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第十九章 电磁波与信息时代
第二十章 能源与能量守恒定律
1. 知道电磁波。知道电磁波在真空中的传播速度。 知道波长、频率和波速。了解电磁波的应用及其对人类生活和社会发展的影响。
2. 列举常见的不可再生能源和可再生能源。
3. 知道核能的特点和核能利用可能带来的问题。
4. 了解能量及其存在的不同形式。能描述不同形式的能量和生产、生活的联系。
课程标准
5. 通过实验，认识能量可以从一个物体转移到其他物体，不同形式的能量可以相互转化。
6. 知道能量守恒定律。列举日常生活中能量守恒的实例。有用能量转化与守恒的观点分析问题的意识。
7. 从能量的转化和转移的角度认识效率。
8. 列举能量转化和转移具有方向性的常见实例。
9. 从能源开发与利用的角度体会可持续发展的重要性。
考点梳理
1.电磁波的产生：导体中迅速变化的__________会在周围空间激起电磁波。
2.电磁波的传播：电磁波能在_________中传播，其速度与光速相等，也可以用字母c表示，即c=_________m/s=__________km/s。
电流
电磁波
真空
3×108
3×105
3.波速(c)、波长(λ)和频率(f)的关系：c=λf。 由公式可知：在真空中，电磁波的波速一定，电磁波的频率越__________，波长越短。
4.电磁波频率的国际制单位:__________，符号为__________，常用单位还有千赫(kHz)和兆赫(MHz)。 它们之间的换算关系：
1 kHz=__________Hz,1 MHz=__________Hz。
高
赫兹
Hz
1×103
1×106
5.电磁波与声波对比：
波 产生 传播 速度 应用
声波 物体的振动 需要介质，不能在真空中传播 与介质的种类及温度有关，空气中的声速（15 ℃）为340 m/s B超诊断、声呐探测等
电磁波 迅速变化的电流 不需要介质，可以在真空中传播 真空中的速度是c＝3×108 m/s 雷达、遥控器、验钞机、手机、收音机、GPS导航等
注意：
（1）光属于电磁波，声音不属于电磁波。
（2）根据波长从大到小排列，电磁波可分为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等。由于它们的本质都是电磁波，故它们在真空中的传播速度都相同。
6. 电磁波的应用：
(1)无线电广播、电视：用无线电波（电磁波）来传递信号。 （2） 移动电话：既能__________无线电波，又能__________无线电波。移动电话的发射功率不大，它的天线灵敏度也不高，所以要靠基地台进行转接。
(3)通信建设：①微波通信：微波（电磁波）的性质更接近光波，大致沿直线传播，要通过很多中继站才能把信息传到远方；②卫星通信：用__________颗同步通信卫星来发射和接收电磁波信号可以实现全球通信；
发射
接收
3
③光纤通信：利用激光（电磁波）在光纤中传递信号，激光信号在光纤中传输损耗小，可长距离传输，光纤通信容量极大，不怕雷击，不受电磁干扰，通信质量好，保密性强；④网络通信：网络通信的常用形式是电子邮件，利用因特网实现资源共享和信息传递。
7.两种特殊电磁波：①电视机的遥控器是利用电磁波中的__________来工作的，电磁波中的红外线具有__________效应，红外线烘炉就应用了它的这个特性；②在医院的手术室、病房里，常用__________灯来灭菌，验钞机是利用__________能使荧光物质发光的原理工作。
8.电磁波的屏蔽：实验证明，__________(填“金属”或“非金属”)材料制成的壳体或网罩，对电磁波有屏蔽作用。
红外线
热
紫外线
紫外线
金属
注意：
(1)在信息传递的过程中，军用雷达传递的是电磁波，倒车雷达传递的是超声波。
(2)最简单的电话由话筒（声信号→电信号）和听筒（电信号→声信号）组成。
(3)电话信号分为模拟信号和数字信号两种。数字信号相比于模拟信号，具有信号失真小，便于存储，传输数据处理简便的优点。
(4)光导纤维是绝缘体，激光在光导纤维中反复发生全反射向前传播以传递信息。
1. 能量的转化和守恒：
