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专题30 信息、材料、能源
一、老式电话的工作原理 话筒的工作原理声波振动→膜片相应振动→时紧时松压迫炭粒→电阻时大时小→电流时弱时强。听筒的工作原理传入听筒的变化电流流经电磁铁时，电流时弱时强→磁性时弱时强→薄铁膜片受力时小时大而振动→形成声波。
二、电磁波 产生导线中的电流迅速变化会在周围空间激起电磁波传播（1）电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播； （2）电磁波在真空中的传播速度和光速相等； （3）无论哪种电磁波，在真空中的传播速度都是相同的； （4）真空中电磁波的传播速度c=m/s。分类根据波长从大到小依次是长波、中波、短波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等（如图所示）。 应用电磁波可应用于广播、电视、卫星导航、手机通信等
三、电磁波的描述 波长电流每振荡一次电磁波向前传播的距离，用表示，单位是m。波长表示相邻两个波峰之间的距离，或相邻两个波谷之间的距离。频率一秒钟内电流振荡的次数，用f表示，单位是赫兹（Hz），比赫兹（Hz）大的还有千赫（kHz）、兆赫（MHz）。波速一秒钟内电磁波传播的距离，用c表示，单位是m/s。波长、频率和波速的关系：
四、模拟信号和数字信号 概念特点模拟通信如图所示，在话筒将声音信号转换成信号电流时，这种信号电流的频率、振幅的变化情况跟声音的频率、振幅的变化情况完全一致，“模仿”着声信号的“一举一动”。这种电流传递的信号叫做模拟信号，使用模拟信号的通信方式叫做模拟通信。 模拟信号在长距离传输和多次加工、放大过程中，信号电流的波形会改变，从而使信号丢失一部分信息，表现为声音、图像的失真，严重时会使通信中断。数字通信用点“·”和画“-”组合代表各种数字，一定数字组合代表一个汉字；于是，一系列点和画组成的信号就可以代表一个完整的句子了。像这样用不同不同符号的不同组合表示的信号，叫做数字信号，这种通信方式叫做数字通信。 如图所示，用旗语表示英文字母A、B、C、D。 数字信号形式简单，抗干扰能力强，还可通过不同编码进行加密。
五、无线电广播信号的发射和接收 发射（1）由广播电台完成。 （2）话简把播音员的声音信号转换成电信号。 （3）音频信号不能直接发射，要通过调制器加载到高频电流上，再通过天线发射到空中。 （4）发射示意图如图甲所示。 接收（1）由收音机完成。 （2）调谐器的作用：从众多电磁波中选出特定频率的电磁波，即选出所要收听电台的频率。 （3）收音机的扬声器将电信号转换成声信号。 （4）收音机接收节目示意图如图乙所示。
六、能源及其分类 定义能够提供能量的物质资源常见的能源（1）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煤、石油、天然气等。 （2）生物质能：由生命物质提供的能量。 （3）太阳能：由太阳辐射提供的能量。 （4）地热能：由地球内部提供的一种内能。 （5）电能：由其他形式的能转化而成的供各种用电器使用的能源。分类（1）按照获取方式，可将能源分为一次能源和二次能源。 ①一次能源：可以直接从自然界获得的能源。例如：煤、石油、天然气、风能、太阳能、地热能、核能、潮汐能。 ②二次能源：无法从自然界真接获取，必须通过消耗一次能源才能得到的能源。比如在产生电能时消耗了机械能、在用蒸馏法提取汽油时消耗了内能。常见的二次能源有电能、蒸汽、煤气、汽油、柴油、重油、液化石油气、酒精、沼气、氢气和木炭等。 （2）按照对环境的影响，可将能源分为清洁能源和非清洁能源。 （3）按照人类开发早晚和使用情况，可将能源分为常规能源和新能源。 ①常规能源也称传统能源，指目前在技术上成熟、经济上合理、已经多年被人类大规模开采、采集和广泛使用的能源，如煤炭、原油、天然气、火电、水能、薪炭材、农作物秸秆和其他柴草等。 ②新能源又称非常规能源，指常规能源（传统能源）以外的，刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广使用的其他各种能源形式，比如太阳能源、地热能、风能、海洋能、核能和部分生物质能等。
七、核能 核能原子核分裂或结合时释放的能量。核能又叫原子能。 （1）通常情况下，质子、中子依靠强大的核力紧密结合在一起，原子核十分牢固。若原子核发生分裂或结合，就会释放惊人的能量。 （2）核能来源于物质原子核的变化，与分子的运动情况无关，即核能不同于内能。裂变（1）定义：科学家发现用中子轰击质量比较大的铀235原子核，铀核会分裂成两个质量中等大小的原子核，同时释放出巨大的能量，这种现象叫裂变。 （2）应用 ①核电站：控制核裂变反应的速度。 ②原子弹：不控制核裂变反应的速度。 （3）链式反应：用中子轰击铀 235 原子核，铀核分裂时释放出核能，同时还会产生几个新的中子，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。 （4）核电站的能量转化：核能→内能→机械能→电能 聚变（1）定义：两个较轻的核聚合成一个较重的核，并释放出巨大能量的过程。 （2）氘核与氚核的聚变如图所示。 （3）注意：①聚变也称热核反应。②应用：氢弹。氢弹的威力比原子弹的威力更大。③科学家正在不断地探索，如何控制聚变释放的核能。
