第二十二章 能源与可持续发展（举一反三·讲义）物理新教材人教版九年级全一册

本初中物理讲义聚焦“能源与可持续发展”核心知识点，系统梳理能源利用现状（一次二次能源、化石能源、能量转化方向性）、新能源发展（核能、太阳能等能量转化）及跨学科节能方案设计（基于W=Pt原理），形成从现状挑战到开发实践的递进式学习支架。 该资料以情景导入（如“未来该用什么能源”）激发思考，例题与变式题精选各地期末真题（如石家庄能源分类题、上海核能转化题），跨学科实践培养科学态度与责任（设计节能方案），科学思维（分析能源结构优化）。课中辅助教师教学，课后作业助力学生查漏补缺，强化知识应用。

第二十二章 能源与可持续发展 【新教材人教版】 【知识框架+知识精讲（3个知识归纳+3个题型）+课后作业】 模块二 知识精讲 ( 情景导入 ) ( 我们未来该用什么能源？ )人类不能无节制开采消耗资源，如何合理利用现有能源、开发清洁能源、兼顾环境与长久发展？ ( 知识归纳 ) 【知识点1 能源利用的现状和面临的挑战】 1.能源利用的现状 (1)全球主要依靠煤、石油、天然气这类化石能源。 (2)能源分布不均，产地和消耗地不一致。 (3)我国特点：富煤、贫油少气，油气多依赖进口；风电、光伏等新能源发展很快。 (4)清洁能源使用占比慢慢增加。 2.能源利用面临的挑战 (1)化石能源不可再生，储量日渐减少。 (2)燃烧化石能源造成雾霾、酸雨、温室变暖，破坏环境。 (3)能源调配运输难度大，能源供应有安全隐患。 (4)风电、太阳能发电不稳定，储能技术不足。 (5)生产生活存在能源浪费，利用率不高。 3.解决办法 （1）节能减排，提升能源利用效率，减少浪费； （2）开发太阳能、风能、水能、核能等多元新能源，拓宽进口渠道，保障能源来源多元； （3）建设西电东送等跨区域输电工程，升级储能技术，解决新能源发电不稳； （4）控制化石能源消耗，降低碳排放，治理污染。 【例1】（25-26•九年级下·河北石家庄•期末）关于能量和能源，下列说法错误的是（　　） A．电能必须通过消耗一次能源才能得到，是二次能源 B．我们今天使用的煤、石油、天然气，都是化石能源 C．能量的转化和转移是有方向性的 D．自然界的能量是守恒的，它既不能创生，也不会消灭，所以不用节约能源 【答案】D 【详解】A．电能不能直接获取，必须通过消耗一次能源才能得到，是二次能源，故A正确，不符合题意； B．我们今天使用的煤、石油、天然气，都是远古时期的动植物在岩石中形成的化石，所以是化石能源，故B正确，不符合题意； CD．自然界的能量是守恒的，它既不能创生，也不会消灭，但由于能量转化和转移都是具有方向性的，因而人类可利用的资源是有限的，所以我们仍然要注意节约能源，故C正确，不符合题意，D错误，符合题意。 故选D。 【变式1-1】（25-26•九年级下·山西大同•期末）与世界能源结构相比，我国的能源结构存在不足，如下图片所示。以下措施有利于优化我国能源结构的是（　　） A．继续发挥产煤大国的优势 B．减小石油和天然气的比重 C．严控核能、水能的开发 D．加大可再生能源的开发和利用力度 【答案】D 【详解】由图可以看出，我国能源以煤炭为主，煤炭污染大且属于不可再生能源，储量有限，所以应减少对煤炭、石油、天然气等化石能源的使用，增加对非化石能源的使用；对于核能这种不可再生能源，应在保证安全的情况下提倡使用，水能在有条件的地方应大力提倡。故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 【变式1-2】（25-26•九年级下·安徽亳州•期末）小丽爸爸最近在纠结“现在买车，买油车还是电车？”，如图所示，假如你是小丽同学，请你列举一条传统燃油车或新兴的电动车的优点：____________。 【答案】见解析 【详解】燃油车的优点：技术成熟维修方便、续航里程长、加油便捷； 电动车的优点：不排放尾气不会污染空气、用车成本低、国家政策支持。 【知识点2 新能源的发展】 1.新能源的分类 （1）可再生：太阳能、风能、潮汐能、地热能。 （2）不可再生：核能。 2.核能 （1）裂变：核电站（可控）、原子弹。 （2）聚变：太阳、氢弹（暂不可控发电）。 （3）能量转化：核能→内能→机械能→电能。 （4）优点：清洁、发电量多。 （5）缺点：有辐射，核废料难处理。 3.太阳能 （1）光热：太阳能热水器，光能变内能。 （2）光电：太阳能电池，光能变电能。 （3）优点：可再生无污染；缺点：受天气昼夜影响，供电不稳。 4.风能、地热、潮汐能 （1）优点：环保可再生。 （2）缺点： ①风能：受地点、天气、季节限制，发电不稳定； ②潮汐能：仅受潮汐规律、临海地理位置限制，不受天气影响； ③地热能：仅受地质资源分布限制，不受天气昼夜影响。 【例2】（25-26•九年级下·上海市杨浦区•期末）核电站是利用核能发电，核心设备是核反应堆。核反应堆加热水，产生高温蒸汽，蒸汽压力推动汽轮机的叶轮，带动发电机发电，该过程中能量的转化顺序为（　　） A．内能→核能→机械能→电能 B．核能→机械能→内能→电能 C．核能→内能→机械能→电能 D．机械能→内能→核能→电能 【答案】C 【详解】核电站在利用核能发电时，核反应堆加热水，产生高温蒸汽，将核能转化为内能；蒸汽压力推动汽轮机的叶轮，将内能转化为机械能；带动发电机发电，将机械能转化为电能。 故选C。 【变式2-1】（25-26•九年级下·广东天河区•期末）全太阳能动力汽车部件工作大致流程如图，下列说法正确的是（　　） A．储能环节，将电能转化为化学能 B．图中某个环节的工作效率可达100% C．控制送电环节，将电能转化为机械能 D．