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(共22张PPT)
第1节 能源利用的现状和面临的挑战
第二十二章 能源与可持续发展
目 录
CONTENTS
01
课程要求
02
知识点精讲
03
课堂巩固
课程要求
1. 列举常见的不可再生能源和可再生能源。
2. 能说出什么是一次能源、二次能源及其特点。
3. 列举能量的转移和转化具有方向性的常见实例。
4. 从能源开发与利用的角度体会可持续发展的重要性。
知识点精讲
知识点1：能源
1. 凡是能提供___________的物质资源，都可以叫做能源。我们今天大规模使用的煤、石油和天然气，是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，所以称为__________能源。
2. 可再生能源和不可再生能源：化石能源等不能在短期内从自然界得到补充，这类能源叫做______________能源。水能和风能等能源可以在短期内从自然界得到补充，这类能源叫做_________能源。
能量
化石
不可再生
可再生
3. 一次能源和二次能源：可再生能源与不可再生能源都是可以直接从自然界获得的能源，我们称这样的能源为______________能源；像电能这样无法从自然界直接获取，必须通过消耗一次能源才能得到的能源，我们称这样的能源为______________能源。
一次
二次
4. 能源的分类归纳：
按产生方式分类 按是否可以在短期内从自然界 得到补充分类 分类举例
一次能源：可以直接 从自然界获得 不可再生能源：不能在短期 内从自然界得到补充 化石能源（煤、石油、天然气）、
核能
可再生能源：可以在短期内 从自然界得到补充 水能、生物质能、太阳能、
地热能、潮汐能、风能等
二次能源：必须通过消耗一次能源才能得到 电能、汽油、柴油、焦炭、煤气、酒精等 拓展：化石能源、风能、生物质能等都来源于太阳能。潮汐能来源于天体的引力作用。
5. 下列能源中：①煤；②天然气；③水能；④电能；⑤地热能；⑥核能；⑦潮汐能；⑧风能；⑨汽油；⑩酒精。（以下均填序号）
（1）属于一次能源的有____________________；属于二次能源的有______________。
（2）属于不可再生能源的有______________；属于可再生能源的有_________________。
①②③⑤⑥⑦⑧
课堂演练
④⑨⑩
①②⑥
③⑤⑦⑧
6. 2024年12月3日，我国成功发射通信技术试验卫星十三号，用于卫星通信、广播电视、数据传输等业务。该卫星在太空所使用到的太阳能是（ ）
A. 不可再生能源 B. 可再生能源
C. 化石能源 D. 二次能源
B
7. 【科学思维】对比图22-1-1中我国2017年发电量和2030年预测发电量，预测（ ）
A. 火力发电量将减少
B. 水力发电量将增加
C. 我国将以核能发电为主
D. 风力发电量占总发电量的比例将减小
B
思路点拨：煤、石油、天然气是可以直接从自然界获得的，属于一次能源；汽油、柴油、液化石油气、煤气、焦炭、酒精等都是通过加工获得的，属于二次能源。
知识点2：能源利用面临的挑战
8. 涉及热现象的能量转化和转移过程是有___________性、不可逆的。如汽车制动时，由于摩擦，动能转化成了轮胎、地面和空气的__________能，这些消耗的能量______________（填“能”或“不能”）再自动地用来驱动汽车；同样，热量只能自发地从____________物体转移到______________物体，不能相反。
方向
内
不能
高温
低温
9. ______________能源是当今世界的主要能源，长期大规模开采和使用会使化石能源面临消耗殆尽的问题，而且燃料的燃烧会带来诸多环境问题。
（1）燃料的燃烧产生大量的二氧化碳，加剧了地球的______________。
（2）煤、石油、天然气等燃料往往含有杂质，致使燃烧生成的气体中含有______________ 等有害物质。
（3）燃料的不完全燃烧还会产生_______和______________，对人和环境造成危害。
化石
温室效应
二氧化硫
粉尘
一氧化碳
10. 为了解决利用化石能源带来的问题，人们利用技术手段提高已知能源的使用效率，并着手开发各种新能源，如核能、太阳能等。
