人教九年级物理培优讲义第15讲 能源及可持续发展教师版（补充讲义）

《人教九年级物理培优讲义第15讲 能源及可持续发展教师版（补充讲义）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《人教九年级物理培优讲义第15讲 能源及可持续发展教师版（补充讲义）（12页珍藏版）》请在七七文库上搜索。

1、 22 22 能源与可持续发展能源与可持续发展 知识点知识点 1 1： 能源能源 一、人类利用能源的历程一、人类利用能源的历程 1 1、能源、能源 （1 1）能量：）能量：物质的运动和相互作用的方式多种多样，每种运动形式都对应相应的能量。 （2 2） 能源：） 能源： 能够提供能量的物质资源叫做能源。 煤、 石油、 天然气是当今人类利用的主要能源。 （3 3）能源与能量的区别）能源与能量的区别 能源 能量 定义 能够提供能量的物质资源 物体做功本领的量度 本质 可以提供某种形式能量的物质 与物质及其运动相联系， 对应不同形式的运动有不同形式的能量 练习 能源的利用过程，实质上就是能量的转化和转

2、移的过程 2 2、能源的种类、能源的种类 （1 1）化石能源：）化石能源：我们今天使用的煤、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。 （2 2）生物质能：）生物质能：由生命物质提供的能量称为生物质能。生物质能是化学能源的一种，他可以理 解成机体物质发生化学变化时释放的能量。 （3 3）太阳能：）太阳能：由太阳辐射提供的能量。 （4 4）风能、水能：）风能、水能：都属于自然界提供的机械能。 （5 5）地热能：）地热能：由地球内部提供的能量。 3 3、人类利用能源的历程、人类利用能源的历程 能源利用进程 能源利用简介 意义 能量转化过程 火的利用

3、祖母去或使从利用自然火到利用人工火的转变，开启了 以柴薪作为主要能源的时代。柴薪能源的开发和应用， 带动了畜牧渔业的发展，而且直接导致了陶器的产生， 加快了金属冶炼和制造业的发展，人类以柴薪为主要能 源的时代，持续了近一万年，现在，柴薪仍是某些发展 第一次使人支配 了一种自然力 机械能转化为内能 中国家的重要生活能源。 化石能源的利用 蒸汽机的发明是人类利用能量的新里程碑。人类从此逐 步以机械动力大规模代替人力和畜力，它直接导致了第 二次能源革命。从 18 世纪中叶开始的这次能源革命使 人类文明在短短二百多年中发生了飞速进步。化石能源 是当今世界的主要能源，推动了化是燃料工业的兴起， 使人类进

4、入工业化社会，使人类又进入电气时代 引发了世界性的 工业革命 内能转化为机械能 电能的利用 19 世纪以来，电磁感应现象的发现，使得由蒸汽机作为 动力的发电机开始出现，发电机的发明使煤、石油等化 石能源转换成更加便于输送和利用的电能。电能的利用 是人类进入现代文明社会的标志。电能是由其它形式的 能转化而来的。它最终还要转化为光能、内能、动能等 其他形式的能，才能为人类所用 将人类社会飞速 推进到现代文明 时代 机械能转化为电能 核能的发现 20 世纪 40 年代，科学家发明了可以控制核能释放的装 置核反应堆，拉开了以核能为代表的新能源利用的 序幕。 几十年来， 核电已经成为了一种相当成熟的技术

5、。 由于核电比火电更清洁、安全、经济，核能在许多经济 发达国家已经成为常规能源 开始开发和利用 核能的新纪元 核能转化为电能 4 4、一次能源和二次能源、一次能源和二次能源 像化石能源这样可以直接从自然界中获得的能源，我们称为一次能源。我们使用的电能，无法 从自然界直接获取，必须通过消耗一次能源才能得到，所以称电能这样的能源为二次能源。 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、汽油、柴油等。常见的二次能源有：电能、汽油、柴油等。 注意：辨别一次能源和二次能源的依据注

6、意：辨别一次能源和二次能源的依据 一次能源是可以直接从自然价获得的能源；二次能源是由一次能源经过加工转换而得到的，如 电能、煤气、焦炭、汽油、柴油等。区分一次能源和二次能源的关键是看其是否经过加工转换。区分一次能源和二次能源的关键是看其是否经过加工转换。 知识扩展： 能源有不同的分类标准， 除按能否直接从自然界获得来分为一次能源与二次能源外， 还有以下几种分类情况： （1 1）按对环境的影响可分为）按对环境的影响可分为 清洁能源：指不排放污染物的能源：如太阳能、电能、水能、地热能等。 污染能源：指人类再利用过程中会污染环境的能源，如煤、石油，天然气等。 （2 2）按人类开发早晚和使用情况可分为

7、常规能源和新能源。）按人类开发早晚和使用情况可分为常规能源和新能源。 常规能源：指已经大规模生产和广泛利用的能源，如煤、石油、天然气及水能等。 新能源：指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源：如核能、太阳能、潮汐能、 地热能等。 5 5、人类广、人类广泛使用电能的原因：泛使用电能的原因：电能是由其他形式的能转化而来的二次能源。由于电能便于输送 和转化，又加上现代社会离不开各种各样的用电器，所以电能的利用是人类进入现代文明社会的标 志。人们使用不同的用电器，根据需要将电能转化为其他各种形式的能量。 二、二、2121 世纪的能源趋势世纪的能源趋势 1 1、能源危机：、能源危机：由于世界人口

8、的急剧增加和经济的不断发展，能源的消耗持续增长。特别是近几 十年来，能源消耗增长速度明显加快。所以开发新能源、更好地利用已知能源，是全球范围内的重 要课题。 2 2、解决能源问题的出路：、解决能源问题的出路：随着第三次能源革命序幕的拉开，核能成为主要能源。同时人类正着 力开发取之不尽、用之不竭的太阳能，并取得了重大成就。核能、太阳能的开发和利用为人类的能 源问题找到了新的出路。 面对目前的能源趋势，解决能源问题的主要出路有：一是提高能源的利用率，做到科学开发， 节约使用；二是开发和利用新能源，如太阳能、风能、地热能等。 知识点知识点 2 2：核能核能 一、核能一、核能 1 1、原子、原子核的组

9、成、原子、原子核的组成 （1）分子由原子构成，原子由原子核和核外电子构成，其中原子核带正电，核外电子带负电。 （2）原子由原子核和核外绕核旋转的电子构成，原子核由质子和中子组成，质子带正电荷，其 电荷量跟电子的电荷量相等，中子不带电，整个原子不显电性。质子的质量比电子大得多，质子和 中子的质量几乎相同， 二者在一起构成非常小的原子核， 就像几颗豆粒挤在原子这个大广场的中央。 2 2、核能、核能 （1）质子、中子依靠强大的核力紧密的结合在一起，因此原子核十分牢固，要使它们分裂或结 合是极其困难的。但是，一旦质量较大的原子核发生分裂或质量较小的原子核相互结合，就有可能 释放出惊人的能量，这就是核能

10、。 （2）核能属于一次能源，也属于新能源，释放核能的方式有两种：核裂变和核聚变。 二、裂变二、裂变 1 1、裂变：、裂变：用中子轰击质量比较大的铀 235 原子核，使其发生裂变， 变成两个质量中等大小的原子核，同时释放出巨大的能量，这种现象叫做 裂变。1kg 铀全部裂变，释放的能量超过 2000t 煤完全燃烧时释放的能量。 2 2、链式反应：、链式反应：用中子轰击铀 235 原子核，铀核分裂时释放出核能，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，这就是裂变中的链式反应。 3 3、裂变的应用：、裂变的应用：原子核在

11、裂变时能够释放出大量的能量。 （1）如果对链式反应不加控制，将在极短时间内释放出巨大的核能，发生剧烈爆炸，原子弹就 是根据这一原理制成的。 （2）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”就是控制链式 反应的装置。 控制链式反应的速度，能够缓慢地、平稳的释放核能的装置，叫做核反应堆，核反应堆是核电 站的核心设备，它以铀为核燃料。核反应堆中放出的核能转化为高温高压蒸汽的内能，通过汽轮机 和发电机转化为电能。 核反应堆 核电站工作流程 （3 3）核电站工作流程）核电站工作流程 第一回路中的水或者其他液体被泵压入核 反应堆，在那里加热，然后进入热交换器，把热量 传递给第二回

12、路的水， 以后又被泵压回到核反应堆 里。 在热交换器内，第二回路中的水经加热生成高温高压蒸汽送入汽轮机，驱动汽轮机做功后温 度和压强都降低，进入冷凝器，最后又由泵把它压回热交换器。 高速旋转的汽轮机带动发电机发电 可见，核电站发电时能量转化顺序是：核能内能机械能电能。 核电站特点：消耗的燃料少、废渣也少、对大气基本无污染。核电站特点：消耗的燃料少、废渣也少、对大气基本无污染。 成本低，一些发达国家的核电已占相当大的比例，我国的核电事业发展的也很快。 可以大大减少燃料的运输量，特别适合能源缺乏的地区使用。 要防止发射性物质的泄漏，避免放射性污染，确保安全。 知识拓展：各种发电方式的特点知识拓展：

13、各种发电方式的特点 发电类型发电类型 特点特点 火力发电火力发电 水力发电水力发电 核能发电核能发电 风力发电风力发电 能量转化能量转化 化学能内能机械能电能化学能内能机械能电能 水能电能水能电能 核能内能机械能电能核能内能机械能电能 风能电能风能电能 应用范围应用范围 广泛广泛 较广泛较广泛 较小较小 较小较小 对环境的污染程度对环境的污染程度 较大较大 没有没有 较小较小 没有没有 三、聚变三、聚变 1、 如果将某些质量很小的原子核， 在超高温下结合成新的原子核， 也会释放出巨大的核能，这就是聚变。聚变反应要求一开始就要有很高 的温度，因此聚变反应也称为热核反应。 2、大量氢核的聚变，可以

14、在瞬间释放出惊人的能量。清单就是利 用核聚变原理制造的一种比原子弹威力还要大的核武器。太阳内部也在时刻不停地发生着核聚变。 3 3、裂变与聚变的比较、裂变与聚变的比较 比较 裂变 聚变 定义 较大原子核分裂为较小原子核的过程 质量很小的原子核结合成较大原子核的过程 条件 用中子轰击较大原子核 超高温 释放核能大小 巨大 更加巨大 是否可控制 可利用核反应堆控制链式反应的速度 目前，核聚变速度还不能认为控制 应用 原子弹、核电站 氢弹 4 4、核能的利用特点、核能的利用特点 核能的优点 核能十分巨大，它能极大的补充人类能源的不足，使用核能大大节约了常规能源 核能能够解决能源分布不均衡的问题 核能

15、的缺点 核能属于一次能源，且会越用越少 核能存在核污染，产生核辐射，会对地球生物造成伤害 核反应堆中会产生核废料，在治理核废料过程中，代价较高 核电站应用地域 核电站一般建在能源需求量大，而且能源十分缺乏的地区 核电站建在离人群较远的地区，避免对人畜造成伤害 知识点知识点 3 3： 太阳能太阳能 一、太阳一、太阳巨大的“核能火炉”巨大的“核能火炉” 1 1、太阳的构造：、太阳的构造：从内到外一次是太阳核心、辐射曾、对流层、太阳大气。 2 2、太阳能的由来、太阳能的由来氢核聚变。氢核聚变。在太阳内部，氢原子核在超高温下发生 聚变， 释放出巨大的核能。 因此可以讲， 太阳核心每时每刻都在发生氢弹爆

16、炸， 所以说太阳是一个巨大的“核能火炉” 。 3 3、太阳能的传递、太阳能的传递热辐射。热辐射。太阳核心的温度高达 1500 万摄氏度，太阳核心释放的能量向外 扩散可以传送到太阳表面。太阳表面温度约为 6000，就像一个高温气体组成的海洋。大部分太阳 能以热和光的形式向四周辐射开去。 二、太阳是人类能源的宝库二、太阳是人类能源的宝库 1、 地球上除核能、 地热能和潮汐能以外所有的能量都来自太阳， 所以说太阳是人类能源的宝库。 2、化石能源的形式：远古时期陆地和海洋中的植物，通过光合作用，将太阳能转化为生物体的 化学能。在它们死后，躯体埋在地下和海底，腐烂了。沧海桑田，经过几百万年的沉积、化学变

17、化、 地层的运动，在高压下渐渐变成了煤和石油。在石油形成过程中还放出天然气。今天我们开采的化 石燃料来获取能量，实际上是在开采上一年前地球所接收的太阳能。 三、太阳能的利用三、太阳能的利用 1 1、利用太阳能的四个渠道、利用太阳能的四个渠道 （1）绿色植物的“光化转换” 。通过植物的光合作用（被植物、微生物吸收）将太阳能储存起 来，再以草木、沼气、煤、石油、天然气等形式释放出来，实现光能转化为化学能。 （2）空气水分的“光机转换” 。由于太阳的热辐射，使大气和水分升腾循环，再通过风、水等 形式释放出来，实现光能转化为机械能。 （3）被海洋吸收，成为海洋内能。 （4）直接被人们利用。 人们直接利

18、用太阳能的方式有两种：集热器的“光热转换” ，实现太阳能转化为内能；太阳 能电池的“光电转换” ，实现太阳能转化为电能。 2 2、太阳能的优缺点、太阳能的优缺点 （1 1）优点：太阳能作为一种新能源，它具有一些普通能源不可比拟的优点。）优点：太阳能作为一种新能源，它具有一些普通能源不可比拟的优点。 太阳能取之不尽，用之不竭，太阳内部的热核反应足以持续 50 亿年，是人类可以利用的最丰 富的永久性资源。 太阳能分布广阔，不需要挖掘、开采和运输，透入少收益大。 太阳能是一种清洁能源，使用时不会带来任何污染。 （2 2）缺点：太阳能虽然具有传统能源所没有的优点，但也有一些缺点给利用上带来一些困难。）

19、缺点：太阳能虽然具有传统能源所没有的优点，但也有一些缺点给利用上带来一些困难。 太阳能到达地球上非常分散，需要装置有相当大的接收面积，提高了接收装置的造价。 太阳能的利用受气候、 昼夜的影响很大。 因此必须有贮存张志， 这不仅增加了技术上的困难， 也使造价增加。目前虽然已经制成多种贮存系统，但总是不够理想，具体应用也有一定困难。 太阳能转换效率很低。 知识点知识点 4 4： 能源与可持续发展能源与可持续发展 一、能量转移和能量转化的方向性一、能量转移和能量转化的方向性 1、能量的转移和转化具有方向性。 2、节约能源：能量的转化、能量的转移，都是有方向性的。人们是在能量的转化或转移的过程 中利用

20、能量的，因此，不是什么能量都可以利用。能源的利用是有条件也是有代价的，我们所能利 用的能源是有限的，所以需要节约能源。 二、能源消耗对环境的影响二、能源消耗对环境的影响 1 1、能源消耗对环境的影响，、能源消耗对环境的影响，主要体现在以下几个方面： （1）能源消耗会造成热污染。化石能源在使用时会产生大量的内能，其中被利用的内能只是其 中的一部分，还有相当一部分没有被利用，从而造成了热污染。汽车尾气就是造成城市热岛效应的 原因之一。 （2）大量燃烧化石能源会造成空气污染和温室效应的加剧。如燃烧石油和天然气、煤等会产生 大量的 CO2、SO2、氮氧化物等气体，除污染空气和加剧温室效应外，还会形成酸

21、雨，导致水、土壤 酸化，对植物、建筑物、金属构件等造成危害。 （3） 一些欠发达国家用柴薪能源除会造成空气污染、 产生废物外， 还会加剧水土流失和沙漠化。 （4）作为第三次能源革命的标志核能的开发和利用，也不是绝对清洁和安全的，处理不当 会造成有害辐射。 2 2、人类不应当无限制的向大自然索取，我们必须在提升物质文明的同时，保持与自然、环境的、人类不应当无限制的向大自然索取，我们必须在提升物质文明的同时，保持与自然、环境的 和谐与平衡。和谐与平衡。 不要因为利用能源时会对环境造成污染而停止使用能源，也不要因为能源的利用促进了文明和 社会的发展而对环境造成严重污染。使用能源和保护环境可以做到有机

22、的统一和谐的发展。要解决 这个问题，当然离不开科学技术的进步和社会的发展。 三、能源与可持续发展三、能源与可持续发展 1 1、可持续发展、可持续发展 可持续发展就是既要考虑当前发展需要，又要考虑未来发展需要，不能以牺牲后人的利益为代 价来满足当代人的需求。可持续的能源生产和消费，已成为社会经济可持续发展的重要前提之一。 一方面，应该提高能源的利用率，减少能源使用中对环境的破坏；另一方面，发展新的理想能源。 2 2、不能再生能源和可再生能源、不能再生能源和可再生能源 化石能源、核能等能源会越用越少，不能在短期内从自然界得到补充，这类能源称为不可再生 能源。想水能、风能、太阳能、生物质能等可以在

23、自然界里源源不断的得到，所以我们把它们称为 可再生资源。 常见的不可再生能源有：煤、石油、天然气、核能等。常见的不可再生能源有：煤、石油、天然气、核能等。 常见的可再生能源有：风能、水能、太阳能、生物质能等。常见的可再生能源有：风能、水能、太阳能、生物质能等。 注意：我们说讲的“可再生能源”和“不可再生能源”都是针对一次能源而言的，即只有对自 然界中自然存在，可直接取用的能源来讲，才能说其属于“可再生能源”或“不可再生能源” 。 3 3、未来的理想能源必须满足的四个条件、未来的理想能源必须满足的四个条件 未来理想能源能够大规模替代石油、煤和天然气等不可再生能源。必须满足以下几个条件。第 一，必

24、须足够丰富，可以保证长期使用；第二，必须足够便宜，可以保证多数人用得起；第三，相 关的技术必须成熟， 可以保证大规模使用； 第四， 必须足够安全清洁， 可以保证不会严重影响环境。 【例 1】 ：下列能源中属于可再生能源的是:（ ） A风能 B石油 C煤 D天然气 答案：A 解析：煤、石油和天然气是化石能源，不可在短时间内形成，故属于不可再生能源，只有风能 是可再生能源，即选项 A 符合题意，故选 A。 【例 2】 ：有关能源问题，下列说法不正确的是( ) A风能是常规能源 B化石能源是不可再生能源 C太阳能是新能源 D教室内空气一定不会自行聚拢到某一角落 答案：A 解析：风能是可持续利用的能源

25、，属于新能源，A 说法不正确；化石能源是短期内不能从自然 界得到补充的能源，所以是不可再生能源，B 说法正确；太阳能是可持续利用的能源，所以是新能 源，C 正确；能量的转移和转化是有方向性的，所以空气不会自行聚拢，D 说法正确，符合题意，故 选 A。 【例 3】 ：关于核能,下列说法正确的是( ) A原子核很小,因此其中不可能存在大量的能量 B人们现在能够利用可控核聚变的能量 C对于核裂变的链式反应,人们还不能控制 D无论是较大的原子核受激分裂,还是较小的原子核的结合,其中都会伴随着巨大的能量变化 答案：D 解析：原子核虽小，但其中存在大量的能量，故 A 错误，不合题意；人们现在能够利用可控核

26、 裂变的能量，还无法利用可控核聚变的能量，故 B 错误，不合题意；对于核裂变的链式反应，人们 已经能够控制，核反应堆就是利用了可控的核裂变，故 C 错误，不合题意；无论是较大的原子核受 击分裂，还是较小的原子核的结合，其中都会伴随着巨大的能量变化，故 D 正确，符合题意，故选 D。 【相似练习】【相似练习】 【练习 1】 ：下列能源中，属于二次能源的是( ) A风能 B石油 C核能 D太阳能 答案：B 解析：风能是从自然界直接获取不需要加工的能源，是一次能源，故 A 错误；石油是由一次能 源经过加工而获得的能源，是二次能源，故 B 正确；核能是从自然界直接获取不需要加工的能源， 是一次能源，故

27、 C 错误；电能是由一次能源经过加工而获得的能源，是二次能源，故 D 正确。 【练习 2】 ：下列关于能源、能量转化及其获取的说法正确的是（ ） A化石能源是再生能源 B太阳能不是清洁能源 C能量在转化或转移的过程中总量保持不变 D核能只能通过重核裂变获取 答案：C 解析：化石能源指的是亿万年前的大量生物经过地壳变化，被埋藏在地下，受地层压力和温度 的影响，缓慢地形成的可以燃烧的矿物质，在短时间内不能再生，是不可再生能源，故 A 错误；太 阳能可以直接被人类获取使用，属于清洁能源，故 B 错误；在能的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，故 C 正确；获得核能的方式有核

28、裂变和核聚变，故 D 错误，故 选 C。 【练习 3】 ：原子弹和核电站的根本区别是( ) A原子弹利用核裂变,核电站利用核聚变 B原子弹利用核聚变,核电站利用核裂变 C原子弹对裂变的链式反应不加控制,核电站控制裂变的链式反应速度 D原子弹对聚变的链式反应不加控制,核电站控制聚变的链式反应速度 答案：C 解析：原子弹是核裂变不加控制，在极短的时间内释放出巨大的能量的武器，而用人工控制链 式反应的速度和平利用核能，是核电站的原理，故选 C。 【练习 4】 ：关于能源，下列说法正确的是（ ） A核能、太阳能都是可再生能源 B目前核电站利用了核裂变原理 C能量在转化和转移中总是可逆的 D风能、水能、

29、核能来自于太阳能 答案：B 解析：A、地球上可再生能源 主要包括太阳、水、风、地热、海洋、生物、氢能，核能是不可 再生能源；故 A 错误；B、核能发电是利用铀原子核裂变时放出的核能来发电的，故 B 正确；C、能 量在转移和转化过程中，能的总量保持不变；能量的转化和转移都是具有方向性的，故 C 错误；D、 除了地热能、潮汐能和核能以外，地球上所有其他能源全部来自太阳能，这是“广义太阳能” ，故 D 错误故选 B 【练习 5】 ：下列有关能源和信息的说法正确的是（ ） A核电站是利用核裂变的能量来发电的 B空气中的电磁波频率越高波长越长 C手机是利用超声波来传递信息的 D能量是守恒的，所以不会发生

30、能源危机 答案：A 解析：A、核电站是利用铀原子核裂变时放出的核能来发电的，符合题意；B、空气中的电磁波 频率越高波长越短，不符合题意；C、手机是利用电磁波来传递信息的，不符合题意；D、能量虽守 恒，但可以利用的能源是有限的，还是要节约能源，不符合题意故选 A 【练习 6】 ：为缓解电力紧张的状况，开发利用新能源，我国陆续建成了一些核电站。关于核电站， 下列说法正确的是（ ） A. 核电站使用的核燃料是石油或天然气 B. 反应堆中发生的是可控制的核裂变 C. 核电站发电的能量转化过程是：化学能一内能一机械能一电能 D. 核电站产生的核废料可以像生活垃圾那样被处理或进行二次加工利用 答案：B 解析：A、核电站使用的是核原料，也称核燃料，而不是石油或天然气等，故 A 说法错误；B、 核反应堆中发生的是可控的核裂变，故 B 说法正确；C、核电站中将核能先转化为介质的内能，再推 动发电机的转子转动，转化为机械能，并在发电机中最终转化为电能，故 C 说法错误；D、核电站的 核废料由于仍具有放射性，故不能像生活垃圾那样处理或进行二次加工利用，必须进行专门处理， 故 D 说法错误。故选：B。