八、太阳能 太阳--巨大的“核能火炉”（1）太阳的结构： 由内至外分别是太阳核心、辐射层、对流层、太阳大气。 （2）太阳能的产生：太阳内部氢核聚变。 （3）太阳能的传播：太阳能以光和热的形式向外辐射。人类能源的宝库（1）太阳能是人类能源的宝库。 ①人类利用生物质能、水能、风能，实际上都是间接利用太阳能。 ②人类开采化石能源，实际上是在开采上亿年前地球所接收的太阳能。 （2）太阳能与核能的关系：太阳能来源于太阳内部氢原子核在超高温下发生聚变时释放的能量(核能)，但核能与太阳能无关。 （3）太阳是人类的“能源之母”：地球上除核能、地热能和潮汐能以外，几乎所有能源都来自太阳。太阳能的利用（1）太阳能的直接利用 ①用集热器把水等物质加热，把太阳能转化为内能； ②用太阳能电池把太阳能转化为电能。 （2）太阳能的间接利用 ①利用化石能源、风能、水能、生物质能，实质就是间接利用太阳能。 ②化石能源、生物质能都是由植物进行光合作用，将太阳能转化为化学能。 （3）太阳能的优点 ①能量巨大，仅1h到达地球表面的太阳能就比全世界一年能源生产的总量还多； ②供应时间长久，太阳能几乎是一种取之不尽，用之不竭的永久能源； ③分布广阔，获取方便，既不需要开采，又不需要运输； ④安全、清洁、无污染，开发太阳能不会给环境带来污染。 （4）太阳能的缺点：①太分散；②不稳定；③转换效率低。
九、能源与可持续发展 能量转移和能量转化的方向性（1）能量转移的方向性：热量能自发地从高温物体转移到低温物体，但不能自动从低温物体转移到高温物体。 （2）能量转化的方向性：内能和其他形式的能量的相互转化具有方向性。其他形式的能可以无条件地转化为内能，而内能不能无条件地转化为其他形式的能。 （3）能的利用 ①能源的利用是有条件的。 ②能量释放时失去控制会酿成灾害。 注意：能量的转化和转移遵循能量守恒定律，不能错误地认为在使用能源的过程中，就不需要节约能源。能源消耗对环境的影响（1）能源消耗对环境的影响 ①热污染，包括城市热岛效应以及地球的温室效应； ②大气污染，包括酸雨、烟尘等。 （2）保护环境，控制和消除大气污染，已经成为当前世界需要解决的重要课题。我们既要有效地利用能源，又要很好地控制和消除污染。能源与可持续发展（1）可再生能源：可以在自然界里源源不断地得到补充的能源。 （2）不可再生能源：不能在短期内从自然界得到补充的能源。 （3）未来理想能源应满足的条件 ①必须足够丰富，可以保证长期使用。 ②必须足够便宜，可以保证多数人用得起。 ③相关技术必须成熟，可以保证大规模使用。 ④必须足够安全、清洁，可以保证不会产生严重后果。
1．能源家族分类。 （1）再生能源包括太阳能、水力、风力、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能等等。它们在自然界可以循环再生。 （2）非再生能源在自然界中经过亿万年形成，短期内无法恢复且随着大规模开发利用，储量越来越少总有枯竭一天的能源称之为非再生能源。包括：煤、原油、天然气、油页岩、核能等，它们是不能再生的，用掉一点，便少一点。 2．原子结构
模型1 电磁波的波长、频率和波速的关系
（2022 内江）电磁波在真空中的传播速度为　 　m/s。如图所示是部分电磁波谱，在如图的五种电磁波中，频率最高的电磁波是　 　。
【答案】3×108；γ射线
【分析】电磁波在真空中的传播速度是3×108m/s；根据公式c＝λf判断哪种电磁波频率最高。
【解答】解：电磁波在真空中的传播速度是3×108m/s；根据电磁波的波速、波长和频率的关系c＝λf可知，波速一定，频率与波长成反比，频率最高的，其波长最短，波长最短的γ射线频率最高。
名师点拨：本题考查了电磁波的传播速度和电磁波波速、波长与频率之间的关系，比较简单。
【变式练1】（2023 广州）各色光在真空中的波长如图所示，植物中叶绿素a会吸收波长在430nm～662nm之间的光。真空中，波长650nm的光（　　）
A．是紫光
B．不是电磁波
C．波长比蓝光的长
D．比波长500nm的光传播速度大
【答案】C
【分析】波长、波速和频率的关系如下：c＝λf。
【解答】解：A、根据题图可知：紫光的波长比650nm的波长更短，故A不符合题意；
B、所有的可见光都属于电磁波，故B不符合题意；
C、从题图可知：波长650nm的光波的波长比蓝光的波长长，故C符合题意；
D、不同波长的光在真空中的传播速度相同，故D不符合题意。
【点评】本题主要考查的是电磁波的波长、频率和波速的关系；关键是知道电磁波的特点；在真空中所有电磁波的速度都相同。
【变式练2】（2022 贺州）下列关于电磁波的说法，正确的是（　　）
A．电磁波既能传递信息也能传递能量
B．电磁波传播需要介质
C．电磁波的频率恒定不变
D．电磁波传播速度为340m/s
