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20．1　能源
20．2　开发新能源
学习目标 1. 知道人类不同时期使用的主要能源及人类使用主要能源的发展历程。 2. 了解什么是可再生能源、不可再生能源及其特点。 3. 知道获取核能的两个途径；了解核裂变和核聚变的特点。 4. 认识人类利用太阳能的过程；了解太阳能的应用。
能源的利用和现状
　　阅读课本P74～P77，思考并回答下列问题。
问题1：钻木取火在人类利用能源的历史上有什么重要意义？
答：钻木取火是从利用自然火到利用人工火的转变，开启了以薪柴作为主要能源的时代。
问题2：蒸汽机的工作过程中能量是怎么转化的？蒸汽机的发明在人类利用能量的历史上有什么重要意义？
答：燃料的化学能转化为内能，再转化为机械能。蒸汽机的发明是人类利用能量的新里程碑，引发了世界性的工业革命。
问题3：什么是化石能源？
答：今天使用的煤、石油、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，所以称为化石能源。
问题4：化石能源作为当今世界的主要能源，使用化石能源有什么缺点？
答：化石能源储量并不丰富，化石能源开发利用后不能再生。
问题5：怎样解决能源问题？
答：解决能源问题的主要出路：一是提高能源利用率，做到科学开发，合理使用；二是开发和利用新能源，如太阳能、风能、地热能等。
能源分为不可再生能源和可再生能源。煤、石油、天然气等一旦被消耗，是不能再生的，这类能源属于不可再生能源；太阳能、水能、风能、地热能、海洋能、潮汐能等是不会随开发利用而日益减少的，这类能源可以从自然界里源源不断地得到，所以属于可再生能源。
【应用1】 下列能源中，属于可再生能源的是 (　A　)
A. 风能　　B. 煤　　C. 石油　　D. 天然气
太阳能的开发和利用
　　观察下列太阳能热水器、太阳能电池的图片，回答下列问题。
问题1：人类直接利用太阳能的方式有哪些？
答：人类直接利用太阳能的方式有：光热转换，例如太阳能热水器将太阳能直接转化成内能；光电转换，例如太阳能电池直接将太阳能转化成电能；太阳能和化学能转换，例如太阳能制氢……
问题2：观察太阳能热水器集热管，玻璃管表面为什么涂成黑色？
答：黑色吸收能量最强。
太阳能的优点和缺点
优点：太阳能是一种清洁能源，使用时不会带来任何污染；太阳能分布广，不需要挖掘、开采和运输；太阳能取之不尽、用之不竭。
缺点：太阳能到达地球上时非常分散，接收装置需要有相当大的接收面积，提高了接收装置的造价；太阳能的利用受天气、昼夜、地理位置的影响很大，不稳定；太阳能的转换效率较低。
【应用2】(物理与航天)如图所示为绕月运行的“嫦娥四号”探月卫星，其两侧伸展的太阳能电池板的作用是 (　D　)
A. 增大体积　　 B. 分解白光
C. 传递信息　　 D. 利用光能
解析：绕月运行的“嫦娥四号”探月卫星，两侧伸展的太阳能电池板是将太阳能转化为电能，供卫星使用，是利用光能。
核能的开发和利用
(一)核裂变
探究实验：将火柴搭成如图所示结构，点燃第一根火柴后，观察会发生的现象。
实验现象：一根火柴点燃两根，两根点燃四根，如此像锁链一样持续下去。
类比想象：
问题1：用中子轰击铀235原子核，铀核__裂变__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。这就是__链式__反应。
问题2：核裂变有哪些应用？
答：用核电站进行发电；制造原子弹。
问题3：这些应用的区别是什么？
答：核能发电属于可控链式反应。如果对链式反应不加控制，大量原子核就会在一瞬间发生裂变，释放出极大的能量，以致引起威力强大的爆炸，这就是原子弹的工作原理。
(二)核聚变
问题4：将质量很小的原子核在__超高温__下结合成新的原子核，会放出巨大的核能，这就是__核聚变__。
问题5：氢弹利用的是__核聚变__在瞬间释放的能量。
