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第二十二章 能源与可持续发展 —2023~2024学年九年级物理人教版期末复习知识小锦
【单元学习目标】
1 了解什么是一次能源和二次能源，知道哪些能源是常规能源，哪些能源是新能源。
2 知道原子原子核的组成，了解核裂变、核聚变和核电站。
3 了解如何利用太阳能。
【思维导图】
【重难知识讲解】
一、能源以及人类利用能源的历程
能源的概念：凡是能提供能量的物质资源都叫能源。
能源的分类
化石能源
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能源
生物质能
人们广泛利用的食物等生命物质中存储的化学能，是由生命物质提供的能源
一次能源
直接从自然界获得的能源
二次能源
无法从自然界直接获得，必须通过消耗一次能源才能得到的能源
三次能源革命
能源革命 标志 主要能源
第一次 钻木起火 柴薪
第二次 蒸汽机的发明 化石能源
第三次 核反应堆 核能
二、核能和裂变
1.核能
核能的定义
当原子核发生分裂或相互结合释放出的能量
核能的特点
①核能十分巨大，能极大地补充人类能源的不足，使用核能大大地节约了常规能源；②核能能够解决能源分布不平衡的问题
核能的缺点
①不可再生；②核燃料产生核辐射，使用不当会对地球上的生物造成伤害
2.裂变
（1）裂变的定义
重原子核分裂成较轻的原子核。科学家发现用中子轰击质量比较大的铀235（质量数为235的铀）原子核，铀核会分裂成中等大小的原子核，这种现象叫做裂变
链式反应
用中子轰击铀235原子核，铀核分裂时释放出核能，同时产生几个新的中子 ，这些中子又会轰击其他铀核……于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能，这就是核裂变时发生的链式反应。链式反应如果不加控制，就会爆炸，原子弹的爆炸就是链式反应不加控制的结果
核电站
工作原理：目前的核电站是利用原子核裂变时产生的大量能量，使水变成蒸汽，推动汽轮机转动，再带动发电机发电的。核电站的核心装置是核反应堆，它是一种能够控制链式反应的装置
工作过程：核电站的能量转化过程是核能→水和水蒸气的内能→汽轮机的机械能→电能
优点：核能发电具有很多优点，如消耗的燃料少，大大减少燃料的运输量，不会产生有害气体，避免大气污染
缺点：核泄漏对人的影响一般表现为核辐射，放射性物质可通过呼吸、皮肤伤口及消化道吸收进入体内，引起伤害
三、聚变
核聚变的定义
核聚变是指由质量小的原子核，例如氘核与氚核，在一定条件下(如超高温和高压)，发生原子核结合，生成新的质量更大的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式
2.核裂变的应用
核聚变能产生比核裂变更多的能量，氢弹就是根据核聚变的原理制成的。太阳就是一个巨大的核聚变“工厂”。发生核聚变需要极高的温度，目前，可控的核聚变技术仍处于科研实验阶段，要进入实用阶段，还必须在技术上有新的突破
四、太阳能
1.太阳——巨大的“核能火炉”
太阳是一个巨大的“核能火炉”。在太阳内部，每时每刻氢原子核都在发生核聚变，并释放出巨大的能量。
2.太阳是人类能源的宝库
太阳向外辐射的能量中，只有约20亿分之一传递到地球。太阳光已经照耀地球近50亿年了，地球在这50亿年中积累的太阳能是我们今天所用大部分能量的源泉。比如，我们开采化石燃料获取能量，实际上是在开采上亿年前地球所接收的太阳能。
3.太阳能的利用
光化转换
太阳能被植物吸收通过光合作用转化成生物质能，以化学能的形式贮存到植物中
光热转换
利用太阳能给物体加热，把太阳能转化为内能
光电转换：利用太阳能发电
4.太阳能的特点及优缺点
（1）太阳能是一种清洁、无污染、可再生能源，它取之不尽、用之不竭，是一种新型的能源。
（2）地球上几乎所有的能源都来自太阳能(除核能、地热能、潮汐能外）。
（3）优点：十分巨大、供应时间长、分布广阔、获取方便、安全、清洁、不污染环境。
（4）缺点：分散性广、昼夜差别大、可转化率低。
五、能量转移和能量转化的方向性
1.自然界中能量的转移和转化具有方向性。例如：热量是从高温物体转移到低温物体，而不能反向转移，否则会引起其他能量的变化；光合作用的进行具有方向性；化石能源的利用也具有方向性。总之，能量的转移、转化都是具有方向性的。
2.我们是在能量的转移或转化过程中利用能量，但并不是每种能量都可以利用，能量的利用是有条件的、有代价的，有的东西能成为能源，有的则不能。
