第17章 能量的转移和转化 能源（知识清单）物理新教材沪科版（五四学制）九年级下册

第17章 能量的转移和转化 能源（知识清单） 思维导图 知识清单 第1节 能量的转移和转化 一、能量可以转移或转化吗？ 1、不同的运动形式对应不同的能量 物质不同的运动形式对应不同的能量，与机械运动对应的是机械能，与分子热运动对应的是内能，与电荷运动对应的是电能。 2、自主活动 如图 17-1-2 所示，小球A静止在轨道的底端，从某一高处释放小球B，观察两小球的运动情况。两小球运动过程中有能量的转移或转化吗？ 现象与分析：小球B 向下运动时，重力做功，小球B的重力势能减小，动能增加，重力势能转化为动能。当小球B撞击小球A时，小球B对小球A做功，小球A获得动能，而小球B动能减小， 动能从小球B转移到小球A。这表明做功往往伴随着能量的转移或转化。 3、机械能转化为内能 如图17-1-3所示，我国神舟载人飞船返回舱在进入大气层高速下降的过程中，返回舱表面温度高达2 000 ℃, 变成一个通红的火球，这是由于空气阻力做功，返回舱的部分机械能转化为内能。图17-1-1中秋千的摆动幅度越来越小， 也是由于摩擦力和空气阻力对秋千做功，将男孩和秋千的机械能转化为内能。 4、自主活动：内能转化为电能 如图17-1-4所示电路，把一根铜丝的两端分别与两根铁丝相连接，两根铁丝的另一端再与一个电流传感器相连。 用酒精灯给铁丝与铜丝的一个连接点加热。观察电流传感器示数的变化， 并思考这一过程中能量是如何转化的。 现象与分析：在上述实验中，观察到电流传感器示数不为 零，即电路中有电流通过，这表明用酒精灯加热 的过程中有一部分内能转化为电能。 5、 其他能量转化举例 植物进行光合作用，将光能转化为化学能； 电流通过电风扇，将电能转化为机械能；章首图所示的水电站，可以将水的机械能转化为电能。 二、能量的转化或转移有规律可循吗？ 1、能量守恒定律 大量事实表明： 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失；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，或者从物体的一部分转移到其他部分；在转化或转移的过程中，能量的总和保持不变。这就是能量守恒定律。 2、永动机 历史上曾有很多人梦想制成不需要输入任何能量却能够不断对外输出能量的机器—永动机。如图17-1-5所示，无论他们的设计看起来多么巧妙，却从未有人取得成功，这是因为这类永动机的设想违背了能量守恒定律。 3、 自主活动 将一滴墨水滴入清水中，可以观察到墨水扩散的现象。这滴墨水会重新与清水分离吗 （图 17-1-7 ）？ 不会。 4、能量的转移和转化具有方向性 尽管扩散、热传递、摩擦生热等现象都符合能量守恒定律，但它们的逆过程不会自发发生。 俗话所说的“覆水难收”“破镜难圆”，从物理学的角度看就是能量的转移和转化具有方向性。 第2节 能源的开发与利用 一、能量从何而来？ 1、能源 我们把能够提供能量的物质资源叫做能源。 2、形形色色的能源 大自然给予我们丰富的馈赠，有些能源可以从自然界直接获得，如风能、水能、地热能（图 17-2-3）、核能、煤、石油、天然气等能源，在农村生活中常见的秸秆（图17-2-4）、薪柴等也可以从自然界直接获得。 4、 能源的加工或转化 有些能源不能从自然界直接获得，但可以经过加工或转化而来，例如需对石油进行提炼才能获得汽油，需对煤进行加工才能获得焦炭（图 17-2-5），生活中常见的电能也是由其他形式的能源转化而来的。 