通过线圈的电流2 A，在10 s内将重物提升了40 m，此过程中电动机消耗的电能是 J，该电动机转化为机械能的效率是 。 3．能源 知识点　能量转化和转移的方向性 1．如果某个过程中涉及了热量，能量的转化（和转移）就将是“覆水难收”，无法 地沿反方向发生，除非我们耗费 的能量提供帮助。 2．每一次能量的利用，都会减小这个世界上可利用、便于利用的能量的 。这就是为什么虽然能量是守恒的，我们仍然要 的原因。 知识点　能源的分类 3．能源：能量的来源，是指能为人类提供某种形式能量的 。 4．一次能源：从自然界 取得，而不改变其基本形态的能源，如：煤、石油、天然气等，有时也称为初级能源。 5．二次能源：是一次能源经过 ，转换成另一种形态的能源，如电力、蒸汽、焦炭等。 6．常规能源：指当前被广泛利用的 能源。 7．新能源：目前尚未广泛利用而正在积极研究以便 的一次能源。 8．不可再生能源：须经地质年代（亿万年）才能形成而短期内无法 的一次能源，如煤、石油、核燃料等。 9．可再生能源：是能够不断得到 以供使用的一次能源，如水能、太阳能、生物质能、地热能、风能、潮汐能等。 知识点　世界能源储量及需求 10．传统能源储量的 与需求量的逐年 是当今世界面临的能源问题的核心。 11．研究开发 ，以减少对 的依赖程度，是世界各国面临的重要任务。 1．石油是可再生能源，太阳能是不可再生能源(×) 2．太阳能、水能、电能都是一次能源(×) 3．新能源的开发和利用绝对安全且没有任何污染(×) 4．未来的理想能源相关的技术必须成熟，可以保证大规模地使用(√) 重难点　能源的分类 【典例】 如图所示，下列发电站发电过程中，利用不可再生能源发电的是(　　) A．核电站 B．风力发电站 C．水力发电站 D．太阳能发电站 在自然界中，能够循环再生的能源是可再生能源；在自然界中经过亿万年形成，短期内无法恢复的能源是不可再生能源。 【对点训练】 1．能源的利用需要考虑可持续发展。理想能源需要具备环境破坏小、足够丰富、可再生等条件，以下各种形式的能源中可作为理想能源的是( ) A．太阳能 B．天然气 C．石油 D．煤炭 2．开发利用新能源是现代社会发展面临的重要课题。下列五种能源①风能；②核能；③石油；④电能；⑤太阳能。在①②③中属于可再生能源的是 ；在③④⑤中属于二次能源的是 。（均选填序号） 4．核能 知识点　原子核与核能 1．原子核是由 和 组成的，它们通过一种叫“ ”的相互作用紧密地结合在一起。 2．质量较大的核 或质量较小的核 ，将释放出巨大的能量，这就是核能，也就是人们常说的 能。 知识点　裂变及其利用 3．裂变： 核分裂成 的原子核，叫作裂变。 4．链式反应：一个 轰击一个铀核引起铀核 并释放能量的同时，还释放出2～3个 。如果释放的中子再引起其他铀核 ，就可以使反应不断地进行下去，这种反应叫作链式反应。 5．核反应堆：是一种能够控制 的装置。 6．核电站：利用 工作时释放的能量使水汽化，推动蒸汽轮机带动发电机发电。 知识点　聚变 7．聚变： 核结合成 的原子核，也会释放出核能，这种核反应叫作聚变。 8．热核反应：在 下轻核结合成新的原子核，会释放出更大的核能，这就是聚变，有时聚变也称为 反应。 1．目前已建成的核电站获取核能的途径是核裂变(√) 2．裂变也称为热核反应，裂变时会释放出巨大的核能(×) 3．核反应堆是可控的链式反应装置(√) 4．核废料不会产生环境污染，可任意处置(×) 重难点　核能的利用 【典例】 下列关于核能及其利用，说法正确的是(　　) A．任何两个原子核都可以发生聚变 B．目前人类已建立核电站，利用核聚变发电 C．在核电站中，发生的是可以控制的链式反应 D．