（1）能量守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式__________为其他形式，或者从一个物体__________到其他物体，在这两个过程中，能量的总量__________。
（2）能量的转化和转移是有_____________的。
（3）永动机是不可能做成的，因为其违反了能量守恒定律。
转化
能量和能源
转移
保持不变
方向性
2. 能源分类：
(1)按能源是否被大规模生产和利用的标准：
①常规（传统）能源：是指已经被人类大规模生产和广泛利用的能源，例如：__________、__________、__________等；
②新能源：是指传统能源之外的各种能源形式，即刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，例如：__________、__________、地热能、风能、海洋能、生物质能等。
煤炭
石油
天然气
太阳能
核能
(2)按能源是否可以在短时期内从自然界中不断得到补充的标准：①不可再生能源：是指在自然界中经过亿万年形成，随着大规模开发利用，储量越来越少，且短期内无法恢复的能源，例如：__________、__________、__________、核能等；
②可再生能源：是指取之不尽，用之不竭的能源，例如：__________、__________、__________、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能等。
煤
石油
天然气
太阳能
水能
风能
（3）按能源是否从自然界直接大量获取并直接使用的标准：
①一次能源：是指可以直接从自然界获得的能源，例如：化石能源（煤、石油、天然气）、风能、水能、地热能、__________、__________等；
②二次能源：是指无法从自然界直接获取，必须通过消耗_____________才能得到的能源，例如：__________、汽油、柴油、液氢、液化石油气等。
太阳能
核能
一次能源
电能
注意：
（1）人们在生产生活中所使用的电能、煤气、酒精等都是从一次能源经过加工转换而来的，属于二次能源。
（2）核能所需要的核燃料在地球上储量有限，使用完后得不到补充，因此属于不可再生能源。
（3）我们所使用的化石能源中储存的能量来自远古时期的太阳能，因此，利用化石能源中的能量，其实也是在利用太阳能。
1. 核能：原子内部蕴藏的巨大能量叫做核能。
(1)释放核能的两种方式：__________和__________。
①原子弹、核电站利用的是核__________变。原子弹爆炸时发生的链式反应是不加控制的，核电站的核反应堆中发生的链式反应是可控制的。
②氢弹、太阳内部是利用核__________变。
核裂变
开发新能源
核聚变
裂
聚
（2）优点与不足：
①优点：最大的优势就是能量巨大，不会排放巨量的污染物质到大气中，不会造成空气污染，有比较丰富的核资源等；
②不足：使用过的核燃料具有放射性，须慎重处理，并且核能发电被认为存在风险等。
2. 太阳能：在太阳内部，__________________在超高温下发生__________，释放出巨大的核能，以光和热的形式向四周辐射，这就是太阳能。
(1)人类利用太阳能的三种方式：
①将太阳能转化为_________能，如太阳能热水器；
②将太阳能转化为__________能，如太阳能电池；
③将太阳能转化为__________能，如绿色植物进行光合作用。
（2）优点：供应时间长，分布地域广，获取方便，环保无污染等。
氢原子核
聚变
内
电
化学
注意：
(1)核裂变是用中子撞击重核，使之分裂成两个原子核，从而释放出核内巨大的能量，其中中子的运动可以加以控制，因此，核裂变是可控的。
(2)氢核聚变需要超高的温度和压强，在现有的技术条件下达不到控制要求，因此核聚变是不可控的。
课本简练
1. （九下P55图19-5改编）电磁波是一个大“家族”，图1-19-1是它们家的“族谱”。对电磁波的认识，下列说法正确的是（ ）
A. 可见光也是一种电磁波
B. 无线电波的频率比紫外线的频率高
C. 真空中无线电波的传播速度是电磁波家族中最快的
D. 在医院的病房里、幼儿园的卧室里常用红外线灯来灭菌
A