1. 核能的缺点：(1)核能属于不可再生能源，会越用越少；(2)一旦发生核泄漏，会对地球生物造成严重的危害；(3)核反应堆中会产生核废料，在治理核废料过程中，代价较高。
2. 核电站一般建在能源需求量大，而且能源十分缺乏的地区。
【应用3】关于原子核和核能，下列说法正确的是 (　B　)
A. 原子由原子核和中子组成
B. 现有核电站利用的是重核裂变
C. 氢弹爆炸时的链式反应是可控的
D. 核能和太阳能、风能、水能一样，都是可再生能源
解析：原子由原子核和电子组成，故A错误；重核裂变的过程是可控的，现有核电站利用的是重核裂变进行发电，故B正确；氢弹爆炸时发生的是核聚变，过程是不可控的，故C错误；太阳能、风能、水能都是可再生能源，核能消耗后短期内无法得到补充，是不可再生能源，故D错误。
知识点一　能源的利用和现状
1. 下列属于可再生能源的是 (　C　)
A. 煤
B. 石油
C. 太阳能
D. 天然气
解析：可再生能源包括太阳能、水能、风能、潮汐能、海洋能、地热能等。
2. 目前许多城市的居民使用天然气为燃料。关于天然气，下列说法正确的是 (　B　)
A. 是一次能源，是可再生能源
B. 是一次能源，是不可再生能源
C. 是二次能源，是可再生能源
D. 是二次能源，是不可再生能源
解析：天然气是化石能源，属于不可再生能源，同时天然气可以从自然界直接获取，是一次能源。故选B。
知识点二　太阳能
3. 某品牌混动版全球首款“太阳能动力”量产汽车首发上市，这是首次将太阳能光伏发电车顶搭载到混动车型上。关于太阳能汽车，下列说法正确的是 (　B　)
A. 太阳能是一种不可再生能源
B. 车顶的太阳能电池可将太阳能转化为电能
C. 车内电动机的工作原理是电磁感应现象
D. 太阳能汽车外形呈流线型，快速行驶时对地面的压力比静止时大
解析：太阳能是能够源源不断地从自然界得到的能源，是可再生能源，故A错误；车顶的太阳能电池，消耗太阳能，产生电能，将太阳能转化为电能，故B正确；电动机的工作原理是通电导体在磁场中受到力的作用，故C错误；太阳能汽车外形呈流线型，当汽车高速行驶时，相同时间内，空气经过上方的路程比下方的路程长，流速大，根据“流速越大，压强越小”原理可知，流过汽车的空气产生向上的压力差，所以汽车行驶时对地面的压力比静止时小，故D错误。
4. 家住乡村的李老师在自家房子的屋顶上安装了一组太阳能电池板，电池板既能发电又能防屋顶漏水，夏季光照充足发电量大时，还能将剩余的电能并入电网。太阳能电池作为一种新能源产品，具有广阔的前景。太阳能电池板工作时将太阳能转化为__电__能，太阳能的优点是__储量丰富(或经济便宜或清洁无污染)__(写出一点即可)。
知识点三　核能的开发和利用
5. 核能属于__不可再生__(选填“可再生”或“不可再生”)能源，其中核电站工作是利用裂变发生的__链式__(选填“链式”或“热核”)反应释放出大量的核能。
6. 20世纪初，科学家认识到原子核内蕴藏着巨大的能量，发现了获取核能的途径。其中当中子轰击铀核时，铀核会分裂成质量大致相等的两个原子核的过程，称为__核裂变__。另一种获取核能的方式称为原子核聚变反应，人类最早发现的核聚变反应是__太阳__内的核反应。最早实现、最著名的人工核聚变反应是__氢弹爆炸__。
7. (2024·西宁中考)信息、能源和材料是现代文明的三大支柱。下列说法错误的是 (　A　)
A. 核电站是利用核聚变释放的能量来发电的
B. 煤、石油、天然气称为化石能源，属于一次能源
C. 用三颗地球同步卫星就可以实现全球通信
D. 如果将超导材料应用于电能输送，就可以大大降低由电阻引起的电能损耗
8. (2024·陕西中考)“玲珑一号”是我国研发的新一代小型核电机组，它利用如图所示的核反应释放的能量来发电。下列说法正确的是 (　A　)
第8题图
A. 该核反应是核裂变
B. 太阳内部发生的也是这种核反应
C. 核能属于可再生能源
D. 原子核是由中子和电子组成的