光电转换环节，将电能转化为太阳能 【答案】A 【详解】A．蓄电池储能时，消耗电能，产生化学能，将电能转化为化学能，故A正确； B．全太阳能动力汽车部件工作时，每一个工作环节都会由于摩擦、散热等因素有一定的能量损失，工作效率不可达100%，故B错误； C．控制送电环节，将化学能转化为电能，故C错误； D．光电转换环节，将太阳能转化为电能，故D错误。 故选A。 【变式2-2】（25-26•九年级下·山东济宁•期末）如图所示是我国自主设计的“人造太阳”实验装置——东方超环，它在1亿度超高温度下运行了近10秒。其反应原理与太阳类似，即通过核______变，释放巨大的核能。核反应的主要原料是氘，它可以从海水中提取，1 L海水中含有的氘，这些氘完全核反应所释放的能量相当于300L汽油完全燃烧所释放的能量，为______ J。（ρ汽油=0.71×103 kg/m3，q汽油=4.6×107 J/kg）。 【答案】 聚 9.798×109 【详解】[1]核反应有核裂变与核聚变，东方超环用核聚变的方式获取核能。 [2]由得，300 L汽油的质量为 完全燃烧放出的热量 【知识点3 跨学科实践：为节约能源设计方案】 1.理论依据：电能公式W=Pt，节电核心两条：减小用电器功率、缩短用电时长。 2.主要途径：淘汰高耗能设备，选用一级能效电器；及时断电杜绝电器待机耗电；优化使用习惯，合理管控大功率电器。 3.长远意义：减少化石能源消耗，降低碳排放与环境污染，践行可持续发展，开发太阳能、风能等清洁能源替代传统能源。 【例3】（25-26•九年级下·四川德阳•期末）人们希望设计出依靠自然资源保持室内冬暖夏凉的建筑。如图是某同学设计的节能小屋简图，小屋的南面有一扇窗户，图中标注了夏至日、春（秋）分日、冬至日正午太阳所在的位置（用“○”表示太阳）。已知在春分日→夏至日→秋分日的半年内，每天正午太阳位于图中区域Ⅰ以内：在秋分日→冬至日→春分日的半年内，每天正午太阳位于图中区域Ⅱ以内。该同学希望太阳在区域Ⅰ以内时阳光不能射入窗户，在区域Ⅱ以内时能射入窗户。请回答下列问题： (1)这一设计是通过调节哪种能量的多少，来保持小屋内冬暖夏凉的？ (2)请根据设计目的，判断屋檐末端应沿虚线延伸到A点还是B点？请写出你作出此判断所依据的光学原理。 【答案】(1)太阳能 (2)B点，光沿直线传播 【详解】（1）由题意可知，该设计利用太阳光沿直线传播，在不同时间太阳所在位置不同从而达到太阳光线是否射入窗户从而来保持屋内冬暖夏凉的效果，故利用的是太阳能。 （2）该同学希望太阳在区域Ⅰ以内时阳光不能射入窗户，在区域Ⅱ以内时能射入窗户。根据光沿直线传播 的原理由题意可知，屋檐末端应沿虚线延伸到B点。 【变式3-1】（25-26•九年级下·河南开封•期末）“能源和环境”是世界各国共同面临的问题，保护环境、节约能源要从我做起。下列说法中需要改正的是________。 A．尽可能用太阳能热水器代替电热水器 B．养成及时关掉水龙头和人走关灯的习惯 C．用洗脸水冲厕所，将废报纸、空酒瓶等送到废品收购站 D．及时将生活垃圾、废电池装在一起丢入垃圾箱 【答案】D 【详解】A．用太阳能热水器代替电热水器可以节约部分电能，做法正确，不需修改。故A不符合题意； B．及时关掉水龙头可以节约水资源，人走关灯可以减少灯泡工作时间，减少对电能的消耗，做法正确，不需修改。故B不符合题意； C．把洗脸水用来冲厕所可以节约水资源，将废报纸、空酒瓶等送到废品收购站可以起到废物利用的作用，做法正确，不需修改。故C不符合题意； D．生活垃圾和废电池应该分类分装，这样会减少电池对环境的破坏，原做法不妥，需要修改。故D符合题意。 故选D。 【变式3-2】（25-26•九年级下·辽宁大连•期末）小周同学家原来用无烟煤炉烧水，每天约用的热水。她参加“探究性学习”活动后，在老师指导和同学帮助下，制作了一台简易的太阳能热水器。 (1)若这台热水器平均每天可将的水从加热到，这些水吸收的热量为多少?[水的比热容为] (2)若无烟煤燃烧放出的热量有被水吸收，她家改用太阳能热水器后，平均每天可节约无烟煤多少千克?（无烟煤的热值为，结果保留整数） (3)请你说出使用太阳能热水器的优点。（至少说出一点） 【答案】(1) (2) (3)清洁环保无污染，节约能源 【详解】（1）水吸收的热量 （2）无烟煤燃烧放出的热量 节约无烟煤的质量 （3）太阳能热水器是将太阳能转化为内能，水吸收热量，温度升高，供人使用，对环境无污染，也可节约能源。 模块三 课后作业 一、单项选择题(共7题) 1.（25-26•九年级下·贵州遵义•期末）下列关于合理利用资源与节约能源的行为中，都正确的是 ①手机充电完毕后，不及时拔下充电器   ②将废书报、饮料瓶等送到废品回收站 ③尽量使用一次性杯子                 ④夏天使用空调时，不要把温度设置得过低 ⑤用洗衣服的水冲厕所 A．①③⑤ B．②③④ C．②④⑤ D．①④⑤ 【答案】C 【详解】试题分析：人类在社会活动中离不开资源，同时在使用资源的同时又对周围的环境卫生造成破坏，只有合理利用资源与节约能源，才能达到可持续发展．上面列出的五点中，符合题意的正确选项是C． 考点：能源的利用与可持续发展 2.（25-26•九年级下·北京通州•期末）2024年中国总发电量达10万亿度，创下人类历史上单个国家新高。图中所示的发电形式中，利用不可再生能源发电的是（   ） A．潮汐发电 B．太阳能发电 C．风力发电 D．火力发电 【答案】D 【详解】风力、太阳能、潮汐能够源源不断地从自然界获得，是可再生能源，太阳能发电、风力发电、潮汐发电都是利用可再生能源发电的；火力发电利用煤进行发电，煤不能从自然界源源不断获得，也不能重复利用，是不可再生能源，则火力发电是利用不可再生能源发电的。 