第二十章能源材料和社会（原卷版）

沪科版九年级第二十章《能源、材料与社会》【知识梳理】一、能量的转化和守恒1、自然界中常见的能量有：、、、、等。2、能量的转移与转化：自然界中，能量不但可以从一个物体到其他物体，而且可以从一种形式为其他形式。3、能量的守恒：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式为其他形式，或者从一个物体到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量，这就是能量守恒定律。4、能量的转化、能量的转移，都是有性的。“永动机”不可能制造出来，是因为违背了。二、能源的开发和利用1、可再生能源：像太阳能、风能、水能以及动、植物等这类可以长期提供或可以再生的能源属于能源。不可再生能源：化石燃料、核燃料一旦开采，就难以在地球上迅速再生，我们把它们称为能源。2、新能源：风能、太阳能、核能、潮汐能、地热能等能源资源。（1）核能质子、中子依靠强大的核力紧密地结合在一起，因此原子核十分牢固，要使它们分裂或者重新组合是极困难的。但是，一旦质量较大的原子核分裂或者质量较小的原子核相互结合，就可能释放出惊人的能量，这就是核能。核能是新能源，它有两种主要形式：和。要点诠释：①核裂变：快速的裂变反应可以引起猛烈的爆炸，原子弹就是利用制成的，我们还可以控制链式反应的速度，把核能用于和平建设事业。“核反应堆”就是控制裂变反应的装置。②核聚变：除了裂变外，如果将质量很小的原子核，例如氘核（由一个质子和一个中子构成）与氚核（由一个质子和两个中子构成），在超高温下结合成新的原子核，会释放出更大的核能，这就是聚变原子弹是利用制造的核武器。③核能的利用：利用核能发电是人们和平利用核能的一个重要方面。目前，世界上已经利用原理建成了许多核能发电站。（2）太阳能直接利用太阳能：集热器（有平板型集热器、聚光式集热器）（光能转化为能）太阳能电池：（光能转化为能）一般应用在航空、航天、通讯、计算器、手表等方面。三、材料的开发和利用1、人类社会的发展与人们对材料的认识、开发和利用密切相关。材料的发展也为科学技术的发展提供了物质基础。2、材料的导电性：根据材料的导电性，材料可分为、及三大类。半导体二极管具有特性。3、开发新材料：人们正在不断地研究性能更好、更有价值的新材料，如超导材料、纳米材料等。【易错点】能量在从一个物体到其他物体的过程中，如果能量的形式没有发生变化，就属于能量的转移，如热传递；能量在从一个物体到其他物体的过程中，如果能量的形式发生了变化，就属于能量的转化，如做功。【规律总结】1、能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变，这就是能量守恒定律。2、能量的转化、能量的转移，都是有方向性的。【典例分析】例（2021山东日照中考）下列关于能源和可持续发展的表述，正确的是（）A．太阳能、地热能、核能都是可再生能源B．原子弹是根据可以控制的核聚变工作的C．为了保护环境，控制和消除大气污染，应禁止使用化石能源D．能量的转化、转移都是有方向性的，人类所能利用的能源是有限的，需要节约能源【思路小结】消耗后短时间内不能得到补充的能源是不可再生能源，如核能；原子弹和氢弹的制作原理要明晰；大气污染可以控制，但不能通过禁止化石能源的使用来消除。【真题操练】一、选择题1．（2021黑龙江牡丹江中考）现在流行一款鞋，穿上它走路时，鞋会发光，站着不动就不会发光．则这款鞋发光的原理，从能量转化的角度分析正确的是A．机械能转化为电能，再转化为光能B．电能转化为机械能，再转化为光能C．机械能转化为光能，再转化为电能D．光能转化为机械能，再转化为电能2．（2021四川绵阳中考）“华龙一号”是我国核电走向世界的“国家名片”，2021年1月30日在福建福清投入商业运行，这对助力碳达峰、实现碳中和具有重要意义。“华龙一号”核电站反应堆内的核反应是（）A．可控的裂变 B．不可控的裂变C．可控的聚变 D．不可控的聚变3．（2021广西梧州中考）能源、信息、材料是现代社会发展的三大支柱，下列关于能源、信息和材料的说法正确的是（）A．超导材料可用于电热水器的发热元件B．利用半导体材料可以制作发光二极管C．垃圾分类后重新利用不利于节约能源D．微信视频聊天是利用超声波传递信息的4．（2021广西柳州中考）如图所示的发电方式中，利用太阳能发电的是（）A．风力发电 B．光伏发电C．火力发电 D．潮汐发电5．（2021江苏常州中考）近期，世界在建的最大规模水电站——中国白鹤滩水电站建设进展顺利。水能属于（）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．②④6．（2021湖南株洲中考）人类进入电气化时代的重要标志是大规模使用电能。电能无法从自然界直接获取，它通常通过发电机由其他形式的能转化而来，最终通过各种用电器转化为其他形式的能。电能的生产、输送和利用，极大地促进了经济社会发展和人类文明的进步。下列四幅图片中，利用核能发电的是（）A．B．C． D．7．（2021辽宁锦州中考）下列有关材料、能源的说法中正确的是（）A．纳米陶瓷粉制成的陶瓷非常易碎B．硅光电池能够直接把太阳能转换成电能C．原子弹爆炸时发生的是核聚变D．地热能属于不可再生能源8．（2021广西玉林中考）下列能源属于清洁能源的是（）A．煤 B．柴薪 C．石油 D．太阳能9．（2021湖南益阳中考）我国的核电技术已进入世界先进行列。2021年5月19日下午，国家主席习近平在北京通过视频连线，同俄罗斯总统普京共同见证两国核能合作项目——田湾核电站和徐大堡核电站开工仪式。下列关于田湾核电站和徐大堡核电站的说法正确的是（）A．可以利用各种原子核发电B．利用核聚变发电C．发电后产生的核废料仍然具有放射性D．核能能够全部转化为电能而没有损失10．（2021广西桂林中考）4月29日，我国太空空间站的“天和核心舱”发射成功。空间站在外太空工作时，消耗的能源主要是（）A．煤炭 B．石油 C．水能 D．太阳能11．（2021广西柳州中考）下列能源中，属于可再生能源的是（）A．煤 B．石油 C．风能 D．天然气12．（2021湖南郴州中考）下列有关能源的说法正确的是（）A．核能是可再生能源B．化石能源只要合理利用就不会产生污染C．因为能量是守恒的，所以不必节约能源D．风能、水能、太阳能都是清洁能源13．（2021山东菏泽中考）我国在新能源开发与利用方面走在了世界前列，为全球环境保护做出了较大贡献。下面所列举的项目中，不属于开发新能源措施的是（）A．太阳能发电 B．风力发电 C．和平利用核能 D．燃煤发电14．（2021贵州贵州中考）有人设想的“永动机”如图所示。下列对该装置开始转动后的分析正确的是（）A．装置所具有的机械能始终不变B．如果没有能量补充，装置最终会停下来C．根据能量守恒定律，装置可以一直转动下去D．装置中小球的动能和重力势能不会相互转化二、填空题15．（2020江西中考）给快速充电的过程，主要是将电能转化为______能，过一会儿，充电器发烫，这是通过电流______的方式，增大了物体的内能｡16．（2021辽宁阜新中考）煤属于______能源（选填“可再生”或“不可再生”）；若煤的热值是3×107J/kg，2t煤完全燃烧放出的热量是______J。利用不加控制的核裂变，制造的毁灭性武器是______（选填“原子弹”或“氢弹”）。17．（2021广西贵港中考）贵港很多“村村通”的道路两旁都安装有如图所示的太阳能LED照明路灯。它主要由太阳能电池板、LED灯头等部件构成。LED是一种发光二极管，是由______材料制成（选填“导体”、“半导体”或“绝缘体”），通过电流能够发光，可以把电能直接转化成______能。18．（2020广西贺州中考）贺州市属于风力资源丰富的地区，有许多由风力发电机组成的“风车田”，风力发电机发电是将风能______（选填“转移”或“转化”）成电能的过程，风能安全清洁，是理想的______（选填“可再生”或“不可再生”）能源之一。19．（2019山东东营中考）目前，人类利用核能发电的主要方式是_____（选填“核裂变”或“核聚变”）．随着科技的发展，人类_____（选填“会”或“不会”）制造出永动机．20．（2021辽宁鞍山中考）2021年5月15日，“天向一号”火星探测器所携带的“祝融号”火星车及其着陆组合体成功降落在火星。“祝融号”火星车使用太阳能电池板供电，太阳能属于_____（填“可再生”或“不可再生”）能源，来源于太阳内部发生的核______（填“裂变”或“聚变”）。地面控制中心通过______波向它发出指令。21．（2021湖南张家界中考）新一代“人造太阳”装置在成都建成并实现首次放电。“人造太阳”利用______（选填“聚变”或“裂变”），这种方式释放的核能具有不产生高放射性核废料的优点，属于______（选填“可再生”或“不可再生”）能源。22．（2020云南中考）科技改变生活，大多数科技产品需要有半导体芯片的支持才能发展，目前领先全球的是5nm工艺芯片技术，5nm=______m。利用半导体材料可以制作发光二极管，简称LED。电流由正极经过LED流向负极时，LED发光；反之，电流不能从负极流向正极，LED不发光，这说明发光二极管具有_____导电性。23．（2021云南昆明中考）科技引领生活的时代已经来临，5G通讯网络技术为无人驾驶提供有力支持，如可以实现在一、两公里之外提前感知交通信息，5G通讯网络是利用______来传递信息的；下列三组材料：①铅笔芯、铝、地球；②陶瓷、铅笔芯、物理书；③塑料尺、硬币、地球，在通常情况下，都属于导体的一组是______（选填序号）。三、综合题24．阅读短文，回答问题：为了满足人们对能源不断增长的需要，科学家们设想在空间建立太阳能电站来利用太阳能。这种空间太阳能电站建在地球同步轨道上，其工作过程如图所示。在太阳能收集板上铺设太阳能电池，通过它把太阳能转化成电能，再通过天线将电能以微波的形式发送至地面接收站。已知太阳能收集板长10km、宽5km，太阳光在它的表面处每平方米的功率为1.4×103W，太阳能电池的光电转化效率为10%，微波的频率为2.5×109Hz，空间太阳能电站向地面的输电效率可达80%。（1）太阳发出的具大能量来源于太阳内部的氢原子核发生的______（选填“核聚变”或“核裂变”）。（2）太阳能电站相对于地面接收站是_________（选填“运动”或“静止”）的，空间太阳能电站工作时，地面接收站的接收功率是___________W。（3）试计算在输电过程中所使用的微波的波长。25．阅读短文，回答问题人造太阳目前全球各国科学家都在集中力量，寻求可控核聚变反应的技术突破，一旦实现，那人类的历史将会彻底改写。实现核聚变反应必须将聚变燃料加热至极高温度并予以有效约束。核聚变通常由三种方式来产生，分别是引力约束、惯性约束和磁约束。太阳就是典型的引力约束聚变；氢弹则是一种惯性约束聚变，是不可控制的热核聚变反应；磁约束核聚变是目前实现核聚变发电最有效的途径。我国中科院合肥物质科学研究院，持有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）——中国环流器二号M装置，标志着我国核聚变堆的自主设计与建设跃上新台阶。目前化石能源未来有枯竭的危险，还存在一定的环境污染，而“人造太阳”核聚变反应所需的原材料在地球上几乎取之不尽、用之不竭，生成物也没有危害，被认为是理想的“终极能源”。“人造太阳”非常复杂，要让上亿摄氏度高温与零下269摄氏度低温1米内共存，上万个零部件，有一点点瑕疵，实验可能就会失败。“超高温”与“超低温”共存，“超强磁场”与“超大电流”并行，要在地球上造出“人造太阳”，必须要有性能极其特殊的材料承载。产生核聚变反应需要几千万摄氏度乃至上亿摄氏度的高温，常规材料无法承受这么高的温度，一个可行方案是用磁力将其约束在“磁笼子”里。上亿度的一团火球，碰到什么烧什么。“人造太阳”的腔体器壁材料是另一个难点，虽然有强磁场约束，仍然会有一些“不听话”的高温等离子体逃逸，打在器壁上造成损伤。自主研发的钨铜合金材料，热负荷能力提升到每平方米20兆瓦。我国科学家从无到有、刻苦攻关、后来居上，自立自强的精神，托起“人造太阳”的“核心超级材料”，这是一个巨大的技术跨越，把人类核聚变能源研究推向一个新高度。（1）根据你所学过的知识，卢瑟福提出，“原子的大部分质量集中到了一个很小的结构上”，这个“很小的结构”指的是______；（2）目前人类无法利用核聚变反应放出的热量来发电，最主要的原因是（____）；A．无法消除核聚变产生核的污染B．无法实现核聚变反应C．无法控制核聚变反应的速度（3）该文中提到的化石能源应该有很多，请你写出利用最广泛的例子：______（请写出其中一种）；（4）“人造太阳”的腔体器壁材料钨铜合金除了耐高压外，还应具有______特点；（5）实现“超强磁场”