第十八章能源與可持續(xù)發(fā)展

蘇科版九年級下冊第十八章《能源與可持續(xù)發(fā)展》【知識梳理】一、能源利用與社會發(fā)展1．人類開發(fā)和利用能源的歷史：火的利用→化石能源的利用→電能的利用→核能的發(fā)現(xiàn)。2．能源的分類：（1）可再生能源和不可再生能源可再生能源：可以從自然界源源不斷地得到地能源。如太陽能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮?、潮汐能。不可再生能源：消耗就很難再生地能源。如煤、石油、天然氣、核能（2）常規(guī)能源（傳統(tǒng)能源）和新能源常規(guī)能源：目前已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)和廣泛利用的能源。如水能、煤、石油、天然氣。新能源：由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等因素迄今尚未大規(guī)模使用的能源。如太陽能、風(fēng)能、核能、地?zé)崮?、潮汐能、氫能。?）清潔能源與非清潔能源清潔能源：對環(huán)境無污染或污染很小的能源。如太陽能、水能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒊毕?、氫能。非清潔能源：對環(huán)境污染較大的能源。如煤、石油、天然氣。（4）一次能源和二次能源一次能源：可以從自然界直接獲得的能源。如化石能源、太陽能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮?、核能、潮汐能。二次能源：無法從自然界直接獲取，必須通過消耗一次能源，由一次能源直接或間接轉(zhuǎn)化來的能源。如電能。二、核能1．核能：由于原子核的分裂或聚合而釋放出的巨大能量。2．獲取核能的兩條途徑：重核的裂變（鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）和輕核的聚變（熱核反應(yīng)）。（1）核裂變：用中子轟擊較大的原子核，使其變成兩個中等大小的原子核，同時釋放出巨大的能量，這種反應(yīng)叫作裂變。原子核裂變時，釋放出核能，同時還會產(chǎn)生幾個新的中子，這些中子又會轟擊其他原子....于是導(dǎo)致一系列原子核持續(xù)裂變，并釋放出大量核能,這就是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。最常用的核裂變原料是鈾235。（2）將質(zhì)量很小的原子核在超高溫下結(jié)合成新的原子核，會釋放出更大的核能,這就是核聚變，也稱為熱核反應(yīng)。3．核能的應(yīng)用：（1）重核的裂變：原子彈和核電站；（2）輕核的聚變：氫彈。原子彈氫彈4．核電站核能發(fā)電原理圖（1）主要組成部分：核反應(yīng)堆、熱交換器、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)等。（2）核能發(fā)電與火力發(fā)電的工作原理比較：核能發(fā)電的工作原理：核能→內(nèi)能→機(jī)械能→電能火力發(fā)電的工作原理：化學(xué)能→內(nèi)能→機(jī)械能→電能三、太陽能1．太陽能：在太陽內(nèi)部,氫原子核在超高溫下發(fā)生聚變，釋放出巨大的核能。2．太陽能的優(yōu)點(diǎn)：①儲量十分巨大；②供應(yīng)時間長久；③分布廣闊，獲取方便；④安全、清潔、無污染。3．太陽能的缺點(diǎn)：①太分散；②不穩(wěn)定(受天氣影響)；③轉(zhuǎn)換效率低。4．太陽能是萬能之源：地球上除核能、地?zé)崮芎统毕芤酝猓瑤缀跛心茉炊紒碜蕴枴?．人類利用太陽能的三種方式：①光熱轉(zhuǎn)換（太陽能熱水器）；②光電轉(zhuǎn)換（太陽能電池）；③光化轉(zhuǎn)換（綠色植物）。四、能量轉(zhuǎn)化的基本規(guī)律1．能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移（1）能量的轉(zhuǎn)化：在一定條件下,一種形式的能量轉(zhuǎn)化為另一種形式的能量,這種現(xiàn)象叫作能量的轉(zhuǎn)化.能量的轉(zhuǎn)化是通過物體做功表現(xiàn)出來的,能量在轉(zhuǎn)化過程中，能量的形式改變。（2）能量的轉(zhuǎn)移：能量從一個物體轉(zhuǎn)移到其他物體，或者由物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，這種現(xiàn)象叫作能量的轉(zhuǎn)移。能量在轉(zhuǎn)移過程中，能量的形式不變。2．