故选D。 3.（25-26•九年级下·湖南益阳•期末）中国“人造太阳”——大型核实验装置“东方超环”（EAST）取得重大突破。“东方超环”是全超导托卡马克核聚变实验装置，下列核能利用方式与之相同的是（   ） ①原子弹    ②氢弹    ③江苏田湾核电站    ④太阳 A．①② B．①③ C．②③ D．②④ 【答案】D 【详解】“东方超环”是全超导托卡马克核聚变实验装置，属于核聚变。 ①原子弹利用核能的原理主要基于‌核裂变‌过程，通过不可控的链式反应在极短时间内释放巨大能量。‌故原子弹利用核能的原理是核裂变； ②氢弹利用核能的原理是‌核聚变‌，即在极高温度和压力条件下，氢的同位素（如氘和氚）的原子核发生结合反应，生成更重的原子核（如氦），并瞬时释放巨大能量，故氢弹利用核能的原理是核聚变； ③核电站利用核能的原理与原子弹的原理相同，都是核裂变； ④太阳利用核能的原理与氢弹的原理相同，都是核聚变。 故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 4.（25-26•九年级下·江苏镇江•期末）关于能源的利用，下列说法不正确的是（　　） A．自然界的能量守恒，所以不需要节约能源 B．一座城市的能量耗散使其环境温度略高于周围农村的环境温度 C．煤炭和石油产品燃烧会造成空气污染和加剧温室效应 D．能量耗散表明能源的利用是有条件的，也是有代价的 【答案】A 【详解】A．自然界的能量是守恒的，但是能源是有限的，故需要节约能源，故A错误，符合题意； B．能量耗散使除内能外的其他能转化为内能，故一座城市的能量耗散使其环境温度略高于周围农村的环境温度，故B正确，不符合题意； C．根据能源消耗后是否造成环境污染可分为污染型能源和清洁型能源，污染型能源包括煤炭、石油等，燃烧后产生的大量含硫化合物和二氧化碳，会造成空气污染和加剧温室效应，故C正确，不符合题意； D．能量的转化和转移具有方向性，有些能量耗散到空中无法再次回收和利用，因此，能量耗散表明能源的利用是有条件的，也是有代价的，故D正确，不符合题意。 故选A。 5.（25-26•九年级下·江西九江•期末）在“建设节约型社会”的今天，下列做法不符合这种精神的是（　　） A．电视机只用遥控器关机而未断开电源 B．使用高效节能型的用电设备 C．离开房间时，随手关灯 D．夏季用空调时，把设定温度适当提高 【答案】A 【详解】A．电视机用遥控器关机而未断开电源仍然耗电，这样会浪费不必要的电能，不符合题意节约精神，故A符合题意； B．在工作效果相同的情况下，使用高效节能的用电设备，可以节约大量的电能，符合题意节约精神，故B不符合题意； C．人走灯灭可以节约电能，利于节约，故C不符合题意； D．夏季使用空调时，将设定温度适当调高，既不影响制冷效果，又能节约电能，故D不符合题意。 故选A。 6.（25-26•九年级下·安徽阜阳•期末）有关“能源与可持续发展”的说法中正确的是（ ） A．能量是守恒的，故不会有能源危机 B．风能、水能、太阳能、核能都可以在自然界源源不断地得到，它们都是可再生能源 C．水能清洁、安全，因此修建水电站利用水能发电，有百利而无一害 D．能量的转移与转化具有方向性，如：消耗的内能不能收集起来再利用．因此要节约能源 【答案】D 【详解】A. 能量在使用中发生转化和转移，总量是不会变化的，但能源不是取之不尽用之不竭的，也会发生危机．故A错误；B. 风能、水能、太阳能都可以在自然界源源不断地得到，它们是可再生能源，但核能是不可再生能源，故B错误；C. 修筑拦河坝建造水电站也会对沿河的水域环境造成影响，给河流通航造成影响等，因此不利影响也是存在的，故C错误；D. 能量的转移与转化具有方向性，如：消耗的内能不能收集起来再利用．因此要节约能源，故D正确．故选D. 7.（25-26•九年级下·湖南株洲•期末）下列关于能源的理解正确的是（　　） A．能量是守恒的，所以不需要节约能源 B．化石能源属于可再生能源 C．水能、风能是可循环利用的绿色能源 D．电能属于一次能源 【答案】C 【详解】A．能量虽然是守恒的，总量不变，但能量的转化和转移都是方向性的，有些可以利用，有些则不能利用，能源的利用是有条件的，人们能利用的能源是有限的，所以要节约能源，故A错误； B．煤、石油、天然气经过漫长的地质年代形成的，属于化石能源，化石能源属于不可再生能源，故B错误； C．煤、石油、天然气是不可再生的化石燃料；水能、风能是可循环利用的绿色能源，故C正确； D．电能无法从自然界中直接获取，必须通过消耗一次能源才能获得，因此电能属于二次能源，故D错误。 故选C。 二、多项选择题(共2题) 8.（25-26•九年级下·辽宁铁岭•期末）关于能量和能源，下列说法正确的是（　　） A．煤、石油、天然气都是可再生能源 B．电能是二次能源 C．水力发电是将水的机械能转化为电能 D．能量是守恒的，节约能源是没有意义的 【答案】BC 【详解】A．煤、石油、天然气等化学能源使用后短期内不可再生，因此都是不可再生能源，故A错误； B．电能通常由其他形式的能转化而来，是二次能源，故B正确； C．水力发电是将水的机械能转化为电能，即消耗机械能，得到电能，故C正确； D．能量是守恒的，但能量的转移和转化是有方向性的，节约能源意义重大，故D错误。 故选BC。 9.（25-26•九年级下·辽宁葫芦岛•期末）为保护环境，我们倡导低碳、节能的日常生活习惯。下列做法符合这一理念的是（    ） A．尽量购买节能型的家用电器 B．要及时除去电冰箱内壁的霜 C．