在核电站中，厚重的保护层，是为了避免核燃料从内部逸出 核能获取的途径有两条：重核的裂变和轻核的聚变（聚变也叫热核反应）。原子弹和目前人类制造的核电站是利用重核的裂变释放能量的，而氢弹则是利用轻核的聚变释放能量的。 【对点训练】 1．全球首座第四代核电站华能石岛湾核电站投产，标志着我国核电技术已达世界领先水平。核电站发电和供电流程图如图所示：以核反应堆来代替火力发电站的锅炉，以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量来加热水，使之变成蒸汽。蒸汽通过管路进入汽轮机，推动汽轮机带着发电机旋转，从而产生电，并通过电网送到四面八方。下列说法正确的是( ) A．核能和太阳能一样均属于一次能源，同时核能又属于可再生能源 B．核电站发电的能量转化过程是：核能→内能→机械能→电能 C．核电站发电原理与太阳释放能量的原理相同 D．核反应堆中发生的链式反应是不可控制的 2．随着世界经济的不断发展，能源的消耗持续增长，特别是近几十年来，能源消耗增长速度明显加快。作为人类主要能源的化石能源储量并不丰富，为缓解资源紧张问题，在某些方面我们已经利用了太阳能和核能，如太阳能热水器。太阳能是太阳内部氢原子核发生 （选填“聚变”或“裂变”）时释放的能量；核能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。 5．能源与可持续发展 知识点　碳达峰、碳中和 1．碳达峰：设定一个目标，在某个时间点二氧化碳的排放达到峰值，之后逐渐回落。 2．碳中和：二氧化碳的 和 相互抵消，达到相对“零排放”。 知识点　能源安全 3．由于突发事件引起的能源的 或能量供应的 ，这称为能源利用的安全问题。 知识点　新能源战略与绿色发展 4．核能的开发与利用：重核裂变可释放能量，少量核燃料就可以在核反应堆中持续放出巨大的能量。 5．其他新能源的开发与利用：除了核能、太阳能和地热能外，世界各国正竞相开发 能、 能、 能和 能等绿色能源。 1．太阳能是未来理想能源的一个重要发展方向(√) 2．新能源的开发和利用技术难、成本高，无实用价值(×) 3．太阳能无法直接转化为电能，需先对水加热，再推动发电机发电(×) 4．永久性地解决人类对能源的需求的根本方法是改进工艺，提高能源的利用率(×) 学科网（北京）股份有限公司 $ 第11章　能源与可持续发展 1．跨学科实践：能量从哪里来 知识点　形形色色的能量 1．我们生产、生活中利用的能量，大都来自太阳。太阳的辐射向地球传递了巨大的能量。 知识点　追踪能量的流动 2．对皮球从抛起到静止于地面的过程进行分析： 手抛起皮球：化学能→动能 皮球向上运动：动能→势势；动能→内能 皮球从顶点下落：势能→动能；势能→内能 皮球触地弹起：动能→势能→动能；动能→　内能 皮球停在地面：动能→内能 2．能量守恒定律 知识点　能量守恒定律 1．能量既不能创造，也不会消灭；当能量从一个物体转移到其他物体或从一种形式转化为其他形式时，总量不变。这称为能量守恒定律。 知识点　永动机是不可能实现的 2．永动机的失败，从反面证明了能量守恒定律的正确性。 知识点　能量转化中的效率 3．输入能量＝输出有效能量＋输出无效能量 4．能量转化效率：η＝ 1．天然气燃烧时，将内能转化为化学能(×) 2．能量会凭空消灭，但不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式(×) 3．只要有能量的转化和转移，就一定遵从能量守恒定律(√) 4．能量守恒定律不是自然界最普遍、最重要的基本定律之一(×) 重难点　能量的转化和守恒 【典例1】 下列关于能量的转化和守恒的说法正确的是(　　) A．酒精燃烧时发热，将内能转化为化学能 B．