解析：由题图知用中子轰击质量比较大的原子核，使其发生裂变，因此该核反应是核裂变，故A正确；太阳内部时刻发生核聚变，故B错误；核能在短时间内不能源源不断地获取，属于不可再生能源，故C错误；原子核是由中子和质子组成的，故D错误。
9. 如图所示是某市建成的熔盐塔式储能光热电站，是我国光热发电技术的重大突破。四周的定日镜将太阳光反射到中央的吸热塔，塔内的低温液态熔盐吸热升温，形成的高温液态熔盐被输送到蒸汽发生器，水吸收热量产生高温水蒸气，推动汽轮发电机组发电。在蒸汽发生器中水通过__热传递__的方式增大内能，光热电站将太阳能最终转化为__电__能。如果光热电站每天产生的电能是1.44×1012 J，这相当于完全燃烧__48__t煤放出的热量(q煤＝3×107 J/ kg)。
第9题图
10. 作为传统燃油汽车燃料的汽油和柴油是__不可再生__(选填“可再生”或“不可再生”)能源，为了减少燃油汽车对环境的污染，我国大力发展新能源汽车。如今，我国电动汽车的多项技术已领跑世界，某型号的国产电动汽车的电池容量为200 A·h，额定电压为400 V，充满电后，它储存了__80__kW·h 的能量。
11. 绿色发展是高质量发展的底色，为了更好践行绿色发展和“双碳目标”，某市区高架桥上修建了一段全封闭“光伏声屏障”试验路段，如图所示。“光伏声屏障”既可以控制噪声，又可以提供电能，比传统的声屏障设备更节能环保。
第11题图
(1)“光伏声屏障”是通过阻断噪声__传播__的方式来控制噪声的。
(2)“光伏声屏障”路段的每一块玻璃上贴满了81个小光伏电池板，这些光伏电池板利用太阳能的方式是将太阳能转化为__电能__。这段“光伏声屏障”试验路段每年发电约1.7×105 kW·h，相当于完全燃烧__1.8×104__kg的无烟煤释放的能量(q无烟煤＝3.4×107 J/ kg)。
12. 小华利用矿泉水瓶、细软管等，自制了一个太阳能集热器，如图所示。
第12题图
(1)小华选择无色透明的矿泉水瓶作为盛水容器，原因是__太阳光能够尽可能透过无色透明矿泉水瓶照射到水中__。
(2)已知太阳直射时，太阳能电池板的转化效率最高，则从冬季进入夏季时，应将矿泉水瓶与地面的夹角__减小__(选填“增大”或“减小”)。
(3)小明建议在矿泉水瓶下面的地面上铺上白色的锡箔纸，这是借助光的__反射__，提高太阳能的利用率。
13. “三峡引领号”——全球首台抗台风型漂浮式海上风电机组及基础平台(如图所示)，是引领我国海上风电行业走向深海的重大成果。
第13题图
(1)风能是__可再生__(选填“可再生”或“不可再生”)能源。风力发电将空气的__机械__能转化为电能，电能是__二__次能源。
(2)“三峡引领号”与北斗系统建立关联，利用__电磁波__(选填“超声波”或“电磁波”)向工作人员传递平台运动的动态信息。当海上风速变大时，应__增加__(选填“增加”或“减少”)平台内水仓中水的质量，使平台下沉一些，保持平台稳定。给“三峡引领号”风力发电机安装消声器，通过防止噪声__产生__来降低噪声。
(3)当风速为v时，风力发电机的发电功率为1 200 kW，风力发电机叶片转动一圈的发电量为2.5 kW·h，则风力发电机叶片的转速为每分钟转动__8__圈；若风力发电机叶片的转速与风速成正比，风力发电机的发电功率与风速的三次方成正比，则当风速为2v时，风力发电机叶片转动一圈的发电量为__10__kW·h。
1/920．1　能源
20．2　开发新能源
学习目标 1. 知道人类不同时期使用的主要能源及人类使用主要能源的发展历程。 2. 了解什么是可再生能源、不可再生能源及其特点。 3. 知道获取核能的两个途径；了解核裂变和核聚变的特点。 4. 认识人类利用太阳能的过程；了解太阳能的应用。
能源的利用和现状
　　阅读课本P74～P77，思考并回答下列问题。
问题1：钻木取火在人类利用能源的历史上有什么重要意义？
问题2：蒸汽机的工作过程中能量是怎么转化的？蒸汽机的发明在人类利用能量的历史上有什么重要意义？
问题3：什么是化石能源？
问题4：化石能源作为当今世界的主要能源，使用化石能源有什么缺点？