能量守恒定律：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到其他物體，而在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，總量保持不變。3．能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的方向性：能量的轉(zhuǎn)化、能量的轉(zhuǎn)移,都是有方向性的。經(jīng)轉(zhuǎn)化后，可利用的能量只會減少。例如，汽車制動時，由于摩擦，動能轉(zhuǎn)化成輪胎、地面和空氣的內(nèi)能，這些消耗的能量不能再自動地被用來驅(qū)動汽車。五、能源與可持續(xù)發(fā)展1．能量轉(zhuǎn)化的效率：2．解決能源緊張的途徑：由于人類的生存和發(fā)展使得能源的消耗量持續(xù)增長，因此人類必須不斷地開發(fā)和利用新能源，同時增強(qiáng)節(jié)能意識，不斷提高能源的利用率，這是目前解決能源緊張的重要途徑。3．未來的理想能源必須滿足以下四個條件：第一，必須足夠豐富，可以保證開發(fā)利用工作之便；第二，必須足夠低廉，保證多數(shù)人用得起；第三，相關(guān)技術(shù)必須成熟，可以保證安全使用；第四，必須足夠清潔、無污染環(huán)境，可以保證不會嚴(yán)重影響環(huán)境?！疽族e點(diǎn)】1．核能和內(nèi)能是兩個完全不同的概念，物體的內(nèi)能再大，它的原子核不發(fā)生裂變或聚變，也不能釋放出核能。2．注意：“可再生能源”與“不可再生能源”都是針對一次能源而言的，即只有自然界中已存在，并可直接利用的能源，才能說其是“可再生能源”或“不可再生能源”。3．能量守恒定律與機(jī)械能守恒定律的區(qū)別能量守恒是無條件的，機(jī)械能守恒有條件。機(jī)械能守恒的條件是在只有重力（或彈簧的彈力）做功的情形下，物體的重力勢能（或彈性勢能）和動能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，沒有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，也沒有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能?！镜淅治觥?．（2022·河北邢臺·九年級期末）下列關(guān)于能源、信息和材料的說法正確的是（）A．目前核電站是利用核聚變發(fā)電B．天然氣是可再生能源C．看綜藝節(jié)目是靠電磁波傳遞音像信息的D．能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移都是沒有方向性的【答案】C【詳解】A．核裂變是可控的，故目前世界上的核電站都是利用原子核分裂時釋放出的能量發(fā)電的，故A錯誤；B．天然氣可以直接利用，屬于一次能源；在使用后不能源源不斷地獲得，屬于不可再生能源，故B錯誤；C．電磁波可以傳遞信息，看綜藝節(jié)目是靠電磁波傳遞音像信息的，故C正確；D．能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移都有一定的方向性，故D錯誤。故選C。2．（2023·江蘇南京·中考模擬）下列能源中，屬于可再生能源的是（）A．煤 B．潮汐能 C．核燃料 D．石油【答案】B【詳解】從能源是否可再利用的角度，可把能源分為可再生能源和不可再生能源，人類開發(fā)利用后，在現(xiàn)階段不可能再生的能源，屬于不可再生能源；在自然界中可以不斷再生的能源，屬于可再生能源。AD．煤、石油屬于化石燃料，不能短時期內(nèi)從自然界得到補(bǔ)充，屬于不可再生能源，故AD不符合題意；B．潮汐能是因海水漲落及潮水流動所產(chǎn)生的能量，屬于可再生能源，故B符合題意；C．核燃料會越用越少，不可能在短期內(nèi)從自然界得到補(bǔ)充，所以，它屬于不可再生能源，故C不符合題意。故選B3．（2023·山東嘉祥·九年級期末）能源科技的發(fā)展促進(jìn)了人類文明的進(jìn)步，下列有關(guān)能源的說法正確的是（）A．目前的核電站是靠原子核的聚變進(jìn)行發(fā)電的B．能量轉(zhuǎn)化是守恒的，所以能源是取之不盡用之不竭的C．風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能D．水能、太陽能、核能都是可再生能源【答案】C【詳解】A．核電站發(fā)電利用的是原子核的裂變，而不是聚變。故A錯誤；B．能量在轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化過程中總是守恒的，但是能量的轉(zhuǎn)化具有方向性，在能源的使用過程中，使能源從便于利用的變成不便于利用的，所以說能量雖守恒但還是要節(jié)約能源。