单缸四冲程汽油机的做功冲程中，将内能转化为机械能 C．绿色植物的光合作用将化学能转化为光能 D．随着科学技术的不断进步，永动机是可以制造出来的 【解析】酒精在燃烧的过程中，将化学能转化为内能，故A错误；汽油机做功冲程中，将燃料燃烧产生的内能转化为机械能，故B正确；绿色植物的光合作用制造有机物，将光能转化为化学能，故C错误；永动机是不消耗能量而能永远对外做功的机器，根据能量守恒定律表明，永动机是不可能制成的，故D错误。 【答案】B 通过观察能量形式的变化：可以依据能量的形式是否发生变化来判断能量是转化还是转移。若能量的形式未发生变化，即为能量的转移，如热传递；若能量的形式发生变化，即为能量的转化，如燃料燃烧时化学能转化为内能。 【对点训练】 1．在各种形式的能量相互转化过程中，下列说法正确的是(C) A．机械能一定守恒 B．每种形式的能量都是守恒的 C．各种形式的能的总量守恒 D．只有机械能转化为内能才守恒 2．《天工开物》是我国古代的科学著作，其中这样写道：“凡河滨有制篱车者，堰陂障流绕于车下，激轮使转，挽水入筒，—顷于枧内，流入亩中，昼夜不息，百亩无忧。”该段文字描述了筒车这样一种以水流作动力，用来取水的机械，如图所示。从能量转化的角度，筒车的工作原理可以理解为将水的动能转化为水的重力势能。筒车“昼夜不息”，不能（选填“能”或“不能”）说明它就是永动机。 　　 水流具有一定的质量和速度，具有一定的动能，水流通过做功使水的高度增大，重力势能增大，所以，筒车的工作原理是水的动能转化为水的重力势能；根据能量守恒定律，永动机不可能实现，筒车之所以“昼夜不息”，是因为消耗了水流的动能。 重难点　能量转化效率的计算 【典例2】 某“牛顿 班”学生想知道居民使用天然气烧水时的效率是多少。他将家里装有2 kg水的水壶放到天然气灶上去加热，如图所示。用温度计测量水从20 ℃加热至90 ℃的过程中，观察到天然气表的数字变化了0.04 m3。加热过程中水的内能是通过　　　　　（选填“做功”或“热传递”）方式增大的，水吸收了　　　　　　　J的热量，天然气灶烧水的效率为　　　　。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，天然气的热值为q＝4.2×107 J/m3] 【解析】加热过程中，天然气放出热量，水吸收热量，水的内能是通过热传递方式增大的；水吸收的热量为Q吸＝ c水mΔt＝4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(90 ℃－20 ℃)＝5.88×105 J；天然气燃烧放出的热量为Q放＝Vq＝0.04 m3×4.2×107 J/m3＝1.68×106 J，天然气灶烧水的效率为η＝＝×100%＝35%。 【答案】热传递　5.88×105　35% 能量转换效率是指一个能量转换设备所输出的可利用能量相对于其输入能量的比值，计算能量转换效率的基本公式是η＝×100%。 【对点训练】 3．在“碳达峰，碳中和”的政策指导下，我国的风力发电技术得到了大力的推广。风力发电机发电时，风机叶片在风力的推动下转动，然后带动发电机发电。输入风机的风能的功率为3×106 W，发电机1 h输出电能约为960 kW·h。若传动装置和齿轮箱的能量损失不计，发电机的效率为80%，则风机的效率约为(B) 　 　 　　　 　 　　　 　 　　 A．30% B．40% C．50% D．60% 4．如图所示，直流电动机通过电流做功提升重物。已知电源电压80 V，电压表示数60 V，线圈电阻为1.5 Ω，电动机正常工作时，通过线圈的电流2 A，在10 s内将重物提升了40 m，此过程中电动机消耗的电能是1 200J，该电动机转化为机械能的效率是95%。 