11. 一杯水的内能自发地集中到这杯水的上层，使上面的水沸腾、下面的水结冰。这样的情景是不会出现的，原因是（ ）
A. 违反能量守恒定律 B. 水的比热容较大
C. 能量的转移有方向性 D. 冰的密度较小
C
课堂演练
12. 为防止化石燃料枯竭后出现能源危机，同学们就利用和开发能源的问题展开了热烈讨论，你认为错误的是（ ）
A. 积极研究和寻找新能源
B. 减少工农业能源用量
C. 用超导体送电，减少输电过程中的能量损失，提高输电效率
D. 研究使煤充分燃烧以减少热量损失的措施
B
思路点拨：虽然自然界中的能量是守恒的，它既不会凭空消失，也不会凭空产生，但由于涉及热现象的能量转化和转移是具有方向性、不可逆的，所以我们所能利用的能源是有限的，需要节约能源。
1. 我国目前使用的能源中所占比重最大的是（ ）
A. 水能和地热能 B. 煤和石油
C. 核能和潮汐能 D. 太阳能
课堂巩固
B
2. 为应对地球气候变暖，促进可持续发展，在践行节能低碳的今天，应特别重视新能源的开发和利用。下列能源中属于如图22-1-2所示阴影部分的是（ ）
A. 煤 B. 风能
C. 潮汐能 D. 核能
B
3. 在太阳能、风能、水能和煤中，属于化石能源的是_________。化石能源的使用促进了人类社会的发展,但也带来了一些弊端。请举出一个化石能源的使用对环境造成不良影响的例子：________________________________。
煤
温室效应（或空气污染等）
4. 潮汐电站利用海水在涨潮和落潮过程中所具有的动能和势能来发电，潮汐能属于______________（填“可再生”或“不可再生”）能源。某潮汐电站年发电量可达1.26×1012 J，若在冬天给用户供暖，这些电量能将质量为______________kg的水温度升高30 ℃；若这些电量改用煤进行火力发电，发电效率为40%，煤的热值为3.0×107 J/kg，则需要用煤的质量为______________kg。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
可再生
1×107
1.05×105
5. 【物理学与社会发展】氢气是一种有巨大发展前景的绿色能源，有人设想用电解水的方法制取氢气开发氢能源。已知在220 V、2 A的条件下，通电36 min可电解质量为9.9 g的水。
（1）电解质量为9.9 g的水需要消耗的电能是______________ J。
（2）若氢气的热值为1.4×108 J/kg，电解9.9 g水能产生1.1 g的氢气，则这些氢气完全燃烧放出的热量是______________ J。
9.504×105
1.54×105
（3）根据以上计算，用电解水的方法开发氢能源是否可行？__________（填“是”或“否”）；理由是电解水产生的氢气完全燃烧后放出的热量________（填“大于”或“小于”）消耗的电能，有一部分能量转化为其他形式的能了。
否
小于
谢 谢 !(共27张PPT)
第2节 新能源的发展
第二十二章 能源与可持续发展
目 录
CONTENTS
01
课程要求
02
知识点精讲
03
课堂巩固
课程要求
1. 能说出原子、原子核的结构。
2. 知道核能的特点和核能利用可能带来的问题。
3. 能区分获取核能有两个途径——重核裂变、轻核聚变。
4. 能说出太阳能的由来及其优点，了解太阳能、风能、氢能等能源的开发对可持续发展的意义。
知识点精讲
知识点1：核能
1. 分子是由___________构成的，原子的中心是______________，原子核周围有一定数目的__________在运动。
2. 原子核由_________和中子组成，质子带___________电荷，中子______________。
3. 一旦质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互结合，就有可能释放出的惊人能量。这种能量就是____________。
原子
原子核
电子
质子
正
不带电
核能
4. 近代物理揭示了原子由原子核和__________组成，原子核由质子和中子组成；核能十分巨大，能够解决能源分布不平衡的问题，它属于_____________（填“可再生”或“不可再生”）能源。
电子
课堂演练
不可再生