故B錯誤；C．根據(jù)能量轉(zhuǎn)化特點(diǎn)可知，風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能。故C正確；D．可以從自然界源源不斷地得到的能源稱之為可再生能源；一旦消耗就很難再生的能源稱之為不可再生能源。水能、太陽能都是可再生能源，但核能屬于不可再生能源。故D錯誤。故選C?！緤Z冠訓(xùn)練】一、單選題1．（2023·遼寧沈陽·九年級期末）關(guān)于能量和能源，下列說法中正確的是（）A．化石能源是不可再生能源，核能、水能、太陽能都是可再生能源B．能量的轉(zhuǎn)移是有方向性的，而能量的轉(zhuǎn)化沒有方向性C．太陽能電池板可以將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能D．核電站的核反應(yīng)堆是利用核聚變產(chǎn)生內(nèi)能并通過汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電【答案】C【詳解】A．核能是不可再生能源，水能、太陽能都屬于可再生能源，故A錯誤；B．能量轉(zhuǎn)化過程是有方向性的，故B錯誤；C．太陽能電池板通過光電反應(yīng)，能將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能，故C正確；D．核電站是利用原子核裂變發(fā)生可控鏈?zhǔn)椒磻?yīng)時釋放的大量能量來發(fā)電的，故D錯誤。故選C。2．（2023·遼寧沈陽·九年級期末）下列關(guān)于能量的說法中，正確的是（）A．任何機(jī)械的效率都低于100%，是因?yàn)槟芰吭谵D(zhuǎn)化過程中總量會減少B．太陽能電池板工作時將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能C．水電站里水輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能D．汽油機(jī)在做功沖程中將絕大部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而獲得動力【答案】C【詳解】A．能量在轉(zhuǎn)化過程中都遵守能量守恒定律，所以總量不會減少，故A錯誤；B．太陽能電板是將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能，然后通過蓄電池存儲起來，故B錯誤；C．水電站的水輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電過程中，消耗了水的機(jī)械能，獲得了電能，故是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的過程，故C正確；D．汽油機(jī)的效率只有20%30%，所以在做功沖程中將很少一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故D錯誤。故選C。3．（2023·吉林長春·九年級期末）下列資源屬于不可再生能源的是（）①化石燃料；②核燃料；③水能；④風(fēng)能。A．①② B．②③ C．①③ D．③④【答案】A【詳解】可再生能源指的是在自然界可以循環(huán)再生，取之不盡，用之不竭的能源。如水能、風(fēng)能、太陽能等；不可再生資源指的是無法在短時間內(nèi)再生的能源，核能、化石燃料利用完后短時間內(nèi)無法再生，因此屬于不可再生資源。故A符合題意，BCD不符合題意。故選A。4．關(guān)于核能和太陽能，下列說法正確的是（）A．利用核能發(fā)電是直接將核能轉(zhuǎn)化成電能B．太陽能來源于太陽內(nèi)部的熱核反應(yīng)C．核能是一種化石能源，是一次能源，是不可再生能源D．太陽能是唯一的未來理想能源【答案】B【詳解】A．核電站主要是利用核的裂變進(jìn)行發(fā)電的，其過程是將核能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能對外做功轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，機(jī)械能再轉(zhuǎn)化為電能，故A錯誤；B．太陽能來源于太陽內(nèi)部氫核的聚變，是一種熱核反應(yīng)，故B正確；C．化石燃料指的是煤、石油、天然氣，核能不是化石燃料，核能必須通過一次能源的消耗才可以得到，它是二次能源，核能是不可再生能源，故C錯誤；D．太陽能是一種理想能源，但不是唯一，風(fēng)能、水能、地?zé)崮艿纫彩抢硐肽茉?，故D錯誤。故選B。5．在以下二次能源中，被譽(yù)為二次能源的“驕子”的是（）A．汽油 B．酒精 C．液化石油氣 D．電能【答案】D【詳解】必須通過一次能源的消耗才能得到的能源為二次能源，如汽油、酒精、液化石油氣、電能、煤氣、柴油等，其中電能最容易獲得，也最方便向其它形式的能轉(zhuǎn)化，被譽(yù)為二次能源的“驕子”，故ABC不符合題意，D符合題意。故選D。6．（2020·甘肅武威·九年級期末）目前許多城市的居民使用煤氣、天然氣為燃料。其中關(guān)于煤氣，下列說法正確的是（）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【答案】D【詳解】煤氣是化石能源，屬于不可再生能源，煤氣是煤和水蒸氣制取得到的，是二次能源，故ABC錯誤，D正確。故選D。7．（2020·內(nèi)蒙古赤峰·九年級期中）可燃冰是一種藏在深海海底的新型能源，主要成分是甲烷，可直接點(diǎn)燃，燃燒后幾乎不產(chǎn)生任何殘?jiān)?m3可燃冰可轉(zhuǎn)化為164m3的天然氣和0.8m3的水，下列關(guān)于可燃冰說法錯誤的是（）A．可燃冰是一種清潔能源B．1m3可燃冰比0.8m3的水質(zhì)量小C．可燃冰形成在壓強(qiáng)較大的環(huán)境中D．相同體積的可燃冰和天然氣完全燃燒后，可燃冰釋放的熱量多【答案】B【詳解】A．海底富含甲烷的固體燃料是可燃冰，可燃冰的燃燒產(chǎn)物為水和二氧化碳，無其它污染物是清潔能源，故A正確，不符合題意；B．可燃冰的密度大于水的密度，且1m3可燃冰的體積大于0.8m3水的體積，由m＝ρV可知，可燃冰的質(zhì)量較大，故B錯誤，符合題意；C．可燃冰存在于壓強(qiáng)大、溫度低的地方。在海底和凍土層可能存在“可燃冰”，故C正確，不符合題意；D．1m3體積可燃冰可轉(zhuǎn)化為164m3的天然氣，所以相同體積的可燃冰完全燃燒所釋放的熱量是同體積天然氣完全燃燒釋放的熱量的164倍，故D正確，不符合題意。故選B。8．（2020·江蘇蘇州·中考模擬）下列能源中與太陽無關(guān)的是（）A．地?zé)崮芎统毕?B．光合作用和水能C．核能和煤 D．石油、水能【答案】A【詳解】除了地?zé)崮?、潮汐能和核能以外，地球上所有其他能源全部來自太陽能。故選A。9．太陽是太陽系中唯一的恒星，每時每刻向外輻射太陽能。下列關(guān)于太陽能的敘述中錯誤的是（）A．煤、石油、天然氣等化石燃料中的能量最終來自于太陽能B．太陽能集熱器可以吸收太陽輻射并轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C．太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能D．太陽能來源于太陽內(nèi)部的核裂變【答案】D【詳解】A．煤、石油、天然氣等化石燃料中的能量最終來自于太陽能，故A正確，不符合題意；B．太陽能的利用之一：用集熱器把水等物質(zhì)加熱，太陽能集熱器內(nèi)部有涂黑的吸熱板，可以吸收太陽輻射并轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故B正確，不符合題意；C．在陽光照射時，太陽能電池可以將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能，故C正確，不符合題意；D．太陽能的能量來源是太陽內(nèi)部核聚變產(chǎn)生的，故D錯誤，符合題意。故選D。10．能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化過程中，總量保持不變，而可利用的能量逐漸減少的原因是（）A．能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化具有方向性 B．化石能源的應(yīng)用造成大氣污染C．不可再生能源不久被消耗殆盡 D．沒有堅(jiān)持開發(fā)和推廣清潔能源【答案】A【詳解】目前人類使用的能源主要是化石能源，如煤炭、石油、天然氣等，這類能源的實(shí)質(zhì)是由古代生物固定下來的太陽能，屬于不可再生能源，這類能源在被消耗后，因能量的轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化具有方向性，無法在短時間內(nèi)再次生成，所以可利用的能源在逐漸減少，故A符合題意，BCD不符合題意。故選A。二、填空題11．（2023·內(nèi)蒙古呼倫貝爾·九年級期末）“人造太陽”是利用氫核______（選填“裂”或“聚”）變來獲得巨大能量的，現(xiàn)在的核電站都是利用核______（選填“裂”或“聚”）變來獲取能量的?！敬鸢浮?/p>

聚

裂【詳解】[1]人造太陽是利用較輕的氫原子核在高溫下發(fā)生聚變而釋放出核能。[2]核電站利用的是鈾核裂變時釋放核能發(fā)電的。12．“低碳環(huán)?！笔钱?dāng)今世界的主題，太陽能已被人們廣泛利用。太陽能來自于太陽內(nèi)部的______（選填“核裂變”或“核聚變”），太陽能屬于______（選填“一次”或“二次”）能源，利用太陽能的方式主要有兩種，一種是用集熱器加熱，如某臺太陽能集熱器在天氣晴好時，一天可以吸收5.2×107J的熱量，這相當(dāng)于完全燃燒______m3的煤氣釋放的熱量。（q煤氣＝4.0×107J/m3）【答案】

核聚變

一次

1.3【詳解】[1][2]太陽能是太陽內(nèi)部氫發(fā)生聚變反應(yīng)產(chǎn)生的，這種反應(yīng)已經(jīng)持續(xù)了數(shù)十億年，還將持續(xù)了數(shù)十億年，所以對人類來說，太陽能是我們可以從自然界中源源不斷獲取的能源，即太陽能屬于一次能源。[3]由可得，則相當(dāng)于完全燃燒的煤氣的體積為13．（2022·湖北黃岡·九年級期中）如圖所示為太陽能路燈，白天通過太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)換成_____能輸送到蓄電池中以_____能的形式儲存起來，夜晚光控開關(guān)閉合，蓄電池又把儲存的能量轉(zhuǎn)換成_____能輸送至路燈，最終大部分能量轉(zhuǎn)化成光能給行人和車輛照明?！敬鸢浮?/p>

電

化學(xué)

電【詳解】[1][2][3]太陽能電池板就是將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，蓄電池充電時電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；蓄電池放電時化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。所以，太陽能電池板白天將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能，多余部分轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存在蓄電池里，晚上再轉(zhuǎn)化為電能用來照明。14．近年來，一些地區(qū)推廣使用乙醇汽油（乙醇俗稱酒精）。乙醇汽油是由10%的乙醇與90%的汽油混合而成。按照能源分類，由于乙醇是由植物發(fā)酵而成，所以乙醇屬于________能源（選填“可再生”或“不可再生”）。使用乙醇汽油較使用汽油的好處有（請你說出一條）：________?！敬鸢浮?/p>

可再生

污染少【詳解】[1]能夠源源不斷的從自然界得到的能源叫可再生能源；乙醇是由植物發(fā)酵而成，植物可以不斷地從自然界中獲取，所以乙醇屬于可再生能源。[2]乙醇燃燒產(chǎn)生二氧化碳和水，乙醇汽油相較使用汽油可以減少一氧化碳和碳?xì)浠衔锏闹饕廴疚锏呐欧?，所以使用乙醇汽油較使用汽油的好處有：污染少。15．不可再生能源：凡是越用_________，不能在短期內(nèi)從自然界得到補(bǔ)充的能源，都屬于不可再生能源。如煤、石油、天然氣、核能；可再生能源：可以從自然界中_________地得到的能源，屬于可再生能源。如水能、風(fēng)能、太陽能、食物、柴薪、地?zé)崮堋⒄託?、潮汐能等?！敬鸢浮?/p>

越少

源源不斷【詳解】[1]不可再生能源：指的是越用越少，不能在短期內(nèi)從自然界得到補(bǔ)充的能源。[2]可再生能源：指的是可從自然界中源源不斷地得到的能源。16．大亞灣核電站是我國第一座大型商用核電站。它獲取核能是圖中______（選填“甲圖”或“乙圖”）所示途徑，太陽核心每時每刻都在發(fā)生_______（選填“甲圖”或“乙圖”）所示的爆炸。【答案】

乙圖

甲圖【詳解】[1][2]獲得核能的途徑有：重核裂變以及輕核聚變。乙圖中進(jìn)行的是較重的原子核裂變成較輕的原子核的一種核反應(yīng)，是核裂變，核電站利用可控的核裂變；甲圖中是較輕的原子核結(jié)合成較重的原子核的一種核反應(yīng)，是核聚變；在太陽內(nèi)部，氫原子核在超高溫作用下發(fā)生聚變，釋放巨大的核能。三、計(jì)算題17．（2022·河南平頂山·九年級期中）為了測量某太陽能熱水器垂直于太陽光的表面上每平方米每秒接收到的太陽能，童童和同組的同學(xué)做了以下實(shí)驗(yàn)?？刂铺柲軣崴鹘邮芴柟獯怪闭丈涞拿娣e始終為3平方米。經(jīng)過145分50秒，該太陽能熱水器使質(zhì)量為100kg初溫為20oC的水溫度升至45oC。[]則：（1）在這個過程中水吸收的熱量是多少？（2）已知這個太陽能熱水器吸收太陽能的效率為50%，太陽能熱水器在這一過程中接收的太陽能為多少？（3）這個太陽能熱水器垂直于太陽光的表面上每平方米每秒接收到的太陽能是多少？【答案】（1）1.05×107J；（2）2.1×107J；（3）800J【詳解】解：（1）水吸收的熱量為（2）由可知，太陽