问题5：怎样解决能源问题？
能源分为不可再生能源和可再生能源。煤、石油、天然气等一旦被消耗，是不能再生的，这类能源属于不可再生能源；太阳能、水能、风能、地热能、海洋能、潮汐能等是不会随开发利用而日益减少的，这类能源可以从自然界里源源不断地得到，所以属于可再生能源。
【应用1】 下列能源中，属于可再生能源的是 ( )
A. 风能　　B. 煤　　C. 石油　　D. 天然气
太阳能的开发和利用
　　观察下列太阳能热水器、太阳能电池的图片，回答下列问题。
问题1：人类直接利用太阳能的方式有哪些？
问题2：观察太阳能热水器集热管，玻璃管表面为什么涂成黑色？
太阳能的优点和缺点
优点：太阳能是一种清洁能源，使用时不会带来任何污染；太阳能分布广，不需要挖掘、开采和运输；太阳能取之不尽、用之不竭。
缺点：太阳能到达地球上时非常分散，接收装置需要有相当大的接收面积，提高了接收装置的造价；太阳能的利用受天气、昼夜、地理位置的影响很大，不稳定；太阳能的转换效率较低。
【应用2】(物理与航天)如图所示为绕月运行的“嫦娥四号”探月卫星，其两侧伸展的太阳能电池板的作用是 ( )
A. 增大体积　　 B. 分解白光
C. 传递信息　　 D. 利用光能
核能的开发和利用
(一)核裂变
探究实验：将火柴搭成如图所示结构，点燃第一根火柴后，观察会发生的现象。
实验现象：一根火柴点燃两根，两根点燃四根，如此像锁链一样持续下去。
类比想象：
问题1：用中子轰击铀235原子核，铀核__ __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__ __，并释放出大量核能。这就是__ __反应。
问题2：核裂变有哪些应用？
问题3：这些应用的区别是什么？
(二)核聚变
问题4：将质量很小的原子核在__ __下结合成新的原子核，会放出巨大的核能，这就是__ __。
问题5：氢弹利用的是__ __在瞬间释放的能量。
1. 核能的缺点：(1)核能属于不可再生能源，会越用越少；(2)一旦发生核泄漏，会对地球生物造成严重的危害；(3)核反应堆中会产生核废料，在治理核废料过程中，代价较高。
2. 核电站一般建在能源需求量大，而且能源十分缺乏的地区。
【应用3】关于原子核和核能，下列说法正确的是 ( )
A. 原子由原子核和中子组成
B. 现有核电站利用的是重核裂变
C. 氢弹爆炸时的链式反应是可控的
D. 核能和太阳能、风能、水能一样，都是可再生能源
知识点一　能源的利用和现状
1. 下列属于可再生能源的是 ( )
A. 煤
B. 石油
C. 太阳能
D. 天然气
2. 目前许多城市的居民使用天然气为燃料。关于天然气，下列说法正确的是 ( )
A. 是一次能源，是可再生能源
B. 是一次能源，是不可再生能源
C. 是二次能源，是可再生能源
D. 是二次能源，是不可再生能源
知识点二　太阳能
3. 某品牌混动版全球首款“太阳能动力”量产汽车首发上市，这是首次将太阳能光伏发电车顶搭载到混动车型上。关于太阳能汽车，下列说法正确的是 ( )
A. 太阳能是一种不可再生能源
B. 车顶的太阳能电池可将太阳能转化为电能
C. 车内电动机的工作原理是电磁感应现象
D. 太阳能汽车外形呈流线型，快速行驶时对地面的压力比静止时大
4. 家住乡村的李老师在自家房子的屋顶上安装了一组太阳能电池板，电池板既能发电又能防屋顶漏水，夏季光照充足发电量大时，还能将剩余的电能并入电网。太阳能电池作为一种新能源产品，具有广阔的前景。太阳能电池板工作时将太阳能转化为__ __能，太阳能的优点是__ __(写出一点即可)。
知识点三　核能的开发和利用
5. 核能属于__ __(选填“可再生”或“不可再生”)能源，其中核电站工作是利用裂变发生的__ __(选填“链式”或“热核”)反应释放出大量的核能。
6. 20世纪初，科学家认识到原子核内蕴藏着巨大的能量，发现了获取核能的途径。其中当中子轰击铀核时，铀核会分裂成质量大致相等的两个原子核的过程，称为__ __。另一种获取核能的方式称为原子核聚变反应，人类最早发现的核聚变反应是__ __内的核反应。最早实现、最著名的人工核聚变反应是__ __。
7. (2024·西宁中考)信息、能源和材料是现代文明的三大支柱。下列说法错误的是 ( )
A. 核电站是利用核聚变释放的能量来发电的
B. 煤、石油、天然气称为化石能源，属于一次能源
C. 用三颗地球同步卫星就可以实现全球通信
D. 如果将超导材料应用于电能输送，就可以大大降低由电阻引起的电能损耗
8. (2024·陕西中考)“玲珑一号”是我国研发的新一代小型核电机组，它利用如图所示的核反应释放的能量来发电。下列说法正确的是 ( )
第8题图
A. 该核反应是核裂变
B. 太阳内部发生的也是这种核反应
C. 核能属于可再生能源
D. 原子核是由中子和电子组成的
9. 如图所示是某市建成的熔盐塔式储能光热电站，是我国光热发电技术的重大突破。四周的定日镜将太阳光反射到中央的吸热塔，塔内的低温液态熔盐吸热升温，形成的高温液态熔盐被输送到蒸汽发生器，水吸收热量产生高温水蒸气，推动汽轮发电机组发电。在蒸汽发生器中水通过__ __的方式增大内能，光热电站将太阳能最终转化为__ __能。如果光热电站每天产生的电能是1.44×1012 J，这相当于完全燃烧__ __t煤放出的热量(q煤＝3×107 J/ kg)。
第9题图
10. 作为传统燃油汽车燃料的汽油和柴油是__ __(选填“可再生”或“不可再生”)能源，为了减少燃油汽车对环境的污染，我国大力发展新能源汽车。如今，我国电动汽车的多项技术已领跑世界，某型号的国产电动汽车的电池容量为200 A·h，额定电压为400 V，充满电后，它储存了__ __kW·h 的能量。
11. 绿色发展是高质量发展的底色，为了更好践行绿色发展和“双碳目标”，某市区高架桥上修建了一段全封闭“光伏声屏障”试验路段，如图所示。“光伏声屏障”既可以控制噪声，又可以提供电能，比传统的声屏障设备更节能环保。
第11题图
(1)“光伏声屏障”是通过阻断噪声__ __的方式来控制噪声的。
(2)“光伏声屏障”路段的每一块玻璃上贴满了81个小光伏电池板，这些光伏电池板利用太阳能的方式是将太阳能转化为__ __。这段“光伏声屏障”试验路段每年发电约1.7×105 kW·h，相当于完全燃烧__ __kg的无烟煤释放的能量(q无烟煤＝3.4×107 J/ kg)。
12. 小华利用矿泉水瓶、细软管等，自制了一个太阳能集热器，如图所示。
第12题图
(1)小华选择无色透明的矿泉水瓶作为盛水容器，原因是__ __。
(2)已知太阳直射时，太阳能电池板的转化效率最高，则从冬季进入夏季时，应将矿泉水瓶与地面的夹角__ __(选填“增大”或“减小”)。
(3)小明建议在矿泉水瓶下面的地面上铺上白色的锡箔纸，这是借助光的__ __，提高太阳能的利用率。
13. “三峡引领号”——全球首台抗台风型漂浮式海上风电机组及基础平台(如图所示)，是引领我国海上风电行业走向深海的重大成果。
第13题图
(1)风能是__ __(选填“可再生”或“不可再生”)能源。风力发电将空气的__ __能转化为电能，电能是__ __次能源。
(2)“三峡引领号”与北斗系统建立关联，利用__ __(选填“超声波”或“电磁波”)向工作人员传递平台运动的动态信息。当海上风速变大时，应__ __(选填“增加”或“减少”)平台内水仓中水的质量，使平台下沉一些，保持平台稳定。给“三峡引领号”风力发电机安装消声器，通过防止噪声__ __来降低噪声。
(3)当风速为v时，风力发电机的发电功率为1 200 kW，风力发电机叶片转动一圈的发电量为2.5 kW·h，则风力发电机叶片的转速为每分钟转动__ __圈；若风力发电机叶片的转速与风速成正比，风力发电机的发电功率与风速的三次方成正比，则当风速为2v时，风力发电机叶片转动一圈的发电量为__ __kW·h。
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