5. 【物理学与社会发展】1934年，卢瑟福等科学家通过核反应发现氢的同位素原子——氚。氚可用“31H”表示（其中“1”表示核电荷数），氚原子的模型如图22-2-1所示，图中“●”表示的粒子是（ ）
A. 原子核 B. 质子
C. 中子 D. 核外电子
B
知识点2：裂变与聚变
6. 用__________轰击质量比较大的铀235原子核，使其发生___________，变成两个质量中等大小的原子核，同时还会产生几个新的__________，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，释放出巨大的能量。这就是裂变中的______________反应。
中子
裂变
中子
链式
（1）如果对链式反应______________，大量原子核就会在一瞬间发生裂变，释放出极大的能量。例如______________弹的爆炸。
（2）核电站利用_________能发电，它的核心设备——核反应堆中发生的是___________________。核电站发电的原理是利用核反应堆产生的__________能加热水，使水变成高温高压的蒸汽，通过汽轮机做功，带动发电机发电。
不加控制
原子
核
可控链式反应
内
7. 如果使某些__________很小的原子核，如氘核与氚核，在_____________和高压下结合成新的原子核——氦核，也会释放出巨大的核能。这就是_________，有时也称为热核反应。
（1）大量氢核的聚变，可以在瞬间释放出惊人的能量。_________弹利用的就是这种能量。
（2）在太阳内部，氢原子核在超高温下发生______________，释放出巨大的核能。
质量
超高温
聚变
氢
聚变
8. 图22-2-2甲、乙分别是释放核能的两种方式，请回答下列问题。
课堂演练
(1)图甲中用中子轰击铀核，使其发生______________（填“裂变”或“聚变”），释放出核能，并产生新的中子，这些中子又会轰击其他铀核，这个过程叫做______________（填“热核”或“链式”）反应；图乙是氘核和氚核在超高温条件下发生______________（填“裂变”或“聚变”）释放出巨大的核能。
裂变
链式
聚变
(2)1964年10月16日，新疆罗布泊的荒漠上空绽放出一朵巨大的蘑菇云，这壮观的画面宣告我国第一颗原子弹爆炸成功，我国自此成为全世界第五个拥有核武器的国家。原子弹的爆炸是通过图____________（填“甲”或“乙”）所示的方式释放出巨大的核能。
甲
9. 关于核能和核反应，下列说法正确的是（ ）
A. 只有核裂变才能释放核能
B. 核能的利用会造成放射性污染，所以应该关闭核电站
C. 氢弹爆炸是利用核裂变释放核能的
D. 原子弹爆炸时发生的链式反应，是不加控制的
D
10. 【物理学与工程实践】图22-2-3为核电站工作情况的方框图，请在空白方框内填写装置的种类并回答以下问题。
（1）核电站是利用核______________（填“聚变”或“裂变”）产生能量的。
（2）在核反应堆中，核能先转化为水的________能，水受热后温度上升产生大量的水蒸气。
发电机
裂变
内
（3）在汽轮机中，水蒸气的内能转化为轮片的______________能。
（4）在发电机中，转子的______________能转化为电能。
机械
机械
思路点拨：裂变和聚变都可以释放能量（核能）。原子弹爆炸、核电站核反应堆中发生的是裂变；氢弹爆炸、太阳内部发生的是聚变。
知识点3：太阳能
11. 地球上除核能、地热能和潮汐能以外的所有的能量，如化石能源、风能、水能、生物质能等，几乎都来自______________。人类除了间接利用储存在化石燃料中的太阳能，还设法直接利用太阳能。目前直接利用太阳能的方式主要有两种，一种是用______________把水等物质加热，另一种是用太阳能电池把太阳能转化成___________能。
太阳能
集热器
电
12. 太阳能的优、缺点：
(1)优点：①太阳能十分巨大；②太阳能供应时间长久；③太阳能分布广阔，获取方便，无须挖掘、开采和运输；④太阳能安全、无污染。
（2）缺点：太阳能的辐射功率分散、不稳定且目前转换效率还较低。
13. 2024年6月，我国的科研人员通过分析“羲和号”探日卫星的观测数据，精确绘制出国际首个太阳大气自转三维图像。
（1）太阳释放的巨大能量是太阳内部______________（填“核聚变”或“核裂变”）产生的。