【答案】A
【分析】（1）电磁波可以传递信息，也可以传递能量；（2）电磁波可以在真空中传播，电磁波的传播不需要介质；（3）不同电磁波的频率不同；（4）电磁波在空气中的传播速度是3×108m/s。
【解答】解：A、电磁波既能传递信息也能传递能量，故A正确；B、电磁波的传播不需要介质，故B错误；C、不同电磁波的频率不同，故C错误；D、电磁波在不同的介质中传播速度不同，但远大于340m/s，故D错误。故选：A。
【点评】此题主要考查对电磁波传播和应用的理解和掌握，要知道广播、电视、移动通信都靠电磁波传递信息。
【变式练3】如图中是甲、乙两种不同电磁波的传播图像，下列说法正确的是（　　）
A．甲、乙两种电磁波的振动频率相同
B．甲电磁波的传播速度较快
C．甲电磁波振动的波长较长
D．甲电磁波振动的频率较大
【答案】C
【解答】解：、甲、乙都是电磁波，电磁波速是相等的，故错误；、两个相邻的波峰或波谷之间的距离是波长，由图知，甲的波长大，乙的波长小，根据波速波长频率，电磁波速不变，甲的波长大，甲的频率小，故错误，故正确；故选：。
模型2 电磁波的应用
（2023 临沂）2023年5月17日，我国成功发射了第56颗北斗导航卫星。对其进行在轨测试时，地面测试系统与该卫星之间的通讯利用了（　　）
A．红外线 B．电磁波 C．超声波 D．次声波
【答案】B
【分析】广播、电视、移动通信、卫星都是用电磁波传递信息的。
【解答】解：地面测试系统与该卫星之间的通讯利用了电磁波，故B正确，ACD错误。
故选：B。
名师点拨：本题考查了电磁波的应用，属于基础题。
【变式练1】（2023 仙桃）智能家居环境下用手机远程控制空调的使用，此过程中信息的传递主要依靠（　　）
A．电磁波 B．超声波 C．次声波 D．空气
【答案】A
【分析】电磁波可以在真空中传递信息。
【解答】解：电磁波可以在真空中传递信息，所以智能家居环境下用手机远程控制空调的使用，使用的就是利用电磁波来传递信息，故A符合题意，超声波和次声波不能再真空中传递信息，BCD不符合题意。
【点评】知道电磁波的特点及应用，本题属于基础性题目。
【变式练2】（2023 益阳）2022年中国科学院新一代远洋综合科考船“科学”号历经74天的航程，完成了一项基于北斗卫星的深海通讯实验。这次实验突破了海水深度达到6000米的大容量数据的即时传输，解决了水下无线通信的世界性难题。下列有关北斗卫星与深海之间数据传输的说法正确的是（　　）
A．通过声波传递数据
B．通过电磁波传递数据
C．通过光纤传递数据
D．数据传输有较长时间的延迟
【答案】B
【分析】电磁波能够传递信息，电磁波的传播不需要介质，通信卫星利用电磁波来传递信息。
【解答】解：北斗卫星与深海之间通过电磁波传递数据，电磁波的传播速度非常快，真空中约为3×108m/s，水中的传播速度约为倍真空速度，因此海水深度达到6000米的大容量数据的即时传输，时间的延迟很小。故选：B。
【点评】此题考查了电磁波的传播与应用，比较简单，属基础题。
【变式练3】（2023 牡丹江）遥感卫星利用　 　 （选填“红外线”或“紫外线”）遥感设备探测海水温度，再通过 　 　把信息传输到地球。
【答案】红外线，电磁波。
【分析】（1）任何物体都会发射红外线；（2）电磁波的传播不需要介质，电磁波可以在固体、液体、气体中传播，也可以在真空中传播。
【解答】解：遥感卫星利用 红外线遥感设备探测海水温度，再通过电磁波把信息传输到地球。
【点评】本题考查了电磁波和红外线的应用，是一道基础题。
模型3 声波和电磁波的区别
（2022 连云港）发声的音叉放入水中溅出水花，说明声音是由于物体　 　 产生的；“闻其声而知其人”，说明不同的人声音的　 　 不同；我国航天员王亚平在“天宫一号”为全国中小学生授课，她讲课的声音是通过　 　传回地球的。
【答案】振动；音色；电磁波。
【分析】（1）声音是由物体的振动产生的；（2）音色反映了声音的品质与特色。不同物体发出的声音，其音色是不同的，因此我们才能分辨出不同人的讲话、不同乐器的演奏等；
（3）在太空中是通过电磁波实现与地球上传递信息的。
【解答】解：发声的音叉放入水中溅出水花，说明声音是由于物体振动产生的；“闻其声而知其人”，这句话表明不同人发出声音的音色不同；王亚平讲课的声音是靠电磁波传回地球的。
名师点拨：此题主要考查声音的产生、音色以及电磁波的应用等，综合性较强，难度不大，属于基础知识。
【变式练1】（2023 湘潭）神舟十六号载人飞船由火箭运载加速升空时，以火箭为参照物，飞船是　 　（选填“运动”或“静止”）的，飞船重力势能　 　（选填“增大”或“减小”），航天员在太空中是利用　 　 （选填“电磁波”或“超声波”）和地面通讯。
【答案】静止；增大；电磁波
【分析】（1）物体相对于参照物的位置变化了，物体是运动的，物体相对于参照物的位置不变，物体是静止的。
（2）重力势能与物体的质量和高度有关。
（3）电磁波可以传递信息。
【解答】解：以火箭为参照物，飞船与火箭的位置不变，飞船是静止的；飞船加速升空时，质量不变，高度增加，重力势能增大；航天员在太空中是利用电磁波和地面通讯。