电动机与电阻串联，电压表测量电动机两端的电压，即电动机两端电压U＝60 V，消耗的电能W＝UIt＝60 V×2 A×10 s＝1 200 J；电动机产生的热量为Q＝I2Rt＝(2 A)2×1.5 Ω×10 s＝60 J，电动机所产生的机械能W机械＝W－Q＝1 200 J－60 J＝1 140 J，该电动机转化为机械能的效率是η＝×100%＝×100%＝95%。 3．能源 知识点　能量转化和转移的方向性 1．如果某个过程中涉及了热量，能量的转化（和转移）就将是“覆水难收”，无法自发地沿反方向发生，除非我们耗费额外的能量提供帮助。 2．每一次能量的利用，都会减小这个世界上可利用、便于利用的能量的总量。这就是为什么虽然能量是守恒的，我们仍然要节约能源的原因。 知识点　能源的分类 3．能源：能量的来源，是指能为人类提供某种形式能量的物质资源。 4．一次能源：从自然界直接取得，而不改变其基本形态的能源，如：煤、石油、天然气等，有时也称为初级能源。 5．二次能源：是一次能源经过加工，转换成另一种形态的能源，如电力、蒸汽、焦炭等。 6．常规能源：指当前被广泛利用的一次能源。 7．新能源：目前尚未广泛利用而正在积极研究以便推广的一次能源。 8．不可再生能源：须经地质年代（亿万年）才能形成而短期内无法再生的一次能源，如煤、石油、核燃料等。 9．可再生能源：是能够不断得到补充以供使用的一次能源，如水能、太阳能、生物质能、地热能、风能、潮汐能等。 知识点　世界能源储量及需求 10．传统能源储量的有限性与需求量的逐年增加是当今世界面临的能源问题的核心。 11．研究开发新能源，以减少对传统能源的依赖程度，是世界各国面临的重要任务。 1．石油是可再生能源，太阳能是不可再生能源(×) 2．太阳能、水能、电能都是一次能源(×) 3．新能源的开发和利用绝对安全且没有任何污染(×) 4．未来的理想能源相关的技术必须成熟，可以保证大规模地使用(√) 重难点　能源的分类 【典例】 如图所示，下列发电站发电过程中，利用不可再生能源发电的是(　　) A．核电站 B．风力发电站 C．水力发电站 D．太阳能发电站 【解析】核能在自然界中的储量有限，会越用越少，不可能在短时间内补充，是不可再生能源；太阳能、风能、水能可以源源不断地得到，是可再生能源；所以利用不可再生能源发电的是核电站。 【答案】A 在自然界中，能够循环再生的能源是可再生能源；在自然界中经过亿万年形成，短期内无法恢复的能源是不可再生能源。 【对点训练】 1．能源的利用需要考虑可持续发展。理想能源需要具备环境破坏小、足够丰富、可再生等条件，以下各种形式的能源中可作为理想能源的是(A) A．太阳能 B．天然气 C．石油 D．煤炭 2．开发利用新能源是现代社会发展面临的重要课题。下列五种能源①风能；②核能；③石油；④电能；⑤太阳能。在①②③中属于可再生能源的是①；在③④⑤中属于二次能源的是④。（均选填序号） 在①②③中风能可以从自然界源源不断获得，属于可再生能源；核能和石油不能从自然界源源不断获得，属于不可再生能源；在③④⑤中石油和太阳能可从自然界直接获得不需要加工，属于一次能源；电能不能从自然界直接获得，只能通过消耗其他能源经过加工转换而得到，属于二次能源。 4．核能 知识点　原子核与核能 1．原子核是由质子和中子组成的，它们通过一种叫“核力”的相互作用紧密地结合在一起。 2．质量较大的核裂变或质量较小的核聚变，将释放出巨大的能量，这就是核能，也就是人们常说的原子能。 知识点　裂变及其利用 3．裂变：重原子核分裂成较轻的原子核，叫作裂变。 4．链式反应：一个中子轰击一个铀核引起铀核裂变并释放能量的同时，还释放出2～3个中子。如果释放的中子再引起其他铀核裂变，就可以使反应不断地进行下去，这种反应叫作链式反应。 