3.虽然能量在转化和转移的过程中是守恒的，但具有方向性，因此我们一定要节约能源。
六、能源与可持续发展
能源消耗对环境的影响
人类在耗用各种能源时，不可避免地会对环境造成影响。如化石能源的大量消耗造成了大气污染和温室效应，一些欠发达国家过分依靠柴薪能源，加剧了水土流失和土地沙漠化等。
2.能源与可持续发展
能源的利用要考虑可持续发展，既要满足当代人的需要，又要考虑后人的需求，一方面应该提高能源利用率，减少在能源使用中对环境的破坏；另一方面，则需要开发新的理想能源。
【例题】
1.大力开发可再生能源，是当今人类社会的共识。下列属于可再生能源的是( )
A.太阳能 B.石油 C.煤炭 D.天然气
2.在工业、建筑等行业中，金属焊接有两种方式，一种是利用电焊机进行焊接，另一种是利用气焊进行焊接，前者消耗的能源是电能，后者消耗的能源是乙炔气，关于这两种能源的说法正确的是( )
A.电能和乙炔气都是一次能源
B.电能和乙炔气都是二次能源
C.电能是一次能源，乙炔气是二次能源
D.电能是二次能源，乙炔气是一次能源
3.关于核电站，下列说法正确的是( )
A.使用的燃料是煤和石油
B.反应堆中发生的是可以控制的核裂变
C.反应堆中发生的是可以控制的核聚变
D.产生的核废料可以当作生活垃圾来处理
4.太阳是太阳系中唯一的恒星，每时每刻向外辐射太阳能。下列关于太阳能的叙述中，错误的是( )
A.煤、石油、天然气等化石燃料中的能量最终来自太阳能
B.生态系统的能量流动是从生产者固定太阳能开始的
C.地球上的水循环是由太阳能推动的
D.太阳能来源于太阳内部的核裂变
5.全球变暖对人类生活造成许多不利影响。下列有关说法中错误的是( )
A.全球变暖会造成海平面上升 B.全球变暖会使北极熊无家可归
C.全球变暖有益于人体健康 D.全球变暖会影响植物的生长
6.能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只会由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，但能源危机依然存在的根本原因是( )
A.能量的转移和转化遵循守恒定律 B.人们在能量的转化或转移中利用能量
C.转移或转化过程中可利用能量增加 D.能量的转移和转化有方向性
答案以及解析
1.答案：A
解析：太阳能可以从自然界里源源不断地得到补充，属于可再生能源，故A符合题意；石油、煤炭和天然气不能短时期内从自然界得到补充，属于不可再生能源，故B、C、D不符合题意。
2.答案：B
解析：电焊机消耗的电能是通过发电机把其他形式的能源转化而来的，需要消耗一次能源而得到，不能直接从自然界中获取，故电能是二次能源；乙炔是利用碳化碳和水发生反应而制取的，碳化碳一般是利用焦炭与氧化钙在高温下反应而制取的，需要消耗一次能源得到，乙炔不能直接从自然界获取，故乙炔是二次能源。
故选B。
3.答案：B
解析：A、核电站使用的是核原料，也称核燃料，而不是煤和石油等，故A错误；
BC、核电站核反应堆里发生的是可控的核裂变，故B正确、C错误；
D、核电站产生的核废弃料有辐射，不能当作生活垃圾来处理，故D错误。
故选：B。
4.答案：D
解析：A.煤、石油、天然气等化石燃料中的能量最终来自太阳能，故A正确，不符合题意；
B.生态系统的能量流动是从生产者固定太阳能开始的，故B正确，不符合题意；
C.太阳辐射能维持地表的温度，地球上的水循环是由太阳能推动的，故C正确，不符合题意；
D.太阳能来源于太阳内部的核聚变，故D错误，符合题意。
故选D。
5.答案：C
解析：ABD.全球变暖会造成海平面上升、北极熊需要的冰山熔化、影响植物的正常生长，故ABD正确，不符合题意；
C.全球变暖对人体正常生理活动有害，故C错误，符合题意。
故选C。
6.答案：D
解析：虽然能量是守恒的，但能量的转移和转化具有方向性，可利用的能量是有限的，因此能源危机是存在的.
【单元核心素养对接中考】
1.【2023河南】 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.中国空间站利用的太阳能属于可再生能源
B.华龙一号核电机组利用的是核裂变释放的能量
C.复兴号动车组控制系统中的芯片由超导体制成
D.奋斗者号潜水器从海底采集的岩石到海面后质量变大
2.【2023陕西A】 镁合金被誉为“21世纪绿色工程材料”，其密度仅有钢铁的四分之一，还具有强度高、导电性好、耐腐蚀等特性.下列物体不适合用该材料制作的是( )
A.自行车的车架 B.平板电脑外壳
C.起重机配重 D.仪器中的电子元件
3.【2023山西】 阅读短文，回答问题.