手机充完电后及时将充电器从插座上取下 D．长时间不看电视时尽量使其处于待机状态 【答案】ABC 【详解】A．尽量购买节能型的家用电器，这样可以节约能源，故A符合题意； B．要及时除去电冰箱内壁的霜，可以减少电能的浪费，故B符合题意； C．手机充完电后及时将充电器从插座上取下，充电后充电器留在插座上，会消耗电能，故C符合题意； D．长时间不看电视时不能使其处于待机状态，应切断电源，故D不符合题意； 故选ABC。 三、填空题(共5题) 10.（25-26•九年级下·山东济南•期末）随着我国人民生活水平的不断提高，汽车已进入寻常百姓家。汽车发动机的主要部分是汽油机，是把汽油燃烧放出的_________转化为机械能的装置。汽油机工作时，克服摩擦消耗的能量、机械传热损失的能量以及废气排出带走的能量，都不能再自动地用来驱动汽车，这是由于能量转化具有_________，而我们所能利用的能源是有限的，所以需要节约能源。 【答案】 内能 方向性 【详解】[1]汽油燃烧发生化学反应，同时放出热量，所以汽油机将内能转化为机械能。 [2]由于燃料燃烧放出热量，将内能转化为机械能，但燃料燃烧产生的内能不能再转化为燃料的化学能，所以能量的转化具有方向性。 11.（25-26•九年级下·河北唐山•期末）能源的利用是有条件的，我们所能利用的能源是有限的，所以我们要节约能源。如图中，利用可再生能源发电的是______（选填序号）图，C图中利用的太阳能是______（选填“核裂变”或“核聚变”）释放的能量。 A．燃气电站 B．水电站 C．太阳能电站 【答案】 BC 核聚变 【详解】[1]能源分为可再生能源与不可再生能源，煤属于不可再生能源，燃气电站一般是利用煤燃烧释放的能量发电的；水能、太阳能都属于可再生能源，故BC是利用可再生能源发电的。 [2]太阳能是太阳内部发生核聚变释放的能量。 12.（25-26•九年级下·山东临沂•期末）实验后，同学们学以致用，设计了火车进站前一段铁路工程图，如图中图甲、乙所示，从节约能源的角度考虑，你将选择________图的设计方案，请简要谈谈你选择的理由是____________。 【答案】 乙 见解析 【详解】[1][2]图甲火车先下坡后到达火车站，下坡过程中火车做加速运动，重力势能转化为动能，不容易刹车，让火车停下需要消耗更多的能源，而图乙中，火车先上坡后到达火车站，上坡过程中，动能转化为重力势能，做减速运动，更容易刹车，因此从节能角度应选乙图的设计方案。 13.（25-26•九年级下·新疆哈密•期末）“三峡引领号”——全球首台抗台风型漂浮式海上风电机组及基础平台，是引领我国海上风电行业走向深海的重大成果。 (1)风能是__________（选填“可再生”或“不可再生”）能源。风力发电将空气的__________能转化为电能，电能是__________次能源。 (2)“三峡引领号”与北斗系统建立关联，利用__________（选填“超声波”或“电磁波”）向工作人员传递平台运动的动态信息。 【答案】(1) 可再生 机械 二 (2)电磁波 【详解】（1）[1]风能是能够源源不断的从自然界得到的能源，属于可再生能源。 [2]风力发电时，空气流动带动叶片转动，将空气的机械能转化为电能。 [3]电能不能够从自然界直接获取，需要由一次能源转化而来，属于二次能源。 （2）由于声音不能在真空中传播，电磁波传播范围广，速度快，电磁波能在真空中传播，故“三峡引领号”与北斗系统建立关联，是利用电磁波向工作人员传递信息的。 14.（25-26•九年级下·四川泸州•期末）太阳能电池帆板（简称“电池板”）是为各类太空飞行器提供能源的装置，电池板是把太阳能转化成________（填“一次”或“二次”）能源—电能；我国最新建成的“华龙一号”核电站采用的核反应方式与太阳内部的核反应是_________ （填“相同”或“不相同”）的，该反应用到的核原料属于________ （选填“可再生”或“不可再生”）能源，核电站的大规模应用可显著减少温室气体排放，助力实现碳中和目标。 【答案】 二次 不相同 不可再生 【详解】[1]电能是由太阳能转化而来的，电能是二次能源。 [2]“华龙一号”核电站采用的是核裂变反应，在反应堆中，原子核裂变并释放出能量。而太阳内部发生的是核聚变反应，是将氢原子融合成氦原子，释放出大量的能量。所以二者核反应方式不相同。 [3]核电站所用的核燃料是矿产资源，如铀等，这些核燃料在地球上的储量是有限的，属于不可再生资源，会越用越少，不可能在短期内从自然界得到补充。 四、综合题(共3题) 15.（25-26•九年级下·吉林长春•期末）12月，我国研发的全球单体容量最大的漂浮式风电平台“明阳天成号”正式投运（如图所示），预计每年可提供约5000万度绿色电力。 (1)风能是__________能源，风力发电机利用了__________原理发电。 (2)风力发电机与用电器的连接方式是______联，5000万度电能合计___________J。 (3)若这些电能由发电效率为40%的煤燃烧产生，可节约______t煤。 （） 【答案】(1) 可再生 电磁感应 (2) 串 (3) 【详解】（1）风能可以源源不断的从自然界获取，是可再生能源，风力发电机在风力的带动下，线圈切割磁感线产生感应电流，利用了电磁感应原理发电。 （2）[1][2]风力发电机相当于电源，给用电器提供能源时，发电机与用电器的连接方式是串联的，5000万度电能合计 （3）煤燃烧产生产生的热量 可节约煤的质量 16.（25-26•九年级下·广东中山•期末）阅读短文，回答问题。 人造太阳 目前全球各国科学家都在集中力量，寻求可控核聚变反应的技术突破，一旦实现，那人类的历史将会彻底改写．