22能源与可持续发展-2023-2024学年九年级物理全册举一反三（原卷版）（人教版）

22能源与可持续发展（原卷版）本章学习目标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；会进行能源分类；2.了解核裂变和核聚变的特点；认识人类利用核能的现状；3.了解太阳能的特点和日常应用；4.知道能量的转化和转移有一定的方向性；5.认识能源的利用与可持续发展的关系。要点一能源及其分类知识点一、电磁波1.一次能源和二次能源像化石能源一样，风能、太阳能、地热能以及核能，是可以直接从自然界获得的，这些可以从自然界直接获取的能源，统称为一次能源。我们使用的电能，无法从自然界直接获取，必须通过一次能源的消耗才能得到，所以称电能为二次能源。我们今天使用的煤、石油、天然气是千百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。常见的化石能源有：煤、石油、天然气。常见的一次能源有：煤、石油、天然气、风能、水能、太阳能、地热能、核能等。常见的二次能源有：电能。2.再生能源和不可再生能源一次能源又分为可再生能源(水能、风能及生物质能)和非再生能源(煤炭、石油、天然气、核能等)，其中煤炭、石油和天然气三种能源是一次能源的核心，它们成为全球能源的基础。除此以外，太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能等可再生能源也被包括在一次能源的范围内;二次能源则是指由一次能源直接或间接转换成其他种类和形式的能量资源，例如:电力、煤气、汽油、柴油、焦炭、洁净煤、激光和沼气等能源都属于二次能源。3.污染能源和清洁能源根据能源消耗后是否造成环境污染可分为污染型能源和清洁型能源，污染型能源包括煤炭、石油等，清洁型能源包括水力、电力、太阳能、风能以及核能等。【例】（2023·牡丹江）下列属于不可再生能源的是（）。A.核能 B.太阳能 C.风能 D.地热能【变式1】（2023·随州）随州日报2023年5月25日报道了国能长源随州发电“风光水火储”综合发展的良好势头。风电、光电、水电、火电、储能多向发力，公司全面投产后预计年发电量可达60亿度。随县光电400MW项目只是公司的一部分。下列说法正确的是（）。A.“度”是电功率的单位，“MW”是电功的单位；B.60亿度即度，400MW即W；C.利用煤炭进行火力发电时，只要注意节约不浪费，发电效率可以达到100%并且不会对环境造成任何污染；D.风能、水能、太阳能可以从自然界中不断获得，属于可再生能源【变式2】（2023·怀化）下列属于可再生能源的是（）。A.煤 B.石油 C.太阳能 D.天然气【变式3】（2023·扬州）我国“天宫二号”上的太阳能电池板将太阳能转化为__________能。太阳能属于__________（选填“可再生”或“不可再生”）能源。在太空，给“天宫二号”加注燃料需要用特制的压气机，它是利用压力差的原理让液体燃料流动起来，这说明力可以改变物体的__________。要点二核能知识点二、核能及其利用1.核裂变快速的裂变反应可以引起猛烈的爆炸，原子弹就是利用快速裂变制成的，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，有时聚变也称为热核反应。3.核能的利用我国是核能资源丰富的国家，现已具备了建造核电站的物质和技术基础，现已在浙江和广东建设了核电站，分别是浙江秦山核电站、广东大亚湾核电站。核电站的建立给人类解决能源危机带来了希望，在不可再生资源日趋珍贵之时，适度发展核电是人类的一种选择，全世界已经建成几百座核电站，核电发电量接近全球发电量的1/5。【例】（2023·赤峰）今年四月份，我国新一代人造太阳取得重大突破，它致力于太阳中能量产生方式——________（选填“核聚变”或“核裂变”）的研究，使其可以控制，追求无污染的人类能源自由。核能属于________（选填“一次”或“二次”）能源。【变式1】（2023·长春）我国红沿河核电站核能供暖示范项目，利用核能发电同时实现了清洁供暖。（1）核电站利用原子核___________（选填“聚变”或“裂变”）释放的核能发电；（2）核电站利用发电过程中产生的余热进行供暖，提高了能量的利用率。供暖时，用水做输运能量的介质，是因为水的___________大；（3）在能量转化和转移的过程中，能量的总量___________。但是在供暖过程中，热量只能自发地从高温物体转移到低温物体，不能相反，这一现象说明能量的转移具有___________。【变式2】（2023·枣庄）关于能源、信息、新材料和航天，下列说法正确的是（）。A.核能和地热能都是可再生能源；B.核潜艇是利用原子核发生聚变来获取动力的；C.弯曲的光导纤维也能传输信息，说明光可以沿曲线传播；D.中国航天员王亚平进行“天宫课堂”授课时，依靠电磁波与地面之间进行信息传递【变式3】（2023·日照）2023年4月12日，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST），成功实现稳态高约束模式等离子体运行403s，对加快实现核聚变发电具有重要意义。下面关于核能利用的说法，正确的是（）。A.我国具有完全自主知识产权的核电技术电站“华龙一号”利用的是可控核裂变；B.氢弹利用不加控制的核裂变放出巨大能量；C.原子弹利用核聚变放出巨大能量；D.太阳利用内部氢原子核发生聚变放出巨大能量要点三太阳能知识点三、太阳能及其应用1.太阳能是氢原子核在超高温时聚变释放的巨大能量，太阳能是人类能源的宝库，如化石能源、地球上的风能、生物质能都来源于太阳。2.太阳能的利用（1）光热利用它的基本原理是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的太阳能收集装置，主要有平板型集热器、真空管集热器、陶瓷太阳能集热器和聚焦集热器等4种。通常根据所能达到的温度和用途的不同，而把太阳能光热利用分为低温利用（<200℃）、中温利用（200～800℃）和高温利用（>800℃）。目前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等，中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等，高温利用主要有高温太阳炉等。（2）太阳能发电清立新能源未来太阳能的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式有多种。目前已实用的主要有以下两种。（1）光—热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转换。（2）光—电转换。其基本原理是利用光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。（3）光—化转换太阳能电池板材料：耐紫外光线的辐射，透光率不下降。钢化玻璃作成的组件可以承受直径25毫米的冰球以23米/秒的速度撞击。太阳电池封装用的EVA胶膜固化后的性能要求：透光率大于90%；交联度大于6585%；剥离强度（N/cm），玻璃/胶膜大于30；TPT/胶膜大于15；耐温性：高温85℃、低温－40℃。TPT：太阳电池的背面，耐老化、耐腐蚀、耐紫外线辐射、不透气等基本要求。（3）光化利用这是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光—化学转换方式。它包括光合作用、光电化学作用、光敏化学作用及光分解反应。光化转换就是因吸收光辐射导致化学反应而转换为化学能的过程。其基本形式有植物的光合作用和利用物质化学变化贮存太阳能的光化反应。植物靠叶绿素把光能转化成化学能，实现自身的生长与繁衍，若能揭示光化转换的奥秘，便可实现人造叶绿素发电。目前，太阳能光化转换正在积极探索、研究中。（4）生物利用通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成为生物质的过程。目前主要有速生植物（如薪炭林）、油料作物和巨型海藻。（5）应用范围太阳能发电广泛用于太阳能路灯、太阳能杀虫灯、太阳能便携式系统，太阳能移动电源，太阳能应用产品，通讯电源，太阳能灯具，太阳能建筑等领域。【例】（2023·武汉）太阳是人类能源的宝库。下列说法正确的是（）。A.能量的转化和转移是有方向性、不可逆的；B.太阳能是太阳内部氢原子核发生裂变释放的能量；C.太阳能是未来的理想能源之一，是不可再生能源；D.中国空间站上用到的太阳能电池板是将太阳能直接转化为化学能【变式1】（2023·永州）发展是人类永恒的主题，能源与社会发展关系密切。关于能源与可持续发展，下列说法正确的是（）。A.煤、石油属于可再生能源；B.太阳能电池可以将太阳能转化为电能；C.能量是守恒的，我们不需要节约能源；D.核电站是利用核聚变释放的能量进行发电【变式2】（2023·株洲）太阳是人类