戈壁滩上的“向日葵”
在甘肃省敦煌市西南方向约15千米的戈壁滩上有一处充满科幻感的设施（如图甲所示），这是目前全球装机容量第二的熔盐塔式产热电站.光热电站的镜场面积约140多万平方米，1万多面巨大的定日镜在计算机的精确控制下，能如同向日葵一样随着太阳位置变化而变化，使太阳光时刻都能聚集到260 m高的吸热塔的吸热器上.
在北半球的正午，太阳光由南往北倾斜照射，位于吸热塔北面的定日镜，阳光的入射角极小，定日镜的面积可以全部作为有效面积反射阳光.而位于吸热塔南面的定日镜，阳光的入射角很大，反射阳光的有效面积大大缩小了.
在塔式太阳能热发电系统中，吸热器是最关键的核心部位，吸热器内部有多个平行排列的吸热管组成的管屏，它将定日镜所捕捉到的太阳光直接转化为可以高效利用的内能，将能量存储在液态熔盐中，为汽轮发电机组提供所需的热源.
（1）太阳能光热电站利用平面镜______________太阳光，聚集到吸热塔上进行加热.在镜阵最外层的大圈，定日镜呈现明显的分布不对称，吸热塔南边的定日镜比北边少，原因是______________.
（2）请结合图乙完成太阳能光热发电的能量转化流程图.
（3）熔盐储热是利用高温熔化状态下的无机盐把能量储存起来，当熔盐温度______________时，便可把储存的内能释放出来，可以实现24小时均有高温熔盐推动汽轮机工作，实现持续发电.
4.【2023江西】
下列科技成果与其工作时所涉及到的物理知识对应错误的是( )
A.高速磁悬浮列车——磁极间的相互作用规律
B.C919客机——流体压强与流速的关系
C.“华龙一号”核电机组——核聚变将核能转化为电能
D.天舟六号货运飞船——电磁波传递信息
5.【2023河北】
秉承可持续发展的思想，开发新能源、更好地利用已知能源是全球范围内的重要课题，开发和利用核能就是一个有效途径.核能是质量较大的原子核发生________或质量较小的原子核发生聚变时释放的能量，通过可控聚变来利用核能，有望解决人类能源问题.1 g核燃料聚变时释放的能量约为，假设把的能量完全转化为电能，可供年用电量为的家庭使用________年.太阳也是一个巨大的“核能火炉”，它向外辐射的能量是我们的能源宝库.人类利用太阳能的实质是将太阳能转化为其他形式的能量，请你写出一种转化方式或一个相关的实例：________.
答案以及解析
1.答案：AB
解析：C（×）芯片是由半导体材料制成的.
D（×）岩石从海底到海面，质量不变.
2.答案：C
解析：
选项 拟制作物体 制作该物体的材料应具有的特性 是否适合
A 自行车车架 密度小（轻便）、强度高（结实） 适合
B 平板电脑外壳 强度高（结实）、耐腐蚀（起到保护作用） 适合
C 起重机配重 密度大（体积相同时，质量大） 不适合
D 仪器中电子元件 导电性好 适合
3.答案：（1）反射；南面的定日镜，阳光的入射角大，有效反射面积小
（2）机械能
（3）降低（或下降）
解析：（1）太阳能光热电站利用了平面镜能反射太阳光的原理，将反射后的太阳光都聚集在吸热塔上进行加热；由材料知，位于吸热塔南面的定日镜，阳光的入射角大，反射阳光的有效面积大大缩小了，故吸热塔南边的定日镜较少.
（2）吸热器内的管屏，将定日镜捕捉到的太阳光直接转化为内能，为汽轮发电机组提供所需的热源，结合图乙可知，太阳能光热发电过程中的能量转化是：首先将太阳能转化为内能，再将内能转化为机械能，最后将机械能转化为电能.
（3）物体的温度升高，内能增大，温度降低，内能减少，熔盐储热利用了高温熔化状态下的无机盐把能量（内能）储存起来，当熔盐的温度降低时，便可把储存的内能释放出来，可以实现24小时均有高温熔盐推动汽轮机工作，实现持续发电.
4.答案：C
解析：C（×）“华龙一号”核电机组利用了核裂变，最终将核能转化为电能.
5.答案：裂变；100；太阳能热水器（或太阳能电池）
解析：人类获取核能的方式有两种，一是质量较大的原子核发生裂变，二是质量较小的原子核发生聚变.使用年限年.将太阳能转化为内能的有太阳能热水器，将太阳能转化为电能的有太阳能电池等.

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