5．核反应堆：是一种能够控制链式反应的装置。 6．核电站：利用核反应堆工作时释放的能量使水汽化，推动蒸汽轮机带动发电机发电。 知识点　聚变 7．聚变：轻原子核结合成较重的原子核，也会释放出核能，这种核反应叫作聚变。 8．热核反应：在超高温下轻核结合成新的原子核，会释放出更大的核能，这就是聚变，有时聚变也称为热核反应。 1．目前已建成的核电站获取核能的途径是核裂变(√) 2．裂变也称为热核反应，裂变时会释放出巨大的核能(×) 3．核反应堆是可控的链式反应装置(√) 4．核废料不会产生环境污染，可任意处置(×) 重难点　核能的利用 【典例】 下列关于核能及其利用，说法正确的是(　　) A．任何两个原子核都可以发生聚变 B．目前人类已建立核电站，利用核聚变发电 C．在核电站中，发生的是可以控制的链式反应 D．在核电站中，厚重的保护层，是为了避免核燃料从内部逸出 【解析】自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素氘与氚的聚变，不是任何两个原子核都可以发生聚变，故A错误；目前人类已建立核电站，核电站的核心设备是核反应堆，核反应堆是通过可控裂变链式反应释放的能量发电，故B错误、C正确；在核电站中，厚重的保护层，是为了避免核辐射，故D错误。 【答案】C 核能获取的途径有两条：重核的裂变和轻核的聚变（聚变也叫热核反应）。原子弹和目前人类制造的核电站是利用重核的裂变释放能量的，而氢弹则是利用轻核的聚变释放能量的。 【对点训练】 1．全球首座第四代核电站华能石岛湾核电站投产，标志着我国核电技术已达世界领先水平。核电站发电和供电流程图如图所示：以核反应堆来代替火力发电站的锅炉，以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量来加热水，使之变成蒸汽。蒸汽通过管路进入汽轮机，推动汽轮机带着发电机旋转，从而产生电，并通过电网送到四面八方。下列说法正确的是(B) A．核能和太阳能一样均属于一次能源，同时核能又属于可再生能源 B．核电站发电的能量转化过程是：核能→内能→机械能→电能 C．核电站发电原理与太阳释放能量的原理相同 D．核反应堆中发生的链式反应是不可控制的 2．随着世界经济的不断发展，能源的消耗持续增长，特别是近几十年来，能源消耗增长速度明显加快。作为人类主要能源的化石能源储量并不丰富，为缓解资源紧张问题，在某些方面我们已经利用了太阳能和核能，如太阳能热水器。太阳能是太阳内部氢原子核发生聚变（选填“聚变”或“裂变”）时释放的能量；核能属于不可再生（选填“可再生”或“不可再生”）能源。 太阳能是太阳内部氢原子核发生聚变时释放的能量，是一种可再生能源；核能短期内无法恢复，是不可再生能源。 5．能源与可持续发展 知识点　碳达峰、碳中和 1．碳达峰：设定一个目标，在某个时间点二氧化碳的排放达到峰值，之后逐渐回落。 2．碳中和：二氧化碳的排放量和吸收量相互抵消，达到相对“零排放”。 知识点　能源安全 3．由于突发事件引起的能源的短缺或能量供应的中断，这称为能源利用的安全问题。 知识点　新能源战略与绿色发展 4．核能的开发与利用：重核裂变可释放能量，少量核燃料就可以在核反应堆中持续放出巨大的能量。 5．其他新能源的开发与利用：除了核能、太阳能和地热能外，世界各国正竞相开发风能、海洋能、生物能和氢能等绿色能源。 1．太阳能是未来理想能源的一个重要发展方向(√) 2．新能源的开发和利用技术难、成本高，无实用价值(×) 3．太阳能无法直接转化为电能，需先对水加热，再推动发电机发电(×) 4．永久性地解决人类对能源的需求的根本方法是改进工艺，提高能源的利用率(×) 学科网（北京）股份有限公司 $