实现核聚变反应，必须将核聚变燃料加热至极高温度并予以有效约束。核聚变通常由三种方式来产生，分别是引力约束、惯性约束和磁约束。太阳就是典型的引力约束核聚变；氢弹则是一种惯性约束核聚变，是不可控制的热核聚变反应；磁约束核聚变是目前实现核聚变发电最有效的途径。中国环流器二号M装置（俗称“人造太阳”）是中国规模最大、参数最高的先进托卡马克装置，是中国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置，标志着我国核聚变堆的自主设计与建设跃上新台阶。 目前化石能源有枯竭的危险，还存在一定的环境污染，而“人造太阳”核聚变反应所需的原材料在地球上几乎取之不尽、用之不竭，生成物也没有危害，被认为是理想的“终极能源”。“人造太阳”非常复杂，要让上亿摄氏度高温与零下269摄氏度低温在1米内共存，上万个零部件，有一点点瑕疵，实验可能就会失败。“超高温”与“超低温”共存，“超强磁场”与“超大电流”并行，要在地球上造出“人造太阳”，必须要有性能极其特殊的材料承载。产生核聚变反应需要几千万摄氏度乃至上亿摄氏度的高温，常规材料无法承受这么高的温度，一个可行方案是用磁力将其约束在“磁笼子”里。上亿摄氏度的一团火球，碰到什么烧什么。“人造太阳”的腔体器壁材料是另一个难点，虽然有强磁场约束，仍然会有一些“不听话”的高温等离子体逃逸，打在器壁上造成损伤。自主研发的钨铜合金材料，热负荷能力提升到每平方米20兆瓦。我国科学家从无到有、刻苦攻关、后来居上，自立自强的精神，托起“人造太阳”的“核心超级材料”，这是一个巨大的技术跨越，把人类对核聚变能源的研究推向一个新高度。 (1)根据你所学过的知识可知，卢瑟福提出“原子的大部分质量集中到了一个很小的结构上”，这个“很小的结构”指的是_________。 (2)目前人类无法利用核聚变反应放出的热量来发电，最主要的原因是（　　） A．无法消除核聚变产生的核污染 B．无法实现核聚变反应 C．无法控制核聚变反应的速度 (3)该短文中提到的“化石能源”，种类有很多，请你写出其中利用广泛的例子之一：________。 (4)“人造太阳”的腔体器壁材料钨铜合金除了耐高压，还应具有________的特点。 (5)实现“超强磁场”与“超大电流”并行，最理想的导体材料是________。 (6)核聚变通常由三种方式来产生，分别是引力约束、惯性约束和________约束。目前人类利用最多的核聚变能量来自__________核聚变方式。 (7)核能属于_________（选填“可再生”或“不可再生”）能源。 【答案】(1)原子核 (2)C (3)煤 (4)耐高温 (5)超导体 (6) 磁 引力约束 (7)不可再生 【详解】（1）原子是由原子核和核外电子组成，原子核体积很小，质量大，卢瑟福提出，“原子的大部分质量集中到了一个很小的结构上”，这个“很小的结构”指的是原子核； （2）目前人类无法利用核聚变反应放出的热量来发电，最主要的原因是无法控制核聚变反应的速度，故选C。 （3）化石能源是在短时间内不能形成的能源，煤、石油和天然气均属于化石能源。 （4）“人造太阳”非常复杂，要让上亿摄氏度高温与零下269摄氏度低温1米内共存，所以腔体器壁材料钨铜合金除了耐高压外，还应具有耐高温的特点。 （5）要实现超强磁场与超大电流，同时减少能量损耗，最理想的材料是电阻为零的超导体。题干中提到的超低温（零下269摄氏度）也为超导现象的实现提供了条件。 （6）[1][2]由材料可知，核聚变通常由三种方式来产生，分别是引力约束、惯性约束和磁约束；根据题中信息，产生太阳能的引力约束聚变方式是目前人类利用最多的核聚变能量。 （7）因为核能会越用越少，不能在短期内从自然界得到补充，所以核能属于不可再生能源。 17.（25-26•九年级下·黑龙江齐齐哈尔•期末）阅读短文，回答问题。 化石能源目前仍是世界上许多国家的主要能源，但化石能源的大量开采利用使化石能源接近枯竭，也给人类生存环境带来极大的隐患。石油危机、环境污染，在全球范围内引起了人类对能源问题的思考，我国对此问题尤为重视。为了解决环境污染、能源枯竭问题，中国率先在75届联合国大会上提出“碳达峰”、“碳中和”两个奋斗目标，同时大力发展风能、太阳能、核能等新能源。我国风力资源丰富，在东南沿海、西北沙漠优势突出。风能用之不竭、清洁环保，所以我国加大风能的开发和利用。如图甲是我国某风力发电基地，风力发电机组主要由风机叶片和发电机组组成。 (1)风力发电是把风能转化为电能，风能是___________（选填“可再生”或“不可再生”）能源； (2)某段风机叶片的形状像飞机的机翼，若叶片位置和风向如图乙所示，由于叶片两面形状不同导致叶片两面空气流速不同，从而产生___________差，可以使风机叶片转动； (3)风机叶片具有质量轻、强度高等性能，通常用密度___________（选填“大”或“小”）、硬度大的复合材料制成； (4)某风力发电机输出功率与风速的关系如图丙所示。由图像可知，当风速在v1到v2之间时，风速越大，风力发电机输出功率___________（选填“越大”、“不变”、“越小”）；当风速大于时，风速增大，___________（选填“能”或“不能”）提高风力发电机输出功率。 【答案】(1)可再生 (2)压力（压强） (3)小 (4) 越大 不能 【详解】（1）[1]风能可以在自然界里源源不断的得到补充，所以它属于可再生能源。 （2）[2]由乙图可知，叶片的上面是突出的弧形，下面是平面，空气流过时，上面空气流速大于下面空气流速，上面压强小于下面压强，从而产生压力差，叶片受到向上的力，可以使风机叶片转动。 （3）[3]风机叶片具有质量轻、强度高等性能，体积相同的物体，密度小，质量小，所以通过用密度小、硬度大的复合材料制成。 （4）[4][5]丙图可以知道，当风速在v1到v2之间时，风速越大，发电机组的电功率越大。当风速大于时，随着风速的增大，风力发电机输出功率不变。 ( 第 4 页 共 17 页 ) 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二十二章 能源与可持续发展 【新教材人教版】 【知识框架+知识精讲（3个知识归纳+3个题型）+课后作业】 模块二 知识精讲 ( 情景导入 ) ( 我们未来该用什么能源？ )人类不能无节制开采消耗资源，如何合理利用现有能源、开发清洁能源、兼顾环境与长久发展？ ( 知识归纳 ) 【知识点1 能源利用的现状和面临的挑战】 1.能源利用的现状 (1)全球主要依靠煤、石油、天然气这类化石能源。 (2)能源分布不均，产地和消耗地不一致。 (3)我国特点：富煤、贫油少气，油气多依赖进口；风电、光伏等新能源发展很快。 (4)清洁能源使用占比慢慢增加。 2.能源利用面临的挑战 (1)化石能源不可再生，储量日渐减少。 (2)燃烧化石能源造成雾霾、酸雨、温室变暖，破坏环境。 (3)能源调配运输难度大，能源供应有安全隐患。 (4)风电、太阳能发电不稳定，储能技术不足。 (5)生产生活存在能源浪费，利用率不高。 3.解决办法 （1）节能减排，提升能源利用效率，减少浪费； （2）开发太阳能、风能、水能、核能等多元新能源，拓宽进口渠道，保障能源来源多元； （3）建设西电东送等跨区域输电工程，升级储能技术，解决新能源发电不稳； （4）控制化石能源消耗，降低碳排放，治理污染。 【例1】（25-26•九年级下·河北石家庄•期末）关于能量和能源，下列说法错误的是（　　） A．电能必须通过消耗一次能源才能得到，是二次能源 B．我们今天使用的煤、石油、天然气，都是化石能源 C．能量的转化和转移是有方向性的 D．自然界的能量是守恒的，它既不能创生，也不会消灭，所以不用节约能源 【变式1-1】（25-26•九年级下·山西大同•期末）与世界能源结构相比，我国的能源结构存在不足，如下图片所示。以下措施有利于优化我国能源结构的是（　　） A．继续发挥产煤大国的优势 B．减小石油和天然气的比重 C．严控核能、水能的开发 D．加大可再生能源的开发和利用力度 【变式1-2】（25-26•九年级下·安徽亳州•期末）小丽爸爸最近在纠结“现在买车，买油车还是电车？”，如图所示，假如你是小丽同学，请你列举一条传统燃油车或新兴的电动车的优点：____________。 【知识点2 新能源的发展】 1.新能源的分类 （1）可再生：太阳能、风能、潮汐能、地热能。 （2）不可再生：核能。 2.核能 （1）裂变：核电站（可控）、原子弹。 （2）聚变：太阳、氢弹（暂不可控发电）。 （3）能量转化：核能→内能→机械能→电能。 （4）优点：清洁、发电量多。 （5）缺点：有辐射，核废料难处理。 3.太阳能 （1）光热：太阳能热水器，光能变内能。 （2）光电：太阳能电池，光能变电能。 （3）优点：可再生无污染；缺点：受天气昼夜影响，供电不稳。 4.风能、地热、潮汐能 （1）优点：环保可再生。 （2）缺点： ①风能：受地点、天气、季节限制，发电不稳定； ②潮汐能：仅受潮汐规律、临海地理位置限制，不受天气影响； ③地热能：仅受地质资源分布限制，不受天气昼夜影响。 【例2】（25-26•九年级下·上海市杨浦区•期末）核电站是利用核能发电，核心设备是核反应堆。核反应堆加热水，产生高温蒸汽，蒸汽压力推动汽轮机的叶轮，带动发电机发电，该过程中能量的转化顺序为（　　） A．内能→核能→机械能→电能 B．核能→机械能→内能→电能 C．核能→内能→机械能→电能 D．机械能→内能→核能→电能 【变式2-1】（25-26•九年级下·广东天河区•期末）全太阳能动力汽车部件工作大致流程如图，下列说法正确的是（　　） A．储能环节，将电能转化为化学能 B．图中某个环节的工作效率可达100% C．控制送电环节，将电能转化为机械能 D．光电转换环节，将电能转化为太阳能 【变式2-2】（25-26•九年级下·山东济宁•期末）如图所示是我国自主设计的“人造太阳”实验装置——东方超环，它在1亿度超高温度下运行了近10秒。其反应原理与太阳类似，即通过核______变，释放巨大的核能。核反应的主要原料是氘，它可以从海水中提取，1 L海水中含有的氘，这些氘完全核反应所释放的能量相当于300L汽油完全燃烧所释放的能量，为______ J。（ρ汽油=0.71×103 kg/m3，q汽油=4.6×107 J/kg）。 【知识点3 跨学科实践：为节约能源设计方案】 1.理论依据：电能公式W=Pt，节电核心两条：减小用电器功率、缩短用电时长。 2.主要途径：淘汰高耗能设备，选用一级能效电器；及时断电杜绝电器待机耗电；优化使用习惯，合理管控大功率电器。 3.长远意义：减少化石能源消耗，降低碳排放与环境污染，践行可持续发展，开发太阳能、风能等清洁能源替代传统能源。 【例3】（25-26•九年级下·四川德阳•期末）人们希望设计出依靠自然资源保持室内冬暖夏凉的建筑。如图是某同学设计的节能小屋简图，小屋的南面有一扇窗户，图中标注了夏至日、春（秋）分日、冬至日正午太阳所在的位置（用“○”表示太阳）。已知在春分日→夏至日→秋分日的半年内，每天正午太阳位于图中区域Ⅰ以内：在秋分日→冬至日→春分日的半年内，每天正午太阳位于图中区域Ⅱ以内。该同学希望太阳在区域Ⅰ以内时阳光不能射入窗户，在区域Ⅱ以内时能射入窗户。