（2）从可持续发展的角度看，太阳能属于______________（填“可再生”或“不可再生”）能源。
核聚变
课堂演练
可再生
（3）“羲和号”运行在距离地面大约517 km的太阳同步轨道上。如果你是“羲和号”的设计师，根据其工作环境，设计时需要考虑哪些方面？答：__________________________。
耐高温、防辐射等
14.太阳能转化为其他形式能量的方式分别为光化转换、光热转换、光电转换。图22-2-4是这三种方式的结构图。请你在空白方框内填上相关文字。
光电转换
内能
化学能
思路点拨：太阳能来自太阳内部的核聚变。地球上的绝大多数能源都是直接或间接来自太阳能的。太阳能是一次能源，是可再生能源。
1. 关于原子、原子核、核能和能源，下列说法正确的是（ ）
A. 原子由原子核和质子组成
B. 原子核由质子和中子组成
C. 核裂变时放出能量，则核聚变时肯定要吸收能量
D. 石油、风能、可燃冰属于可再生能源
课堂巩固
B
2.关于太阳能的利用，下列说法正确的是（ ）
A. 人类只能直接利用太阳能来加热物体
B. 太阳能集热器将太阳能转化为机械能再转化为内能
C. 太阳能电池将太阳能转化为内能，再转化为化学能
D. 太阳灶利用太阳能对物体加热，转化为物体的内能
D
3. 【物理学与社会发展】目前世界上很多国家把核能发电当作解决能源危机的主要措施。下列关于核能的认识，正确的是（ ）
A. 核能可以源源不断地从自然界中获取
B. 核能发电是利用原子核裂变释放的核能
C. 核废料不会产生环境污染，可任意处置
D. 核能发电释放核能的过程与氢弹爆炸释放核能的过程相同
B
4. 【物理学与工程实践】图22-2-5是一款无人驾驶的太阳能汽车，它可以实现自动驾驶和远程操控，利用车顶的太阳能电池板提供能源。
（1）太阳能是___________（填“一次”或“二次”）能源，太阳能电池板是通过将__________能转化成___________能为汽车提供能源的。
一次
太阳
电
（2）远程操控太阳能汽车的指令是通过____________传递给汽车的，该汽车在干燥的天气里高速行驶一段时间后，发现车身上灰尘很多，这是由于汽车车身与空气摩擦导致车身___________而吸引灰尘。
电磁波
带电
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第3节 跨学科实践：为节约能源设计方案
第二十二章 能源与可持续发展
【项目提出】能源是人类社会发展的基础，但地球上的能源资源是有限的，人们在生产生活中使用能源会存在浪费能源的问题，且传统能源的广泛使用对环境造成了诸多污染。请制订出一个优化家庭能源使用的具体方案，为节能和环保作出贡献。
【项目分析】首先应该了解家庭使用能源的具体情况，然后有针对性地提出优化方案，分析它的有效性和可行性 ，并与他人交流讨论，对方案进行改进。
【项目实施】
1. 调查家中能源的使用情况：
（1）调查家中能源的用途、类型，估算这些能源的消耗量。
（2）根据调查情况，了解家庭在一段时间内消耗能源的情况及确定哪些用途的能源消耗比较多。
2. 选取优化对象与确定改进方法：
（1）根据实际的调查结果，思考家中在哪些方面的能源使用可以___________，哪些是要优先改进的。
（2）优化能源的方法：①可以在家中使用______________能等新能源；②可以利用技术手段来提高现有能源的______________；③可以通过优化家庭用车等行为来节约能源、减少浪费。
优化
太阳
使用效率
（3）确定节能方法：例如，从新能源汽车是否节约___________的角度、是否满足人们使用需要的角度，收集证据，分析。
3. 制订与检验设计方案：
方案一：为房屋加装保温层。
（1）明确思路。热量能自发地从___________物体传递到___________物体，因此要想保持房间的温度不变，就要尽可能减少房间与外界的___________。可以选择__________能力比较强的材料将房间“包裹”起来，以此减少房屋内部与外界的______________交换。
能源
高温
低温
热传递
保温
热量