5、 石油的提炼 如图（右上）所示是石油提炼过程中的较为重要的一个环节，我们可以结合化学教材中工业上制备氧气的方法一起学习；其原理都是利用它们沸点的不同将其蒸发分离出来。 2、 能源的开发与利用的历史进程 1、能源革命 太阳能 历史上曾经历多次重大能源变革，每一次新 的能源开发利用和技术突破； 人类最早使用的能源是太阳能，原始时期， 人类所能获得的能源来源于太阳辐射所带来的光热。人类历史上第一次意义重大的能源革命是对火的利用，由此人类开发利用能源的时代正式开启。 农业文明时代的秸秆、薪柴等是火力的主要来源。 2、风能 风能曾作为重要的能源很早就被人们开发利用，主要用于船舶航行、风车灌溉等。唐代诗人李白留有脍炙人口的著名诗句“乘风破浪会有时， 直挂云帆济沧海”，可见古人已知道利用风能。 3、水能 水能的开发利用也有着悠久的历史，应用于 农业、冶炼、纺织等多个领域。我国劳动人民对 水力的机械化利用远在汉代时就已经出现，如图17-2-6 所示，汉代学者桓谭在《桓子新论》中 记载了一种用水力舂米的机械—水碓。正是由 于水力机械的广泛应用，极大地推动了当时社会 生产力的发展。 4、 内能转化为机械能的时代 在近代，能源的开发利用迅猛发展。18 世纪蒸汽机（图 17-2-7）的发明，开启了人类将内能大规模转化为机械能的时代，煤炭以其高热值、分布广的优点成为全球第一大能源。随后， 人们发明了以汽油和柴油为燃料的内燃机，石油以其更高热值、更易运输等特点，成为了新的重要能源。 5、 电能时代 核能技术在不断进步 19世纪初电磁感应现象的发现，使人类进入了大规模获取电能的时代，电能被广泛应用于动力、照明、通信、广播等各个领域，在我们的生产生活中起到重大的作用。20 世纪近代物理学的成果为核能的利用奠定了理论基础，核能技术的不断进步和转化应用，极大提高了人类社会生产力水平。 三、 太阳系的形成 1、太阳系的起源与演化 德国哲学家____________于 1755 年提出了太阳系起源的____________假说，认为太阳系是由一团巨大的原始星云通过引力作用演化而来，星云中心部分形成太阳，外围部分形成星盘并演化成行星及卫星。随着物理学的不断发展和探测技术的提高，关于太阳系起源和演化的理论已经发展为现代星云说，人们对太阳系的形成和演化也有了更多的认识。 第3节 能源与可持续发展 一、为什么会有能源危机？ 1、能量的利用效率不可能达到100% 人类活动需要不同形式的能量，不同能量的利用价值是不同的。使用能源的过程中，虽然能量的总量并未改变，但能量的利用价值却在降低。机械在工作的时候，部件之间必然相互摩擦，摩擦产生的热量耗散在环境中，这部分能量难以再被利用；发电厂生产的电能通过输电线传输（图 17-3-2 ），输电线会发热，部分电能转化为内能，这部分内能也不能自发地转化为电能为人们所利用。 大量事实表明，能量的利用效率不可能达到100%。 2、可再生能源与不可再生能源 自然界中有些能源可以源源不断地得到补充，或能在较短周期内再生，比如风能、水能、 太阳能等，这些能源称为可再生能源。但有些能源的形成需要漫长的时间，越用越少，也不能在短期内从自然界得到补充，比如煤、石油、天然气都是古代生物的残骸 通过长期的地质变迁形成的，这类能源称为不可再生能源。 3、 能源危机与应对能源危机 ①作为人类生存和发展的重要物质基础，煤 炭、石油、天然气等化石能源支撑了19世纪以来人类文明的进步和社会经济发展。然而这些能 源的不可再生性和人类对其的巨大消耗，使它们正在逐渐枯竭，由此带来了与此相关的能源危机问题。 ②我们可以从哪些方面应对能源危机？ 一、节能减排 1. 全民节约：推广节能家电、减少不必要的能源消耗，如分时电价和智能电表可优化用电习惯 。 ‌ 2. 企业优化：改进生产工艺，提高燃料利用率，减少浪费（如煤的干馏、石油分馏等技术） 。 ‌ 二、清洁能源替代 1. 可再生能源：加速太阳能、风能、氢能等清洁能源的开发与应用，逐步替代化石能源 。 ‌ 2. 储能技术：建设分布式储能系统，解决清洁能源间歇性问题 。 ‌‌ 能源是环境的一部分，节约能源本身就是对环境的保护。日常生活中，我们可以从节约用水、节约用电、减少使用一次性餐具等力所能及的小事做起，节约能源保护环境。 二、为什么要发展清洁能源？ 1、 化石能源的过度使用 ①化石能源的过度使用也是造成环境变化与污染的主要因素。如图17-3-3所示，大量化石能源的消耗，引起温室气体排放，使大气中温室气体浓度增加、温室效应增强， 导致全球气候变暖。 同时，化石能源消耗过程中还带来了大量的有害气体和烟尘排放，也是造成大气污染的重要原因。 ②从世界范围看，今后相当长时期内，煤炭、 石油等化石能源仍将是能源供应的主体。我国已经开始统筹化石能源开发利用与环境保护，加快建设先进生产能力，淘汰落后产能，大力推动化石能源清洁发展，保护生态环境，应对气候变化，实现节能减排。 三、常见的清洁能源有哪些？ 1、 清洁能源； 清洁能源—核能 ①清洁能源：通过科技的创新，目前主要的清洁能源有核能、太阳能、地热能等。 ②核能：核能是通过核反应使原子核发生变化时所释放的能量，通常指重核裂变或轻核聚变所释放的巨大能量。 2、核裂变 ①核裂变：20世纪30 年代，科学家们发现用中子轰击铀核，能使其分裂成几个中等质量的核，同时释放巨大的能量（图 17-3-4）。原子核裂变时，不但会释放巨大的能量，还会伴随2～3个中子产生，新的中子又会使其他原子核继续裂变。如果核裂变反应不加以控制，会瞬间爆发出巨大的能量，无法应用于生产生活。 ②核裂变的应用 图17-3-5是江苏连云港田湾核电站。核电站中具有可以控制核裂变反应的装置，使核能有控制地释放，从而能稳定地发电。 3、核聚变 较轻的原子核在一定条件下能聚合成较重的原子核，同时会释放巨大的能量。20 世纪50 年代，世界上第一颗氢弹爆炸，其瞬间产生的巨大能量震惊世界。科学家们希望可以控制核聚变的过程，使能量持续稳定地输出。 4、核能废料的危害与防护 与常规的火力发电相比，核能发电不会排放出大量有害气体。但核电站使用的核燃料及产生的核废料都具有放射性，放射性材料或其释放的核辐射一旦泄漏，会严重地污染环境，所以核电站都建有多层防护外壳，核废料也要妥善地处理。 5、清洁能源—太阳能 太阳能发电 目前，人类利用太阳能的方式主要是发电。 太阳能发电的形式一般有光伏发电和光热发电两种。光伏发电利用太阳能电池将太阳能直接转化为电能。图17-3-8是上海浦东新区地铁龙阳路基地的屋顶铺满了光伏太阳能板，蔚为壮观。光热发电通过光学聚焦的方式将太阳能聚集起来， 产生高温高压的蒸汽来驱动发电。 6、 清洁能源—地热能 ①地热能：地球内部的温度高达几千摄氏度， 如此高的温度必然蕴藏着巨大的能量，这种来自地表下面的能量就是地热能。地热能除了可直接用于发电，发电后的热排水还可实现供暖、 种植、养殖、旅游等综合利用，是清洁的零碳能源。 ②丰富的地热资源：我国地热资源分布广泛，西藏地区具有丰富的地热资源（图17-3-9）。西藏羊八井地热电厂， 是世界上首座利用地热浅层热储进行工业性发电的电厂，被誉为“世界屋脊”上的一颗明珠。 7、应对全球能源危机的措施 能源是社会发展的基础和动力源泉。全球能源危机是当前人类面临的重大挑战，需要采取节能减排、能源转型、开发新能源等一系列措施综合应对。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第17章 能量的转移和转化 能源（知识清单） 思维导图 知识清单 第1节 能量的转移和转化 一、能量可以转移或转化吗？ 1、不同的运动形式对应不同的能量 物质不同的运动形式对应不同的能量，与机械运动对应的是机械能，与分子热运动对应的是内能，与电荷运动对应的是____________。 2、自主活动 如图 17-1-2 所示，小球A静止在轨道的底端，从某一高处释放小球B，观察两小球的运动情况。两小球运动过程中有能量的转移或转化吗？ 现象与分析：小球B 向下运动时，重力做功，小球B的重力势能减小，动能增加，重力势能转化为动能。当小球B撞击小球A时，小球B对小球A做功，小球A获得动能，而小球B动能减小， 动能从小球B转移到小球A。这表明做功往往伴随着能量的____________或转化。 3、机械能转化为内能 如图17-1-3所示，我国神舟载人飞船返回舱在进入大气层高速下降的过程中，返回舱表面温度高达2 000 ℃, 变成一个通红的火球，这是由于空气阻力做功，返回舱的部分机械能转化为内能。图17-1-1中秋千的摆动幅度越来越小， 也是由于摩擦力和空气阻力对秋千做功，将男孩和秋千的机械能转化为内能。 4、自主活动：内能转化为电能 如图17-1-4所示电路，把一根铜丝的两端分别与两根铁丝相连接，两根铁丝的另一端再与一个电流传感器相连。 用酒精灯给铁丝与铜丝的一个连接点加热。观察电流传感器示数的变化， 并思考这一过程中能量是如何转化的。 现象与分析：在上述实验中，观察到电流传感器示数不为 零，即电路中有电流通过，这表明用酒精灯加热 的过程中有一部分内能转化为电能。 5、 其他能量转化举例 植物进行光合作用，将____________能转化为化学能； 电流通过电风扇，将电能转化为____________能；章首图所示的水电站，可以将水的机械能转化为电能。 二、能量的转化或转移有规律可循吗？ 1、能量守恒定律 大量事实表明： 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失；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，或者从物体的一部分转移到其他部分；在转化或转移的过程中，能量的总和____________。这就是能量守恒定律。 2、永动机 历史上曾有很多人梦想制成不需要输入任何能量却能够不断对外输出能量的机器—永动机。如图17-1-5所示，无论他们的设计看起来多么巧妙，却从未有人取得成功，这是因为这类永动机的设想违背了____________定律。 3、 自主活动 将一滴墨水滴入清水中，可以观察到墨水扩散的现象。这滴墨水会重新与清水分离吗 （图 17-1-7 ）？ 不会。 4、能量的转移和转化具有方向性 尽管扩散、热传递、摩擦生热等现象都符合能量守恒定律，但它们的逆过程不会自发发生。 俗话所说的“覆水难收”“破镜难圆”，从物理学的角度看就是能量的转移和转化具有____________。 第2节 能源的开发与利用 一、能量从何而来？ 1、能源 我们把能够提供____________的物质资源叫做能源。 2、形形色色的能源 大自然给予我们丰富的馈赠，有些能源可以从自然界直接获得，如风能、水能、地热能（图 17-2-3）、核能、煤、石油、天然气等能源，在农村生活中常见的秸秆（图17-2-4）、薪柴等也可以从自然界直接获得。 4、 能源的加工或转化 有些能源不能从自然界直接获得，但可以经过加工或____________而来，例如需对石油进行提炼才能获得汽油，需对煤进行加工才能获得焦炭（图 17-2-5），生活中常见的电能也是由其他形式的能源转化而来的。 