请回答下列问题： (1)这一设计是通过调节哪种能量的多少，来保持小屋内冬暖夏凉的？ (2)请根据设计目的，判断屋檐末端应沿虚线延伸到A点还是B点？请写出你作出此判断所依据的光学原理。 【变式3-1】（25-26•九年级下·河南开封•期末）“能源和环境”是世界各国共同面临的问题，保护环境、节约能源要从我做起。下列说法中需要改正的是________。 A．尽可能用太阳能热水器代替电热水器 B．养成及时关掉水龙头和人走关灯的习惯 C．用洗脸水冲厕所，将废报纸、空酒瓶等送到废品收购站 D．及时将生活垃圾、废电池装在一起丢入垃圾箱 【变式3-2】（25-26•九年级下·辽宁大连•期末）小周同学家原来用无烟煤炉烧水，每天约用的热水。她参加“探究性学习”活动后，在老师指导和同学帮助下，制作了一台简易的太阳能热水器。 (1)若这台热水器平均每天可将的水从加热到，这些水吸收的热量为多少?[水的比热容为] (2)若无烟煤燃烧放出的热量有被水吸收，她家改用太阳能热水器后，平均每天可节约无烟煤多少千克?（无烟煤的热值为，结果保留整数） (3)请你说出使用太阳能热水器的优点。（至少说出一点） 模块三 课后作业 一、单项选择题(共7题) 1.（25-26•九年级下·贵州遵义•期末）下列关于合理利用资源与节约能源的行为中，都正确的是 ①手机充电完毕后，不及时拔下充电器   ②将废书报、饮料瓶等送到废品回收站 ③尽量使用一次性杯子                 ④夏天使用空调时，不要把温度设置得过低 ⑤用洗衣服的水冲厕所 A．①③⑤ B．②③④ C．②④⑤ D．①④⑤ 2.（25-26•九年级下·北京通州•期末）2024年中国总发电量达10万亿度，创下人类历史上单个国家新高。图中所示的发电形式中，利用不可再生能源发电的是（   ） A．潮汐发电 B．太阳能发电 C．风力发电 D．火力发电 3.（25-26•九年级下·湖南益阳•期末）中国“人造太阳”——大型核实验装置“东方超环”（EAST）取得重大突破。“东方超环”是全超导托卡马克核聚变实验装置，下列核能利用方式与之相同的是（   ） ①原子弹    ②氢弹    ③江苏田湾核电站    ④太阳 A．①② B．①③ C．②③ D．②④ 4.（25-26•九年级下·江苏镇江•期末）关于能源的利用，下列说法不正确的是（　　） A．自然界的能量守恒，所以不需要节约能源 B．一座城市的能量耗散使其环境温度略高于周围农村的环境温度 C．煤炭和石油产品燃烧会造成空气污染和加剧温室效应 D．能量耗散表明能源的利用是有条件的，也是有代价的 5.（25-26•九年级下·江西九江•期末）在“建设节约型社会”的今天，下列做法不符合这种精神的是（　　） A．电视机只用遥控器关机而未断开电源 B．使用高效节能型的用电设备 C．离开房间时，随手关灯 D．夏季用空调时，把设定温度适当提高 6.（25-26•九年级下·安徽阜阳•期末）有关“能源与可持续发展”的说法中正确的是（ ） A．能量是守恒的，故不会有能源危机 B．风能、水能、太阳能、核能都可以在自然界源源不断地得到，它们都是可再生能源 C．水能清洁、安全，因此修建水电站利用水能发电，有百利而无一害 D．能量的转移与转化具有方向性，如：消耗的内能不能收集起来再利用．因此要节约能源 7.（25-26•九年级下·湖南株洲•期末）下列关于能源的理解正确的是（　　） A．能量是守恒的，所以不需要节约能源 B．化石能源属于可再生能源 C．水能、风能是可循环利用的绿色能源 D．电能属于一次能源 二、多项选择题(共2题) 8.（25-26•九年级下·辽宁铁岭•期末）关于能量和能源，下列说法正确的是（　　） A．煤、石油、天然气都是可再生能源 B．电能是二次能源 C．水力发电是将水的机械能转化为电能 D．能量是守恒的，节约能源是没有意义的 9.（25-26•九年级下·辽宁葫芦岛•期末）为保护环境，我们倡导低碳、节能的日常生活习惯。下列做法符合这一理念的是（    ） A．尽量购买节能型的家用电器 B．要及时除去电冰箱内壁的霜 C．手机充完电后及时将充电器从插座上取下 D．长时间不看电视时尽量使其处于待机状态 三、填空题(共5题) 10.（25-26•九年级下·山东济南•期末）随着我国人民生活水平的不断提高，汽车已进入寻常百姓家。汽车发动机的主要部分是汽油机，是把汽油燃烧放出的_________转化为机械能的装置。汽油机工作时，克服摩擦消耗的能量、机械传热损失的能量以及废气排出带走的能量，都不能再自动地用来驱动汽车，这是由于能量转化具有_________，而我们所能利用的能源是有限的，所以需要节约能源。 11.（25-26•九年级下·河北唐山•期末）能源的利用是有条件的，我们所能利用的能源是有限的，所以我们要节约能源。如图中，利用可再生能源发电的是______（选填序号）图，C图中利用的太阳能是______（选填“核裂变”或“核聚变”）释放的能量。 A．燃气电站 B．水电站 C．太阳能电站 12.（25-26•九年级下·山东临沂•期末）实验后，同学们学以致用，设计了火车进站前一段铁路工程图，如图中图甲、乙所示，从节约能源的角度考虑，你将选择________图的设计方案，请简要谈谈你选择的理由是____________。 13.（25-26•九年级下·新疆哈密•期末）“三峡引领号”——全球首台抗台风型漂浮式海上风电机组及基础平台，是引领我国海上风电行业走向深海的重大成果。 (1)风能是__________（选填“可再生”或“不可再生”）能源。风力发电将空气的__________能转化为电能，电能是__________次能源。 (2)“三峡引领号”与北斗系统建立关联，利用__________（选填“超声波”或“电磁波”）向工作人员传递平台运动的动态信息。 14.（25-26•九年级下·四川泸州•期末）太阳能电池帆板（简称“电池板”）是为各类太空飞行器提供能源的装置，电池板是把太阳能转化成________（填“一次”或“二次”）能源—电能；我国最新建成的“华龙一号”核电站采用的核反应方式与太阳内部的核反应是_________ （填“相同”或“不相同”）的，该反应用到的核原料属于________ （选填“可再生”或“不可再生”）能源，核电站的大规模应用可显著减少温室气体排放，助力实现碳中和目标。 四、综合题(共3题) 15.（25-26•九年级下·吉林长春•期末）12月，我国研发的全球单体容量最大的漂浮式风电平台“明阳天成号”正式投运（如图所示），预计每年可提供约5000万度绿色电力。 (1)风能是__________能源，风力发电机利用了__________原理发电。 (2)风力发电机与用电器的连接方式是______联，5000万度电能合计___________J。 (3)若这些电能由发电效率为40%的煤燃烧产生，可节约______t煤。 （） 16.（25-26•九年级下·广东中山•期末）阅读短文，回答问题。 人造太阳 目前全球各国科学家都在集中力量，寻求可控核聚变反应的技术突破，一旦实现，那人类的历史将会彻底改写．实现核聚变反应，必须将核聚变燃料加热至极高温度并予以有效约束。核聚变通常由三种方式来产生，分别是引力约束、惯性约束和磁约束。太阳就是典型的引力约束核聚变；氢弹则是一种惯性约束核聚变，是不可控制的热核聚变反应；磁约束核聚变是目前实现核聚变发电最有效的途径。中国环流器二号M装置（俗称“人造太阳”）是中国规模最大、参数最高的先进托卡马克装置，是中国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置，标志着我国核聚变堆的自主设计与建设跃上新台阶。 目前化石能源有枯竭的危险，还存在一定的环境污染，而“人造太阳”核聚变反应所需的原材料在地球上几乎取之不尽、用之不竭，生成物也没有危害，被认为是理想的“终极能源”。“人造太阳”非常复杂，要让上亿摄氏度高温与零下269摄氏度低温在1米内共存，上万个零部件，有一点点瑕疵，实验可能就会失败。“超高温”与“超低温”共存，“超强磁场”与“超大电流”并行，要在地球上造出“人造太阳”，必须要有性能极其特殊的材料承载。产生核聚变反应需要几千万摄氏度乃至上亿摄氏度的高温，常规材料无法承受这么高的温度，一个可行方案是用磁力将其约束在“磁笼子”里。上亿摄氏度的一团火球，碰到什么烧什么。“人造太阳”的腔体器壁材料是另一个难点，虽然有强磁场约束，仍然会有一些“不听话”的高温等离子体逃逸，打在器壁上造成损伤。自主研发的钨铜合金材料，热负荷能力提升到每平方米20兆瓦。我国科学家从无到有、刻苦攻关、后来居上，自立自强的精神，托起“人造太阳”的“核心超级材料”，这是一个巨大的技术跨越，把人类对核聚变能源的研究推向一个新高度。 (1)根据你所学过的知识可知，卢瑟福提出“原子的大部分质量集中到了一个很小的结构上”，这个“很小的结构”指的是_________。 (2)目前人类无法利用核聚变反应放出的热量来发电，最主要的原因是（　　） A．无法消除核聚变产生的核污染 B．无法实现核聚变反应 C．无法控制核聚变反应的速度 (3)该短文中提到的“化石能源”，种类有很多，请你写出其中利用广泛的例子之一：________。 (4)“人造太阳”的腔体器壁材料钨铜合金除了耐高压，还应具有________的特点。 (5)实现“超强磁场”与“超大电流”并行，最理想的导体材料是________。 (6)核聚变通常由三种方式来产生，分别是引力约束、惯性约束和________约束。目前人类利用最多的核聚变能量来自__________核聚变方式。 (7)核能属于_________（选填“可再生”或“不可再生”）能源。 17.（25-26•九年级下·黑龙江齐齐哈尔•期末）阅读短文，回答问题。 化石能源目前仍是世界上许多国家的主要能源，但化石能源的大量开采利用使化石能源接近枯竭，也给人类生存环境带来极大的隐患。石油危机、环境污染，在全球范围内引起了人类对能源问题的思考，我国对此问题尤为重视。为了解决环境污染、能源枯竭问题，中国率先在75届联合国大会上提出“碳达峰”、“碳中和”两个奋斗目标，同时大力发展风能、太阳能、核能等新能源。我国风力资源丰富，在东南沿海、西北沙漠优势突出。风能用之不竭、清洁环保，所以我国加大风能的开发和利用。如图甲是我国某风力发电基地，风力发电机组主要由风机叶片和发电机组组成。 (1)风力发电是把风能转化为电能，风能是___________（选填“可再生”或“不可再生”）能源； (2)某段风机叶片的形状像飞机的机翼，若叶片位置和风向如图乙所示，由于叶片两面形状不同导致叶片两面空气流速不同，从而产生___________差，可以使风机叶片转动； (3)风机叶片具有质量轻、强度高等性能，通常用密度___________（选填“大”或“小”）、硬度大的复合材料制成； (4)某风力发电机输出功率与风速的关系如图丙所示。由图像可知，当风速在v1到v2之间时，风速越大，风力发电机输出功率___________（选填“越大”、“不变”、“越小”）；当风速大于时，风速增大，___________（选填“能”或“不能”）提高风力发电机输出功率。 ( 第 4 页 共 11 页 ) 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $