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第十一章 物理学与能源技术
物理学与能源技术
情境导入
皮球在空中运动；太阳内部的原子核在发生剧烈的变化；暖气片内的水中，大量水分子在做无规则的热运动；电池一旦接入闭合回路，它内部的化学成分将持续发生反应……运动形式的多样性，对应着能量的多样性。
知识点
能量守恒定律
1
感悟新知
1. 能量的相互转化 不同形式的能量之间可以相互转化，如灯泡发光是电能转化为光能和内能；燃料燃烧是化学能转化为内能。
(1)从能量利用和转化角度来讲，现代化的生活就是以电能为中心的能量转化和利用的过程。
(2)能量的来源：我们生产、生活中利用的能量，追根溯源，大都来自太阳。
2. 能量守恒定律
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。
(1)能量守恒定律的普遍性：能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一，所有能量转化和转移过程，都遵守能量守恒定律。
(2)“永动机”的设想违背能量守恒定律，注定以失败而告终。
深度理解
机械能守恒与能量守恒的区别：
(1)机械能的守恒是有条件的——没有能量损失或额外的能量补充。例如：克服摩擦做功，机械能的总量将减少，损失的机械能将转化为其他形式的能。
(2)能量守恒定律的成立不需要条件。这是因为能量的转化形式是多样的，可以在机械能、内能、化学能、电能、光能、原子能等能量形式间相互转化，不限于动能与势能之间。在转化过程中，一种形式的能量减少，另一种形式的能量必然增加，能量的总量保持不变。
[中考·张家界] 宇宙承载着中国人民千百年来的向往，“祝融号”火星车已安全到达火星表面。火星车有四片太阳能电池板，整体造型就像一只蝴蝶，太阳能电池板是将太阳能转化为______；火星车搭载了6 台科学载荷进行科学探测，其中次表层探测雷达随火星车一起移动探测并收集地下反馈信息，如果以火星车为参照物，那么次表层探测雷达是______的。
例1
电能
静止
解析：太阳能电池板可以将太阳能转化为电能；以火星车为参照物，次表层探测雷达的位置没有发生变化，所以以火星车为参照物，次表层探测雷达是静止的。
特别提醒
判断能量的转化，我们主要看它消耗什么能量, 得到什么能量，总是消耗的能量转化为得到的能量。
1. 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量。
例如：汽车在刹车时，动能转化为路面、轮胎、空气的内能，这些能量不可能再转化为汽车的动能，使汽车再开动起来。
知识点
能量转化的方向性和效率
2
2. 能量转化中的效率
输入能量＝ 输出有效能量＋输出无效能量。
能量转化效率η＝。
在任何情况下，η 都小于1。
拓展延伸
提高能量利用效率的方法：
1. 让燃料充分燃烧；
2. 采取保温隔热措施，减少能量的损失；
3. 充分利用余热和减少有害摩擦；
4. 减少能量转化过程的中间环节。
[中考·泰州] 汽车刹车的过程，伴随着能量从机械能转化为内能，内能散失到空气中，此过程能量的总和______(填“增大”“不变”或“减小”)。散失到空气中的内能无法自动转化为机械能再用来驱动汽车，这是因为能量的转化和转移具有______性。
例2
不变
方向
解析：在汽车刹车的过程中，机械能转化为内能，内能散失到空气中，此过程遵循能量守恒定律，能量的总和是不变的；散失到空气中的内能无法自动转化为机械再用来驱动汽车，这是因为能量的转化和转移具有方向性。
特别提醒
能量守恒定律，是在能量转化或转移的过程中，各种能量的总和保持不变，而不是某种形式的能量保持不变。
1. 能源 能源是能为人类提供某种形式能量的物质资源。
2. 能源的分类
知识点
能源
3
分类标准 类型 定义 实例
产生方式 一次能源 可以从自然界直接取得，而不改变其基本形态的能源 煤、石油、天然气、太阳能、地热能等
二次能源 一次能源经过加工，转换成另一种形态的能源 电力、蒸汽、煤油、汽油等
分类标准 类型 定义 实例
是否被广 泛利用 常规能源 当前被广泛利用的一次能源 煤、石油、天然气等
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 太阳能、地热能、潮汐能等
分类标准 类型 定义 实例
能否再生 可再生能源 能够不断得到补充以供使用的一次能源 水力、风能、太阳能、潮汐能、地热能等
不可再生能源 短期内无法再生的一次能源 煤、石油、核燃料等
特别提示
“可再生能源”和“不可再生能源”都是针对一次能源而言的，即只有对一次能源来讲，才能说其属于“可再生能源”或“不可再生能源”。
分类标准 类型 定义 实例
是否造成 环境污染 清洁型能源 对环境无污染或污染很小的能源 太阳能、水力、风能等
污染型能源 对环境污染较大的能源 煤、石油等
误区警示
新能源可能是人类早已发现或者在局部地区或领域已得到小范围的有限使用的能源, 不一定是人类刚刚发现的甚至未被使用的能源。
清洁能源不是对环境没有任何的影响, 只是对环境的影响是很小的、有限的。
3. 能源危机 世界经济的发展和人口的增加，导致了能源需求量的迅速增长，地球上传统的一次能源储量远远不能满足人类长期的需要，21 世纪人类社会正面临严重的能源匮乏。
知识链接
能源危机产生的原因：
(1)目前，人类使用的能源主要是不可再生能源；
(2)能量的转化和转移具有方向性。
[中考·泰州] 下列能源中属于可再生能源的是( )
A. 石油 B. 煤炭 C. 天然气 D. 风能
例3
解析：石油、煤炭、天然气在短时间内不能从自然界
中得到补充，是不可再生能源，故A、B、C 均不符合题意；风能可以从自然界源源不断获得，是可再生能源，D 符合题意。
D
易错提醒
能源从不同的角度可以进行不同的分类。在解答能源分类的问题时，一要看清题目中要求从哪个角度进行分类，二要明确可再生能源与不可再生能源、一次能源与二次能源、清洁型能源与污染型能源、常规能源与新能源的区别。
1. 核能 重核裂变或轻核聚变，将释放出巨大的能量，这就是核能，也就是原子能。
2. 核裂变 重原子核分裂成较轻的原子核。
知识点
核能
4
3. 链式反应 当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，如果这些中子再引起其他铀核裂变，就可使反应不断地进行下去，这种反应叫做链式反应。
4. 核裂变的应用
(1)原子弹，速度不加控制的核裂变。
(2)核电站，主要由核反应堆、蒸汽轮机和发电机等组成。
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。
① 核电站中的能量转化：核能 内能 机械能 电能。
② 核电站的优点：消耗很少的核燃料，就可以产生大量的电能；对环境的污染小；从长远看，发电成本低。
③ 使用核电站的注意点：核废料极不容易处理；要防止发生核泄漏，对核能的安全使用，要求极高。
5. 核聚变 轻原子核结合成较重的原子核。
6. 核聚变的应用 氢弹，氢弹的
威力比原子弹更大。
7. 太阳能的产生 太阳内部氢核聚变。
特别提醒
1. 不对链式反应加以控制的核裂变反应在军事上的应用就是原子弹爆炸。
2. 核反应堆能对引起核裂变反应的中子数量及能量加以控制，从而使链式反应连续、缓慢地进行，核能得以平稳释放。核电站就是利用核反应堆提供的能量发电的。
知识图解
图解法理解核裂变和核聚变：
[中考·成都] 中俄两国核能合作项目在两国领导人的见证下已正式开工。下列关于核能、原子核的说法，
正确的是( )
A. 太阳能来自太阳内部物质的核裂变反应
B. 核反应堆发生的链式反应是可以控制的
C. 核废料可直接排放，无需任何处理
D. 原子核是由质子、中子和电子组成
例4
拓展延伸
核废料的处理方法是将装有核废料的金属罐投入选定海域4 000 m以下的海底，或深埋于建在地下厚厚岩石层里的核废料库中。
解析：太阳能来自太阳内部物质的核聚变反应，A 错误；核反应堆发生的链式反应是可以控制的，B 正确；核废料具有放射性，不能直接排放，需进行处理后深埋，C错误；原子核是由质子和中子组成，电子绕核高速运动，D 错误。
答案:B
1. 能量消耗对环境的影响：热污染、温室效应、大气污 染等。
2. 能源的利用要考虑可持续发展。一方面，要提高能源的利用率；另一方面，需要开发新的理想能源。
知识链接
目前已知的、可作为未来理想能源的有核能、太阳能、地热能、风能、潮汐能、生物质能、氢能等。
知识点
能源开发与可持续性发展
5
[中考·桂林] 为了减少能源的利用对环境的污染和破坏，下列做法不正确的是( )
A. 大力发展风力发电
B. 大力发展火力发电
C. 减少化石燃料的使用
D. 开发使用电能驱动的电动汽车
例5
解析：风能是可再生能源，风力发电清洁、无污染，故A 正确；火力发电的原料是煤等化石燃料，属于不可再生能源，发电过程中会产生大量的二氧化碳和其他有害气体，会加重环境污染，故B 不正确；减少化石燃料的使用，可以减少二氧化碳和其他有害气体的排放，有助于减小环境污染，故C 正确；电动汽车行驶过程中噪音小，无尾气排放，能够减少对环境的污染和破坏，故D 正确。
答案:B
核心素养
节能环保、低碳生活理念已成为人们的共识,节能减排的措施和观念是物理考查的热点，同学们要在生活中形成能源利用与可持续发展间要相互兼顾的理念，并以此理念去面对各种能源问题、解释能源利用中的各种做法。
1. 【2023·长春模拟】关于神舟十四号返回舱穿越大气层下降过程中的能量，下列说法正确的是(　　)
A．能量不守恒
B．内能总量保持不变
C．机械能守恒
D．机械能转化为内能
D
课堂训练
2. 【2023·济南改编】汽油机把汽油燃烧放出的________转化为机械能。汽油机工作时，克服摩擦消耗的能量、机械传热损失的能量和废气排出的能量，都不能再自动地用来驱动汽车，因为能量转化具有________。
内能
方向性
3. 【2023·南通期中】下列获取电能的几种能源中，属于不可再生能源的是(　　)
A．石油
B．潮汐能
C．地热能
D．太阳能
A
4. 【2023·青海】青海省位于我国西部，拥有极其丰富的太阳能、风能、水能等多种清洁能源。图中不属于利用清洁能源发电的是_______(填“甲”“乙”“丙”或“丁”)；丙是将________能转化成电能。
甲
机械　
能源
能量守恒定律
可持续发展
能量转化的方向性
能量转化效率
分类
能量
课堂小结

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