2. （九下P62图19-15改编）关于光纤通信，下列说法错误的是（ ）
A. 光纤通信中使用的“导线”是光导纤维
B. 光纤通信中使用的“导线”是金属导线
C. 在光纤中，光是经过多次反射向前传播的
D. 采用光纤通信在一定时间内可以传输大量信息
B
3. （九下P58图19-8改编）图1-19-2是无线电广播工作过程的简易图。话筒把播音员的__________转换成__________，即音频信号，然后用调制器把音频信号加载到__________电流上，通过天线产生电磁波发射到空中。收音机接收到各种电磁波并从中选出特定频率的信号，通过解调将__________信号留下。__________把音频信号转换成声音，我们就能听到广播电台的节目了。
声信号
电信号
高频
音频
扬声器
4. （九下P73自我评价与作业1改编）现代社会开发使用的能源中，属于可再生能源的是（ ）
A. 可燃冰 B. 页岩油
C. 太阳能 D. 核燃料
C
5. （九下P81活动1改编）以下现象中能量只发生了转移的是（ ）
A. 煤气炉将水烧开
B. 抱着热水袋取暖
C. 通电后小灯泡发光
D. 足球在草坪上越滚越慢
B
6. （九下P75信息浏览改编）太阳能电池板一般是由晶体硅制成的，其主要材料是__________（填“超导体”或“半导体”）。人造卫星两翼安装的太阳能电池帆板能直接把太阳能转化成__________，给卫星提供动力。
半导体
电能
易错精讲
【例1】下列说法正确的是（ ）
A. 电磁波的频率越高，传播速度越快
B. 电磁波的频率越低，传播速度越快
C. 电磁波的传播速度与频率无关
D. 电磁波的传播速度与波长有关
易错点1
波速、波长和频率的关系
C
思路点拨：电磁波按频率或波长可以分为很多种，它们在真空中的传播速度大小都为3×108 m/s，且频率越高，波长越短。
【变式1】【科学思维】红移现象是指物体的电磁辐射由于某种原因发生变化的现象，在可见光波段，表现为光谱的谱线朝红光端移动了一段距离。图1-19-3是电磁波家族的一部分，已知电磁波的波长越长，频率越低。由此可以推断，当电磁波发生红移时（ ）
A. 波长变长
B. 频率变高
C. 在真空中的波速变小
D. 在真空中的波速为340 m/s
A
【例2】能源家族中有①煤炭；②核能；③石油；④天然气；⑤地热能；⑥太阳能；⑦电能；⑧潮汐能；⑨酒精；⑩水能。其中属于不可再生能源的是_______________；属于可再生能源的是_______________；属于一次能源的是_________________________；属于二次能源的是_______________。
易错点2
能源的分类
①②③④
⑤⑥⑧⑩
①②③④⑤⑥⑧⑩
⑦⑨
思路点拨：可再生能源与不可再生能源都取自自然界，所以都是一次能源。
【变式2】（2016广东）下列能源属于可再生能源的是( )
A. 风能 B. 天然气
C. 核能 D. 石油
A
考点1 电磁波［10年8考： 2015年(填空)、2016年(填空)、2017年(填空)、 2018年(填空)、2021年(选择)、2022年(综合)、2023年(填空)、2024年(填空)考查］
考点精练
1. 【航天主题】在“天宫”课堂中，航天员王亚平与地面的同学们进行了天地对话。他们之间传递信息利用的是（ ）
A. 次声波 B. 电磁波
C. 红外线 D. 紫外线
B
2. 如图1-19-4所示，将导线的一端与电池负极相连，用另一端与电池正极快速断续接触，可以听到收音机发出“咯、咯”声，表明收音机接收到了（ ）
A. 热量 B. 声波
C. 光能 D. 电磁波
D
3. （2021广东）电磁波的频率与波长的大致分布如图1-19-5所示，下列说法正确的是（ ）
A. 紫外线属于可见光
B. 红外线的波长比可见光的短
C. X射线的频率比无线电波的低
D. 可见光与γ射线在真空中的传播速度相等
D
4. 【关联整合】超声波和电磁波都可以传递信息，下列关于它们的说法正确的是( )
A. 超声波和电磁波都是由物体的振动产生的
B. 超声波和电磁波都可以在真空中传播
C. 电磁波在空气中的传播速度远比超声波在空气中的传播速度大
D. 声呐和雷达都是利用了电磁波反射的原理
C