（2）选取材料。材料的保温性能通常与它的厚度、热导率、干燥程度、与外界的接触面积，以及外界温度等有关。通常，材料厚度越__________、热导率越小、与外界的接触面积越_________，材料就越能减缓热量散失。在为房屋选择保温材料时，要从材料的___________率、材料的______________性、价格、耐火性，以及是否容易安装等方面进行评估。
大
小
热导
环保
（3）确定方案。在选定了保温材料后，先在小组内讨论设计方案。例如，在房间的哪些部位安装保温材料？保温材料的____________、___________应满足什么要求？门窗应该怎样进行____________处理？……然后围绕这些问题制订具体的设计方案。
（4）制作模型与测试。制作简易模型，通过测试来检验方案是否有效，并提出优化建议。
①安装保温材料：为了方便起见，可以选择身边容易___________、_____________，与实际保温材料____________相近的材料，将它安装在“家”中的相应部位。
规格
尺寸
保温
获取
安装
热导率
②检验保温效果：为了检验保温效果，可以将相同____________的冰块装在塑料袋中，分别放入__________________和装有所选保温材料的“家”中，将“家”放置在相同的环境下，经过相同的___________后将冰块取出并进行比较，通过比较冰块_____________________来评估设计的保温效果。
质量
没有保温材料
时间
质量的变化
方案二：为家庭用车提供建议。调查新能源汽车能否替代自己家中的燃油汽车，以减少能源消耗，并对环境更加有益。开展调查和论证的思路如下。
（1）调查新能源汽车的能耗情况：从某种新能源汽车中选出有代表性的分析对象，与燃油汽车对比，分析两种汽车直接消耗的___________，汽油、___________等在生产过程中的转化______________，以及两种汽车在生产中所消耗的能源，等等。
能源
电力
效率
（2）调查新能源汽车的局限性和改进：例如，纯电动汽车___________时间相对较长，___________对电池电量的影响较大，需要了解家中成员一般每天用车行驶的______________，所在地区的气候以及充电桩的分布情况，等等。推断当前纯电动汽车能否满足大部分需求，或是能够满足哪些地域、场景的需求。
（3）调查促进新能源汽车的发展因素：______________和____________等。另外，由于我国的石油高度依赖进口，从能源____________的角度看，使用新能源汽车可以降低我国对石油进口的依赖。
充电
温度
路程
节能
环保
安全
【展示交流】
【保温材料的性能比较】实验小组的同学为了比较两种新型保温材料A和B的保温性能，于是将这两种保温材料分别做成形状、结构、厚度完全相同的保温筒，然后取两个相同的烧杯，在烧杯中倒入温度均为80 ℃的热水，同时分别放置在两个保温筒内，另外用两支相同的温度计分别插入保温筒内，如图22-3-1甲、乙所示。每隔10 min记录一次温度计的示数，根据记录的实验数据绘制的图像如图22-3-1丙所示，①、②分别表示插入保温材料A、B做成的保温筒内温度计的示数随时间变化的图像。实验过程中室温（约为20 ℃）基本不变。请回答：
（1）为保证实验的科学性，还应保持两个烧杯中水的______________相同。
质量
（2）实验小组的同学是采用了“在相同的时间内，比较热水降低的温度”的方法来比较两种材料的保温性能的，你觉得还可以采用“________________________________________”的方法来比较两种材料的保温性能。根据实验过程及图像可知，在这两种保温材料中，材料__________（填“A”或“B”）的保温性能比较好。
热水降低相同的温度，比较所用的时间
A
（3）若把两个保温筒内温度均为80 ℃的热水都换成温度均为0 ℃的冷水，其他条件不变，则__________（填“能”或“不能”）比较A、B两种保温材料的保温性能。请说明理由：___________________________________________________________________________________________________________________________。
能
可以通过比较在相同时间内，冷水升高的温度来比较两种材料的保温性能
谢 谢 !

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