【变式练2】（2023 河北）2023年4月15日，神舟十五号航天员乘组进行了第四次出舱活动。在地面工作人员和舱内航天员邓清明的密切配合下，两名出舱航天员费俊龙、张陆圆满完成全部既定工作任务，安全返回问天实验舱。下列说法错误的是（　　）
A．地面工作人员发出指令的声音是由声带振动产生的
B．地面工作人员可以利用音色区分是哪位航天员
C．地面工作人员与舱内的航天员利用电磁波传递信息
D．舱外的两名航天员大声说话就能直接利用声波进行交流
【答案】D
【分析】（1）一切正在发声的物体都在振动；振动停止，发声也停止；（2）音色：发声体的声音品质，由发声体本身的特征决定．是区别声音的重要标志；（3）电磁波能够传递信息；（4）声音靠介质传播，真空不能传声。
【解答】解：A、地面工作人员发出指令的声音是由声带振动产生的，故A正确；B、地面工作人员可以利用音色区分是哪位航天员，故B正确；C、地面工作人员与舱内的航天员利用电磁波传递信息，故C正确；D、真空不能传播声音，舱外的两名航天员大声说话就不能直接利用声波进行交流，故D错误。故选：D。
【点评】本题考查了声音的产生、声音的特征、电磁波的认识等，属于基础题。
【变式练3】（2023 常德）下列有关声和电磁波的说法中正确的是（　　）
A．利用卫星系统进行导航，其信息传递的媒介与“B超”相同
B．利用声呐探测海深，其原理与蝙蝠在夜间正常飞行的原理不相同
C．在空气中，声传播的速度远小于电磁波的传播速度
D．有线电话既有发射电磁波的功能，又有接收电磁波的功能
【答案】C
【分析】（1）用卫星系统进行导航，其信息传递的媒介是电磁波，而“B超”是利用超声波；
（2）声呐和蝙蝠夜间飞行都靠超声波；
（3）在空气中，声速约为340m/s，电磁波的速度约为3×108m/s；
（4）有线电话靠电话线中的电流传输信息。
【解答】解：A、利用卫星系统进行导航，其信息传递的媒介是电磁波，而“B超”是利用超声波，则它们传递信息的媒介不同，故A错误；
B、利用声呐探测海深，其原理与蝙蝠在夜间正常飞行的原理相同，故B错误；
C、在空气中，声速约为340m/s，电磁波的速度约为3×108m/s，声传播的速度远小于电磁波的传播速度，故C正确；
D、有线电话是利用导线中的电流来传递信息的，既不能接收电磁波，也不能发射电磁波，故D错误。
【点评】本题考查了电磁波和声的有关知识，属于基础题。
模型4 能源及其分类
（2023 攀枝花）2022年底，攀枝花首批氢能公交车投入运行。下列能源跟氢能一样属于二次能源的是（　　）
A．风能 B．电能 C．水能 D．太阳能
【答案】B
【分析】从自然界直接获取没有经过加工转换的能源是一次能源；由一次能源经过加工转换得到的能源是二次能源。
【解答】解：A、风能是从自然界直接获取不需要加工的能源，是一次能源，故A错误；
B、电能是由一次能源经过加工而获得的能源，是二次能源，故B正确；
C、水能是从自然界直接获取不需要加工的能源，是一次能源，故C错误；
D、太阳能是从自然界直接获取的能源，是一次能源，故D错误。
名师点拨：本题考查了一次与二次能源的辨别，是一道基础题，知道一次与二次能源的概念即可正确解题。
【变式练1】（2023 常州）“玲龙一号”是中国研发、全球首创的陆上商用小型核能发电装置，核能属于（　　）
①可再生能源
②不可再生能源
③常规能源
④新能源
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
【答案】D
【分析】（1）越用越少，不能在短期内从自然界得到补充，这类能源称为不可再生能源；可以在自然界里源源不断地得到的能源称为可再生能源。
（2）常规能源也称传统能源，指目前在技术上成熟、经济上合理、已经多年被人类大规模开采、采集和广泛使用的能源，如煤炭、原油、天然气、火电、水能、薪炭材、农作物秸秆和其他柴草等。
新能源又称非常规能源，指常规能源（传统能源）以外的，刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广使用的其他各种能源形式，比如太阳能源、地热能、风能、海洋能、核能和部分生物质能等。
【解答】解：核能越用越少，不能在短期内从自然界得到补充，属不可再生能源；20世纪40年代，科学家发明了可以控制核能释放的装置——核反应堆，拉开了以核能为代表的新能源利用的序幕。故选：D。
【点评】此题考查了能源的分类，比较简单，属基础题。
【变式练2】（2023 菏泽）关于能源与信息，下列说法正确的是（　　）
A．电力、焦炭属于一次能源
B．核能不属于清洁型绿色能源
C．超声波只能传递能量，不能传递信息
D．北斗导航系统是利用电磁波传递信息的
【答案】D
【分析】（1）一次能源：直接来自自然界而未经加工转换的能源，例如化石燃料、太阳能、水能、生物燃料；二次能源：由一次性能源直接或间接转换而来的能源：煤气、氢能、电能、汽油、沼气；（2）不排放污染物的能源叫清洁能源；（3）声音能传递能量和信息；（4）电磁波可以传递信息；声波无法在真空中传播。
【解答】解：A、电力、焦炭都是其它能源转化来的，属于二次能源，故A错误；
B、清洁能源，即绿色能源，是指不排放污染物、能够直接用于生产生活的能源，它包括核能和“可再生能源”，故B错误；
C、超声波既能传递能量，也能传递信息，故C错误；
D、电磁波可以在真空中传播，北斗导航系统是利用电磁波传递信息的，故D正确。
故选：D。
【点评】本题考查了能源及其分类和电磁波的传播与应用等知识的了解和掌握，属于基础题。
【变式练3】（2023 湘潭）下列说法正确的是（　　）
A．物体内能只能靠做功来改变
B．注射器抽取药液，利用了连通器原理
C．戴耳塞是为了在声源处减弱噪声
D．太阳能是清洁能源，应积极开发和利用
【答案】D
【分析】（1）改变物体内能的方式有两种：做功和热传递，热传递过程是能量的转移过程，而做功过程是能量的转化过程；
（2）大气压强在生产、生活中有许多应用，例如注射器、喷雾器、抽水机等都是利用大气压原理工作的；
（3）减弱噪声的途径：在声源处、在传播过程中、在人耳处；
（4）太阳能等清洁能源的利用能大大减少化石燃料的使用。
【解答】解：A、改变物体内能的方式有两种：做功和热传递，故A错误；B、注射器抽取药液，利用了大气压强，故B错误；C、戴耳塞，是为了在人耳处减弱噪声，故C错误；D、太阳能是清洁能源，应积极开发和利用，能大大减少化石燃料的使用，故D正确。故选：D。
【点评】本题考查改变内能的方式、大气压的利用、减弱噪声的途径以及能源的开发利用，是一道综合题。
模型5 可再生能源和不可再生能源
（2022 长春）下列能源中属于可再生能源的是（　　）
A．石油 B．核能 C．天然气 D．太阳能
【答案】D
【分析】（1）可再生能源的概念：像风能、水能、太阳能等可以在自然界源源不断地得到，把它们称为可再生能源。
（2）不可再生能源的概念：化石能源、核能等能源会越用越少，不能在短期内从自然界得到补充，这类能源称为不可再生能源。
【解答】解：AC、石油、天然气属于化石能源，用完很难再生，是不可再生能源，故AC错误。B、核能不能短时间内从自然界补充，属于不可再生能源，故B错误。D、太阳能可以源源不断地从自然界获取，属于可再生能源，故D正确。
名师点拨：理解可再生能源和不可再生能源的概念，可解答此题。
【变式练1】（2023 威海）威海依山傍海，能源发展区位优势明显，境内有多种类型的发电站，其中利用不可再生能源发电的是（　　）
A．分布式光伏电站 B．高温气冷堆核电站
C．潮汐发电站 D．风力发电站
【答案】B
【分析】能够不断地从自然界得到的能源叫可再生能源，短期内不能从自然界得到补充的能源叫不可再生能源。
【解答】解：ACD、太阳能、潮汐能和风能可以从自然界中源源不断地得到，是可再生能源，所以分布式光伏电站、潮汐发电站、风力发电站是利用可再生能源发电的，故ACD不合题意；B、高温气冷堆核电站，核能属于不可再生能源，所以高温气冷堆核电站是利用不可再生能源发电的，故B符合题意。
【点评】本题主要考查学生对可再生和不可再生能源特点的理解和掌握，要求学生深刻理解其不同点。
【变式练2】（2023 四川）下列能源中，属于可再生能源的是（　　）
A．核能 B．天然气 C．煤 D．太阳能
【答案】D
【分析】从能源是否可再生的角度可分为可再生能源和不可再生能源，化石能源、核能会越用越少，不可能在短期内从自然界得到补充，所以它们属于不可再生能源；而风能、水能、太阳能、生物质能，可以在自然界里源源不断的得到补充，所以它们属于可再生能源。
【解答】解：核能、天然气和煤是化石能源，不可在短时间内形成，故属于不可再生能源，太阳能可以在自然界里源源不断的得到补充是可再生能源，故D符合题意。
【点评】此题主要考查对可再生能源和不可再生能源特点的理解，属于基础知识。　　
【变式练3】（2023 镇江）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（　　）
A．石油 B．天然气 C．煤 D．风能
【答案】D
【分析】像水能、风能、太阳能、生物质能等都是能够源源不断的从自然界得到的能源叫可再生能源；像化石能源、核能等短期内不能从自然界得到补充的能源叫不可再生能源。
【解答】解：石油、天然气、煤都属于不可再生能源，只有风能是可再生能源，故D正确，ABC错误。
【点评】此题主要考查对可再生能源和不可再生能源特点的理解，属于基础题目。
模型6 太阳能
（2023 益阳）太阳能是人类能源的宝库，下列有关太阳能的说法错误的是（　　）
A．太阳能是氢聚变释放的核能
B．我们今天开采的化石能源来自于上亿年前地球接收的太阳能
C．目前太阳能电池转化太阳能的效率非常高
D．太阳能电池是将太阳能转化为电能
【答案】C
【分析】（1）太阳是一个巨大的核能火炉，每时每刻都在发生聚变反应，向周围释放出惊人的核能。
（2）化石能源来自于上亿年前地球接收的太阳能。
（3）目前太阳能的光电转换效率比较低。
（4）太阳能电池是将太阳能转化为电能。
【解答】解：A、太阳能是氢聚变释放的核能，故A正确；
B、我们今天开采的化石能源来自于上亿年前地球接收的太阳能，故B正确；
C、目前太阳能电池转化太阳能的效率较低，故C错误；
D、太阳能电池是将太阳能转化为电能，故D正确。
名师点拨：本题主要考查的是太阳能的利用；知道太阳能是通过核聚变得到的核能；目前利用太阳能的光电转换效率不高。
【变式练1】（2023 徐州）2023年4月，我国自主设计建造的核聚变实验装置——东方超环，成功实现了403s稳态运行。下列能源的形成与东方超环相同的是（　　）
A．地热能 B．太阳能 C．风能 D．潮汐能
【答案】B
【分析】获得核能的两种途径：核裂变和核聚变。
【解答】解：我国自主设计的“人造太阳”实验装置——东方超环，其反应原理与太阳类似，通过核聚变，释放巨大的核能。故B正确，ACD错误。
【变式练2】（2023 株洲）太阳是人类能源的宝库，太阳能（　　）
A．是可再生能源 B．是二次能源
C．不是未来的理想能源之一 D．来自太阳内部的核裂变
【答案】A
【分析】消耗后可在短时间内从自然界得到补充的能源属于可再生能源，不能短时间内从自然界得到补充的能源属于不可再生能源；直接从自然界获得不需要加工转换的能源是一次能源，不能直接从自然界获得而是通过消耗其它能源经过加工转换而获得的能源是二次能源；太阳能是新型能源，当今社会使用非常广泛，根据太阳能使用的两种方式并结合生活实际可解决此题。
【解答】解：A。太阳能可以从自然界中源源不断地得到补充，属于可再生能源，故A正确；B、太阳能可以直接从自然界获得，属于一次能源，故B错误；C、太阳能是新型能源，当今社会使用非常广泛，是未来的理想能源之一，故C错误；D、太阳能来自太阳内部的核聚变，故D错误。故选：A。
【变式练3】（2023 聊城）太阳能属于　　 （选填“可”或“不可”）再生能源。“人造太阳”不是建在天上的另一个太阳，而是科学家们在地球上建造的一座装置。它如同太阳一样，利用氢原子核在超高温下发生　 　 （选填“裂变”或“聚变”），来源源不断地释放能量。
【答案】可；聚变。
【分析】（1）由可再生能源与不可再生能源的分类要求来看，可以从自然界源源不断地得到的能源称之为可再生能源；一旦消耗就很难再生的能源称之为不可再生能源。
（2）核能分为裂变和聚变两种，裂变分为两种：可控链式反应和不可控链式反应，前者主要应用在核反应堆中，后者应用在原子弹中；聚变主要应用在氢弹上。
【解答】解：太阳能可以源源不断的获得，故它是可再生能源。在太阳内部，太阳之所以能发光发热，实质相当于无数个的氢弹爆炸而造成的，即氢原子核在超高温下发生聚变释放核能。
【点评】本题考查了太阳能的利用和太阳内部进行的核反应的类型，太阳能环保无污染，越来越多的被利用。
模型7 核能及其应用
（2023 广安）关于下列四幅图，说法错误的是（　　）
A．甲图中，人站在绝缘凳上，双手同时握住火线和零线会触电
B．乙图反映了电动机的工作原理
C．丙图中，“中国天眼”可接收来自太空的电磁波帮助人类探索宇宙起源和演化
D．丁图中，核电站是利用核裂变释放的能量来发电的
【答案】B
【分析】（1）根据电流形成原理即可明确是否会发生触电；
（2）发电机的工作原理是电磁感应现象；而电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力运动；
（3）“中国天眼”曾接收到来自1351光年外一颗脉冲星发出的脉冲信号，对宇宙的深入探测，有助于人类对宇宙起源和演化的了解；
（4）核电站是利用可控核裂变释放的能量来发电的。
【解答】解：A、图甲中人手分别握住火线和零线，则人体形成电路，身体内有电流，故会使人体触电，故A错误；B、图乙中闭合电路的一部分导体在磁场中切割磁感线，导体中产生感应电流，这是电磁感应现象，是发电机的原理，故B正确；C、图丙中“中国天眼”曾接收到来自1351光年外一颗脉冲星发出的脉冲信号，对宇宙的深入探测，有助于人类对宇宙起源和演化的了解，故C错误；D、图丁中核电站是利用可控核裂变释放的能量来发电的，故D错误。故选：B。
名师点拨：本题考查了触电的形式、发电机的工作原理、“中国天眼”的认识以及核电站发电原理，难度一般。
【变式练1】（2023 鞍山）核电站通过核反应堆中的核　 　（选填“聚变”或“裂变”）来加热水，将核能转化为水蒸气的　　 能，再通过汽轮机转化为机械能，最后带动发电机转动转化为电能，电能属于　　 （选填“一次”或“二次”）能源。
【答案】裂变；内；二次。
【分析】核电站的核心是核反应堆，核燃料在裂变过程中释放出核能，再通过热交换器变为高温高压的蒸汽，将核能转化为水蒸气的内能，然后利用蒸汽去驱动蒸汽轮机，蒸汽轮机的旋转带动发电机发电。根据电能能否直接从自然界获得进行能源类别的判定。
【解答】解：核电站通过核反应堆中的核裂变来释放出核能，再通过热交换器加热水，使水变为高温高压的蒸汽，将核能转化为水蒸气的内能，再通过汽轮机转化为机械能，最后带动发电机转动转化为电能，电能不能够从自然界直接获取，属于二次能源。
【点评】本题考查了核能的应用和能源的分类，属于基础内容，难度不大。
【变式练2】（2022 枣庄）核电站的发电流程如图所示，在发电过程中，下列所述能量转化顺序正确的是（　　）
A．核能→化学能→内能→电能 B．核能→化学能→机械能→电能
C．核能→内能→机械能→电能 D．核能→机械能→内能→电能
【答案】C
【分析】结合流程图，搞清核反应堆、汽轮机、发电机中各自的能量转化情况，便可分析出整体的能量转化过程。
【解答】解：在核反应堆中，核能转化为介质的内能，在汽轮机中蒸气的内能转化为汽轮机的机械能，在发电机中，机械能转化为电能，最终输送到电网上，因此，选项C的描述符合题意。故选：C。
【变式练3】（2023 德州）1988年，中国“核潜艇之父”黄旭华设计的第一代核潜艇成功下潜至水下300m处，此处的液体压强是　 　Pa，核潜艇是利用　　（选填“核裂变”或“核聚变”）提供动力的。（g＝10N/kg，ρ水＝1.0×103kg/m3）
【答案】3×106；核裂变
【分析】（1）知道核潜艇下潜的深度，根据p＝ρgh求出受到的压强；
（2）核裂变和核聚变都能释放能量，但是又有区别，核裂变是可控的，核聚变过程是不可控的。
【解答】解：（1）潜艇下潜到300m深度时受到的压强：
p＝ρ水gh＝1×103kg/m3×10N/kg×300m＝3×106Pa；
（2）核裂变是可控的，故核潜艇是利用核裂变反应产生的能量来提供动力的。
【点评】本题考查了核能的利用和液体压强公式的应用，属于基本内容，比较简单。
模型8 能量的转移和转化、能量守恒
（2023 长春）我国红沿河核电站核能供暖示范项目，利用核能发电的同时实现了清洁供暖。
（1）核电站利用原子核 　 　（填“聚变”或“裂变”）释放的核能发电。
（2）核电站利用发电过程中产生的余热进行供暖，提高了能量的利用率。供暖时，用水做输运能量的介质，是因为水的　 　 大。
（3）在能量转化和转移的过程中，能量的总量　 　 。但是在供暖过程中，热量只能自发地从高温物体转移到低温物体，不能相反，这一现象说明能量的转移具有　 　 。
【答案】（1）裂变；（2）比热容；（3）不变；方向性。
【分析】（1）核电站利用原子核裂变发电；
（2）水的比热容大的理解：相同质量的水和其它物质比较，吸收或放出相同的热量，水的温度升高或降低的少；升高或降低相同的温度，水吸收或放出的热量多；
（3）能量的转化和转移是有方向性的，并且能量在转化或转移的过程中总量保持不变。
【解答】解：（1）核电站都是利用原子核裂变的链式反应发电；
（2）供暖的“暖气”用水做输运能量的介质，是因为水的比热容较大，相同质量的水和其它物质比较，降低相同的温度时，水放出的热量多；
（3）热量总是自发地从高温物体传到低温物体，而不可能自发地从低温物体传到高温物体，说明能量的转移和转化具有方向性；能量在转化或转移的过程中总量保持不变。
名师点拨：本题考查核能、水的比热容以及能量的转化，难度不大。
【变式练1】（2022 无锡）如图所示的白鹤滩水电站是实施“西电东送”的国家重大工程，是世界在建规模最大的水电工程。正式投运后，每年可向华东地区输送1.14×1017J的电能，相当于火力发电站燃烧1.0×1010kg标准煤所获得的电能。标准煤的热值取3.0×107J/kg。下列说法中错误的是（　　）
A．水能是可再生能源
B．水电站将水的机械能转化为电能
C．煤炭是不可再生能源
D．火力发电站的发电效率为50%
【答案】D
【分析】（1）（3）人类开发利用后，在现阶段不可能再生的能源，属于不可再生能源；在自然界中可以不断再生、连续利用的能源，属于可再生能源；（2）判断能量的转化，我们主要看它要消耗什么能量，得到什么能量，总是消耗的能量转化为得到的能量；（4）利用Q放＝mq计算出标准煤完全燃烧放出的热量，根据效率公式计算出火力发电站的发电效率。
【解答】解：A、水能可以从自然界里源源不断的得到补充，属于可再生能源，故A正确；
B、水力发电，将水的机械能转化为电能，故B正确；C、煤等化石能源在地球上的储量是有限的，消耗后不可能再生，属不可再生能源，故C正确；D、标准煤完全燃烧放出的热量Q放＝mq＝1.0×1010kg×3.0×107J/kg＝3×1017J，火力发电站的发电效率η38%，故D错误。
【点评】本题考查考查能源的分类、热量的计算以及效率的计算，题目难度不大。
【变式练2】（2022 湘潭）有关能源和能量，下列说法正确的是（　　）
A．电能是一次能源
B．只有裂变才能释放出核能
C．风能是可再生能源
D．能量是守恒的，我们不需要节约能源
【答案】C
【分析】（1）能从自然界直接获取的是一次能源，需要通过一次能源的消耗来获得的能源，叫二次能源；
（2）核聚变和裂变都能释放能量；
（3）可以从自然界源源不断地得到的能源称之为可再生能源；
（4）能量的转化与转移具有方向性。
【解答】解：A、电能需通过消耗一次能源才能获得，是二次能源，故A错误； B、原子核在分裂或者聚合时释放的能量叫做核能，故B错误；C、风能是由大气的流动形成的，风能可以从自然界源源不断获得，为可再生能源，故C正确；D、能量是守恒的，但是能量的转移或转化是有方向性的，所以节约能源势在必行，故D错误。故选：C。
【变式练3】（2022 永州）关于能源、环境保护及能量守恒定律，下列说法正确的是（　　）
A．可燃冰、石油都属于可再生能源
B．废旧电池可以随意丢弃
C．用电动汽车替代燃油汽车，可以减少二氧化碳的排放
D．随着时代的进步，永动机是可以造出的
【答案】C
【分析】（1）可以从自然界源源不断地得到的能源称之为可再生能源；一旦消耗就很难再生的能源称之为不可再生能源；
（2）废旧电池是有害垃圾；
（3）电动汽车利用电动机提供动力，消耗电能转化为机械能，不排放二氧化碳；
（4）永动机违背了能量守恒定律。
【解答】解：A、可燃冰、石油等能源在地球上的储量是有限的，消耗后不可能再生，属不可再生能源，故A错误；
B、废旧电池含有有毒的重金属，随意丢弃会污染环境，故B错误；
C、用电动汽车替代燃油汽车，可以减少二氧化碳的排放，故C正确；
D、永动机违背了能量守恒定律，“永动机”是不可能制造出来的，故D错误。
【点评】此题考查能源的分类、能量守恒定律、能源的利用和对环境的危害等，区分生活中的各类能源，理解能量守恒定律，可解答此题。
模型9 能源与可持续发展
（2023 永州）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．核电站是利用核聚变释放的能量进行发电
【答案】B
【分析】（1）能够从自然界源源不断获得或可重复利用的能源是可再生能源；不能够从自然界源源不断获得或不可重复利用的能源是不可再生能源；
（2）太阳能电池可以将太阳能转化为电能；
（3）能量的转化与转移具有方向性；
（4）核电站是利用核裂变释放的能量来发电。
【解答】解：A、煤、石油属于化石燃料，不能短时期内从自然界得到补充，属于不可再生能源，故A错误；B、太阳能电池可以将太阳能转化为电能，故B正确；C、能量是守恒的，但是能量的转移或转化是有方向性的，所以节约能源势在必行，故C错误；D、目前核电站是利用核裂变释放的能量来发电，故D错误；故选：B。
名师点拨：本题考查能源的分类、能量的转化以及核聚变，是一道基础题。
【变式练1】（2022 成都）新能源的开发和利用在中国发展势头强劲，是东方巨龙腾飞的助推器，如图是我国生产的某品牌氢动力汽车。关于新能源，下列说法不正确的是（　　）
A．核燃料、氢燃料和天然气都属于新能源
B．核电站利用核裂变释放的能量来发电
C．氢燃料发动机将化学能转化为机械能
D．新能源的开发可以有效缓解能源危机
【答案】A
【分析】人类已经长期利用的传统能源，如化石能源、水能、风能等，称为常规能源；
那些近年来大力开发和利用的，且往往具有环保、无污染、可循环利用等特点的能源，被称为新能源；根据能量形式的变化可判断能量的转化情况。
【解答】解：A、核燃料、氢燃料属于新能源，天然气属于化石能源，是不可再生能源，不是新能源，故A错误；
B、核电站利用核裂变释放的能量来发电，将核能最终转化为电能，故B正确；
C、氢燃料发动机将氢燃料的化学能最终转化为机械能，故C正确；
D、新能源的开发有效缓解了能源危机，故D正确。
【点评】本题考查了对新能源与传统能源的了解，对能量转化的判断等，属基础题。
【变式练2】（2023 宜宾）人类在现代生活中广泛使用化石燃料，燃料燃烧时发热，将　　 转化为内能，同时产生了大量的　 　气体，加剧了地球的温室效应。因此减少化石燃料的使用，开发新能源是未来理想能源的发展方向。
【答案】化学；二氧化碳。
【分析】（1）化石燃料燃烧过程中将化学能转化为内能；
（2）温室效应是指由于二氧化碳排放量增大，而导致的地球变暖的现象。
【解答】解：温室效应是指由于二氧化碳排放量增大，而导致的地球变暖的现象，现代工业的发展、工厂废气大量排放、汽车、飞机尾气的大量排放都会造成二氧化碳排放过量，加剧温室效应；化石燃料燃烧过程中将化学能转化为内能，同时产生了大量的二氧化碳气体。
【变式练3】（2022 玉林）下列关于环境保护和能源利用的说法正确的是（　　）
A．保护生态环境，“绿水青山就是金山银山”
B．在安静的图书馆大声说话
C．提倡减排，可不必提倡节能
D．电能是一次能源，它便于输送和转化
【答案】A
【分析】（1）多了解环境的污染源和防治措施，要有环保意识和责任感；
（2）从环境保护角度看，凡是影响人们正常的生活、休息和学习的声音都是噪声；
（3）目前国家提倡“低碳生活”，实际上就是为了节约能源和保护环境；
（4）一次能源：是指可以从自然界直接获取的能源．例：煤炭、石油、天然气、水能、风能、太阳能、地热能、潮汐能、生物质能、核能；二次能源：是指无法从自然界直接获取，必须经过一次能源的消耗才能得到的能源．例：电能、乙醇汽油、氢能、沼气。
【解答】解：A、保护生态环境，“绿水青山就是金山银山”，故A正确；
B、从生活的角度考虑，不管声音是优美动听，还是杂乱刺耳的，只要对人们的生活和工作造成影响的，都可以称为噪声，故在安静的图书馆不能大声说话，故B错误；
C、提倡减排，也必须提倡节能，故C错误；
D、电能无法从自然界直接获取，必须经过一次能源的消耗才能得到，是二次能源，故D错误。
【点评】本题考查了关于环境保护和能源利用方面的问题，综合性强，但难度不大。

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