5. 【初高衔接】在一列波的传播中，凸起的最高处为波峰，凹下的最低处为波谷。邻近的两个波峰（或波谷）的距离，叫做波长。图1-19-6为绳上的一列横波在某时刻的波形，若绳上P点振动的频率为10 Hz，则此波（周期是指物体做往复运动或物理量做周而复始的变化时，重复一次所经历的时间）（ ）
A. 波长是0.5 m，周期是10 s
B. 波长是0.5 m，周期是0.1 s
C. 波长是1 m，周期是0.1 s
D. 波长是1 m，周期是10 s
C
考点2 能量、能源和开发新能源［10年10考：2015年(选择和填空)、2016年(选择)、2017年(填空)、2018年(综合)、2019年(综合)、2020年(填空)、2021年(填空)、2022年(选择)、2023年(填空)、2024年(填空)考查］
6. （2022广东）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. 电能是一次能源
C. 水力发电是将水的机械能转化为电能
D. 太阳释放的能量是核裂变产生的
C
7. 【物理学与工程实践】人类文明，一脉相传。从古代的水磨，到今天的水电站，都是人类对水能的合理开发与利用。如图1-19-7所示，图甲是古代的水磨，流水冲击水轮，水轮转动，去汲水、碾谷、磨面；图乙是水电站，流水冲击水轮，带动发电机发电。从能量转化和转移的角度来看，下列说法正确的是（ ）
A. 图甲中，水磨工作过程中只有机械能的转移，没有机械能转化为其他形式的能
B. 图甲中，流水通过水轮后，在往下游流
动的过程中，水流的速度不变，机械能不变
C. 图乙中，拦河大坝起到了提高水的重力
势能的效果
D. 图乙中，流水冲击水轮，带动发电机
发电，减少的水能全部转化为电能
C
8. (2024广东）在太阳内部，氢原子核在超高温下发生__________（填“聚变”或“裂变”），释放出巨大的核能。太阳能属于______________（填“可再生”或“不可再生”）能源。请写出太阳能的1个优点：___________________。
聚变
可再生
清洁无污染
9. 【物理学与工程实践】大亚湾核电站是我国第一座大型商用核电站，它获取核能的方式如图1-19-8__________（填“甲”或“乙”）所示。太阳核心每时每刻都在发生图__________（填“甲”或“乙”）所示的爆炸。
乙
甲
10. 【物理学与社会发展】随着手机充电技术的不断发展，无线充电、太阳能充电等先进技术逐步走入我们的日常生活之中。图1-19-9是一款手机无线充电实物图，在给手机充电的过程中，电能转化为__________能。人类是在能量的转化或转移的过程中利用能量的，而能量的转化和转移具有_________性，因此可利用的能源是有限的。
化学
方向
考点3 跨学科实践让家中的无线网络更流畅
11. 【物理学与社会发展】无需Wi-Fi信号，点亮LED灯就能上网，复旦大学成功实现了这一国际前沿通信技术。在LED灯中安装一个微芯片，便可让其变成无线网络发射器；点亮LED灯，灯光下的电脑通过一套特制的接收装置接收光信号即可上网。
（1）点亮LED灯上网是通过__________（填“可见光”或“红外线”）传播信号的。
可见光
（2）已知无线电波的波长大于可见光的波长，在真空中无线电波的传播速度__________（填“大于”“等于”或“小于”）可见光的传播速度。
（3）与用Wi?Fi信号上网相比，由于可见光的波长很短，不能绕过障碍物，相当于沿__________传播，信号不能穿墙而过，故网络信息更加安全。
等于
直线
考点4 跨学科实践新能源汽车发展前景和趋势的研究
12. 【物理学与社会发展】汽车方便了人们的出行，从长远趋势看，氢能源是新能源汽车产业的重要发展路线之一。
（1）目前，多数汽车使用的燃料仍是汽油或柴油。汽油或柴油属于______________（填“一次能源”或“二次能源”）。
（2）氢能源汽车在氢气燃烧的过程中的能量转化是________________________________。氢气是一种高效的绿色能源，但至今没能得到广泛应用的主要原因是_______________（写出一条即可）。
二次能源
化学能转化成内能
开发成本高

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