5、 石油的提炼 如图（右上）所示是石油提炼过程中的较为重要的一个环节，我们可以结合化学教材中工业上制备氧气的方法一起学习；其原理都是利用它们沸点的不同将其蒸发分离出来。 2、 能源的开发与利用的历史进程 1、能源革命 太阳能 历史上曾经历多次重大能源变革，每一次新 的能源开发利用和技术突破； 人类最早使用的能源是____________能，原始时期， 人类所能获得的能源来源于太阳辐射所带来的光热。人类历史上第一次意义重大的能源革命是对____________的利用，由此人类开发利用能源的时代正式开启。 农业文明时代的秸秆、薪柴等是火力的主要来源。 2、风能 风能曾作为重要的能源很早就被人们开发利用，主要用于船舶航行、风车灌溉等。唐代诗人李白留有脍炙人口的著名诗句“乘风破浪会有时， 直挂云帆济沧海”，可见古人已知道利用风能。 3、水能 水能的开发利用也有着悠久的历史，应用于 农业、冶炼、纺织等多个领域。我国劳动人民对 水力的机械化利用远在汉代时就已经出现，如图17-2-6 所示，汉代学者桓谭在《桓子新论》中 记载了一种用水力舂米的机械—水碓。正是由 于水力机械的广泛应用，极大地推动了当时社会 生产力的发展。 4、 内能转化为机械能的时代 在近代，能源的开发利用迅猛发展。18 世纪蒸汽机（图 17-2-7）的发明，开启了人类将内能大规模转化为____________的时代，____________以其高热值、分布广的优点成为全球第一大能源。随后， 人们发明了以汽油和柴油为燃料的内燃机，____________以其更高热值、更易运输等特点，成为了新的重要能源。 5、 电能时代 核能技术在不断进步 19世纪初电磁感应现象的发现，使人类进入了大规模获取电能的时代，电能被广泛应用于动力、照明、通信、广播等各个领域，在我们的生产生活中起到重大的作用。20 世纪近代物理学的成果为核能的利用奠定了理论基础，核能技术的不断进步和转化应用，极大提高了人类社会生产力水平。 第3节 能源与可持续发展 一、为什么会有能源危机？ 1、能量的利用效率不可能达到100% 人类活动需要不同形式的能量，不同能量的利用价值是不同的。使用能源的过程中，虽然能量的总量并未改变，但能量的利用价值却在降低。机械在工作的时候，部件之间必然相互摩擦，摩擦产生的热量耗散在环境中，这部分能量难以再被利用；发电厂生产的电能通过输电线传输（图 17-3-2 ），输电线会发热，部分电能转化为____________能，这部分内能也不能自发地转化为电能为人们所利用。 大量事实表明，能量的利用效率不可能达到____________%。 2、可再生能源与不可再生能源 自然界中有些能源可以源源不断地得到补充，或能在较短周期内再生，比如风能、水能、 太阳能等，这些能源称为____________能源。但有些能源的形成需要漫长的时间，越用越少，也不能在短期内从自然界得到补充，比如煤、石油、天然气都是古代生物的残骸 通过长期的地质变迁形成的，这类能源称为____________能源。 3、 能源危机与应对能源危机 ①作为人类生存和发展的重要物质基础，煤 炭、石油、天然气等化石能源支撑了19世纪以来人类文明的进步和社会经济发展。然而这些能 源的不可再生性和人类对其的巨大消耗，使它们正在逐渐枯竭，由此带来了与此相关的能源危机问题。 ②我们可以从哪些方面应对能源危机？ 一、节能减排 1. 全民节约：推广节能家电、减少不必要的能源消耗，如分时电价和智能电表可优化用电习惯 。 ‌ 2. 企业优化：改进生产工艺，提高燃料利用率，减少浪费（如煤的干馏、石油分馏等技术） 。 ‌ 二、清洁能源替代 1. 可再生能源：加速太阳能、风能、氢能等清洁能源的开发与应用，逐步替代化石能源 。 ‌ 2. 储能技术：建设分布式储能系统，解决清洁能源间歇性问题 。 ‌‌ 能源是环境的一部分，节约能源本身就是对环境的保护。日常生活中，我们可以从节约用水、节约用电、减少使用一次性餐具等力所能及的小事做起，节约能源保护环境。 二、为什么要发展清洁能源？ 1、 化石能源的过度使用 ①化石能源的过度使用也是造成环境变化与污染的主要因素。如图17-3-3所示，大量化石能源的消耗，引起温室气体排放，使大气中温室气体浓度增加、____________效应增强， 导致全球气候变暖。 同时，化石能源消耗过程中还带来了大量的有害气体和烟尘排放，也是造成大气污染的重要原因。 ②从世界范围看，今后相当长时期内，煤炭、 石油等化石能源仍将是能源供应的主体。我国已经开始统筹化石能源开发利用与环境保护，加快建设先进生产能力，淘汰落后产能，大力推动化石能源清洁发展，保护生态环境，应对气候变化，实现节能减排。 三、常见的清洁能源有哪些？ 1、 清洁能源； 清洁能源—核能 ①清洁能源：通过科技的创新，目前主要的清洁能源有核能、____________能、____________能等。 ②核能：核能是通过核反应使原子核发生变化时所释放的能量，通常指重核裂变或轻核聚变所释放的巨大能量。 2、核裂变 ①核裂变：20世纪30 年代，科学家们发现用中子轰击铀核，能使其分裂成几个中等质量的核，同时释放巨大的能量（图 17-3-4）。原子核裂变时，不但会释放巨大的能量，还会伴随2～3个中子产生，新的中子又会使其他原子核继续裂变。如果核裂变反应不加以控制，会瞬间爆发出巨大的能量，无法应用于生产生活。 ②核裂变的应用 图17-3-5是江苏连云港田湾核电站。核电站中具有可以控制核裂变反应的装置，使核能有控制地释放，从而能稳定地发电。 3、核聚变 较轻的原子核在一定条件下能聚合成较重的原子核，同时会释放巨大的能量。20 世纪50 年代，世界上第一颗氢弹爆炸，其瞬间产生的巨大能量震惊世界。科学家们希望可以控制核聚变的过程，使能量持续稳定地输出。 4、核能废料的危害与防护 与常规的火力发电相比，核能发电不会排放出大量有害气体。但核电站使用的核燃料及产生的核废料都具有放射性，放射性材料或其释放的核辐射一旦泄漏，会严重地污染环境，所以核电站都建有多层防护外壳，核废料也要妥善地处理。 5、清洁能源—太阳能 太阳能发电 目前，人类利用太阳能的方式主要是发电。 太阳能发电的形式一般有____________发电和光热发电两种。光伏发电利用太阳能电池将太阳能直接转化为电能。图17-3-8是上海浦东新区地铁龙阳路基地的屋顶铺满了光伏太阳能板，蔚为壮观。光热发电通过光学聚焦的方式将太阳能聚集起来， 产生高温高压的蒸汽来驱动发电。 6、 清洁能源—地热能 ①地热能：地球内部的温度高达几千摄氏度， 如此高的温度必然蕴藏着巨大的能量，这种来自地表下面的能量就是地热能。地热能除了可直接用于发电，发电后的热排水还可实现供暖、 种植、养殖、旅游等综合利用，是清洁的零碳能源。 ②丰富的地热资源：我国地热资源分布广泛，西藏地区具有丰富的地热资源（图17-3-9）。西藏羊八井地热电厂， 是世界上首座利用地热浅层热储进行工业性发电的电厂，被誉为“世界屋脊”上的一颗明珠。 7、应对全球能源危机的措施 能源是社会发展的基础和动力源泉。全球能源危机是当前人类面临的重大挑战，需要采取节能减排、能源转型、开发新能源等一系列措施综合应对。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $