22.2 新能源的发展(学案)人教版(2024)九年级全册

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名称 22.2 新能源的发展(学案)人教版(2024)九年级全册
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资源类型 试卷
版本资源 人教版
科目 物理
更新时间 2026-03-06 00:00:00

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文档简介

/ 让教学更有效 精品学案 | 物理学科
【学习目标】
1. 知道核能是通过核聚变来的
2. 知道太阳能是核聚变来的
3. 了解链式反应
4. 知道生活中的一些物理现象的能源是什么
5. 了解核电站和核反应废料的处理
【自主学习】
一、核能
质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互结合,就有可能释放出惊人的能量。这种能量就是核能
裂变:20世纪30年代,科学家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,释放出巨大的能量。这就是裂变中的链式反应。1 kg铀全部裂变,释放的能量相当于 2800 t 标准煤完全燃烧时释放的能量。
聚变:如果使某些质量很小的原子核,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),在超高温和高压下结合成新的原子核——氦核,也会释放出巨大的核能(图22.2-6)。这就是聚变,有时也称为热核反应。氘核、氚核都是氢核的一种。大量氢核的聚变,可以在瞬间释放出惊人的能量。氢弹利用的就是这种能量。
二、太阳能
目前直接利用太阳能的方式主要有两种,一种是用集热器把水等物质加热,另一种是用太阳能电池把太阳能转化成电能。
风能和海洋能也是人们可以利用的新能源,它们都可以用来发电。我国建设了数座潮汐电站,也建成了许多“风车田”,场面蔚为壮观。
【例1】关于信息和能源,下列说法正确的是(  )
A.光纤通信时光在光导纤维中始终沿直线传播 B.“天宫”空间站通过电磁波与地面指挥中心联系
C.目前的核电站是利用核聚变释放核能来工作的 D.光伏电站利用的太阳能属于不可再生能源
【例2】下列关于材料、能源和信息说法中正确的是( )
A.太阳是人类能源的宝库,内部每时每刻都发生着剧烈的核聚变
B.超导材料既可用于制作远距离输电导线,又可用于制作电炉的电阻丝
C.太阳能、风能与天然气都是可再生、清洁、无污染能源
D.北斗导航系统是利用超声波进行定位和导航的
【例3】我国红沿河核电站核能供暖示范项目,利用核能发电的同时实现了清洁供暖。
(1)核电站利用原子核_______(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,用水做输送能量的介质,是因为水的_______大;
(3)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_______。
【例4】中国“人造太阳”——大型核聚变实验装置(EAST)取得重大突破,奠定了我国在核聚变研究领域的世界领先地位。
(1)EAST利用氘、氚原子核,在超高温下结合成氦原子核,同时释放出巨大的核能。这与我国正在运行的核电站获得核能的方式不同。结合成氦原子核时,带正电的氘、氚原子核间具有很强的静电_______(选填“引”或“斥”)力。在利用核能过程中,能量的转移和转化具有_______(选填“方向”或“可逆”)性。
(2)EAST装置中,超导线圈中的强大_______(选填“电压”或“电流”)产生强磁场,氘、氚原子核在磁力作用下被约束在真空室的环形轨道内运动,运动方向始终与磁力方向垂直。磁力对氘、氚原子核_______(选填“做功”或“不做功”),该过程_______(选填“能”或“不能”)说明磁力可以改变物体的运动状态。
【课后巩固】
1.下列说法正确的有(  )
①太空中需要3颗地球同步卫星才能几乎实现全球卫星通信;
②微波炉是应用电流的热效应来工作的;
③电磁波能够在真空中传播,而声音不能在真空中传播;
④能量的转移与转化具有方向性,因此要注意节约能源;
⑤随着科学技术的快速发展,我国已建立了利用核聚变发电的核电站;
⑥“5G”移动通信技术中的5G芯片是由超导体材料制成的,铜是磁性材料可以被磁化。
A.①③④ B.①③⑤ C.①④⑥ D.②③④
2.2025年1月20日,我国“人造太阳”,图甲创造了“亿度千秒”的世界纪录,科学家预计5年内世界上第一盏核聚变电灯有望在中国点亮。“人造太阳”的反应过程如图乙所示。要造出能实用的“人造太阳”,需要上亿摄氏度的等离子体、超过千秒的连续运行时间和1MA的等离子体电流,挑战极大。装置中的超导电缆具有电阻为零的特点,进而使强电流形成强磁场,将极高温等离子状态的物质约束在环形容器里。下列有关说法正确的是(  )
A.强电流可以形成强磁场,这是利用了电流的磁效应 B.超导电缆中有强电流通过时会产生热量
C.由图乙可知,“人造太阳”是利用核裂变获得核能 D.利用“人造太阳”产生的电能可以自发转化为核能
3.关于能源、能量及其转化,下列说法正确的是(  )
A.超导体制作的输电导线也会发热 B.核电站利用了核反应堆提供的能量发电
C.目前太阳能电池转化效率非常高 D.能量转化具有方向性,所以能量不守恒
4.如图是全球最高、聚光面积最大的熔盐塔式光热电站——甘肃敦煌100MW熔盐塔式光热电站的工作流程图。吸热器接收到太阳能后,将熔盐加热到高温状态,高温熔盐向下流入高温熔盐罐,接着进入蒸汽发生器,与其中的冷水进行热交换,产生高温高压的水蒸气,水蒸气推动汽轮机带动发电机发电。下列说法正确的是(  )
A.吸热器的作用是将光能转化成电能
B.蒸汽发生器利用水来工作是由于水的密度大
C.盐熔化时不断吸收热量,但温度保持不变
D.汽轮机和发电机的作用是将内能转化为机械能再转化为电能
5.有关能源的说法中正确的是(  )
A.能量是守恒的,故不会有能源危机
B.能量的转移与转化具有方向性,如消耗掉的内能不能收集起来再利用,因此要节约能源
C.因水能清洁、安全,因此修建水电站利用水能发电,有百利而无一害
D.煤、石油、天然气属于二次能源
6.2023年5月,神舟十六号飞船飞往中国空间站,飞船与酒泉卫星发射中心之间通过________来传递信息;核电站利用核反应堆发电,核反应堆是依靠________(选填“核裂变”或“核聚变”)获得能量的。
7.天然气作为一种清洁环保的优质能源,近年来被广泛使用。某次小明用天然气灶在一个标准大气压下将15kg的水从20℃加热到40℃,用时252s,消耗天然气的耗气量为。[水的比热容为,天然气的热值为]。(1)消耗的天然气完全燃烧放出的热量是多少?(2)该天然气灶的加热效率是多少?
(3)小明家未通天然气前一般使用效率为40%的太阳能热水器对水进行加热,则与太阳能热水器相比,使用天然气灶加热这部分水可以节省多长时间?已知太阳能热水器接收太阳光照的面积为,其集热器采热功率(即每平方米接收太阳能的功率)为。
8.如图所示,是某物理老师为养鱼池制作的利用太阳能过滤池水的装置电路原理图,采用的太阳能电池板上覆有一层“碳纳米”材料,光电转换效率可达到15%,接收太阳能的有效面积是1m2。若某天光照时间为10小时,阳光照射每平方米平均功率为200W,通过控制器能够为装置提供12V电压。有光照时S自动闭合,电动机M工作,带动水泵,将水抽到过滤盒内过滤。电动机的额定电压为12V,额定功率为12W,电动机内线圈电阻为2Ω。太阳能电池板提供的电能,除被电动机消耗后剩余部分会为蓄电池充电,蓄电池电压12V,其充电效率为80%,对外放电效率为75%,蓄电池受控制器作用充电过程中不对外放电,夜晚太阳能电池板停止工作,蓄电池供电使电动机持续工作。
(1)关于该太阳能过滤装置,下列说法中正确的是 。
A.太阳能是不可再生能源 B.太阳能电池板发电时将内能转化为电能
C.电动机工作时将电能完全转化为机械能 D.蓄电池在充电过程中是用电器
(2)电动机正常工作一分钟消耗的电能是_____J,白天有太阳时,太阳能电池板为蓄电池充入的电能,晚上可以使电动机持续工作____小时。
(3)电动机正常工作时的效率是____________。
9.为了解决农村地区冬季供暖问题,某科研小组设计了一种“新型PV/T太阳能-水源热泵耦合供暖系统”。如图,该系统基本工作原理是在传统水源热泵供暖的基础上,利用导热介质吸收太阳能板采集的热量,由循环管道输送经过管束式换热器,部分热量存储在管束式换热器内,其余热量经过热泵系统,供给用户,实现了不同光照条件下,太阳能板、管束式换热器、地表水源三处热源联合工作,保障全天24小时持续供热。太阳能板还可为该系统提供部分电能,减少了系统从电网获取电能的数量。
以下是某天该系统为50m2的房间供暖的相关数据,当天光照时长以10h计。依据《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》,50m2的房间每天需要1.3×108J的热量。(不计系统工作过程中各种热量损失)
太阳辐射功率 太阳能板面积 光热效率 光电效率 系统全天耗电量
625W/m2 8m2 30% 20% 17kW·h
(1)太阳能板当天为该系统提供的热量为____J,提供的电能为____kW·h;
(2)管束式换热器不仅可以利用水降温时放出的热量,还可以利用水凝固时放出的热量。若换热器中水的质量为100kg,初温为10℃,白天,光照结束时温度升高到40℃。夜间,换热器中的水经降温和凝固过程放出的热量,经热泵系统为用户供暖。当天地表水源通过热泵系统为用户提供的热量为4.28×107J。请通过计算分析,该耦合系统全天提供的热量能否达到50m2的房间的供暖需求?写出必要的计算过程;[已知1kg水在凝固过程中放出的热量为3.4×105J,水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)]
(3)已知每燃烧1kg的煤释放约2.4kg的二氧化碳。该系统全天所提供的热量,可实现减排二氧化碳多少千克?(燃烧煤取暖的效率为60%,煤的热值为3×107J/kg)
10.请阅读《可控核聚变与中国的“人造太阳”》并回答问题。
可控核聚变与中国的“人造太阳”
在能源需求日益增长的今天,可控核聚变因其清洁、安全、燃料储量极其丰富,被视为能源问题的终极解决方案。
中国在这一前沿领域的突破性进展,让“人造太阳”的梦想照进现实。与当前核电站采用的核裂变技术不同,核聚变模拟太阳内部的反应过程,将氢同位素(如氘、氚)原子核融合成氦,释放巨大能量,具有产能效率高、燃料来源广、对环境友好等显著优势。然而,实现可控核聚变极为困难,其核心挑战在于将核燃料加热至上亿摄氏度,形成等离子体,并实现稳定约束。任何实体容器都无法承受如此高温。科学家利用强磁场构建无形“牢笼”,将高温等离子体约束其中,避免接触容器壁。这种装置称为托卡马克。为产生强大磁场,需使用大电流线圈,若线圈存在电阻,能耗极高,因此必须采用超导材料。目前超导需在极低温下实现,故托卡马克成为“冰火两重天”的装置——核心是上亿摄氏度的等离子体,外围是超低温超导线圈。
在这一领域,中国的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST),即“人造太阳”,已成为世界引领者。2025年1月,我国全超导托卡马克核聚变实验装置,首次完成1亿摄氏度1066秒“高质量等离子体运行”。这是中国科研团队向着聚变发电的未来迈出的一大步,也是人类向着清洁能源未来迈出的一大步。
请根据上述材料,回答下列问题:
(1)“人造太阳”是通过_________(选填“核裂变”或“核聚变”)反应释放能量。
(2)实现该反应过程极为困难,其核心挑战是_________。
(3)提供磁场的线圈采用超导材料的原因是_________。
(4)假设1克氘在核聚变中完全反应,可释放约J能量。若某城市日用电量为度,理论上1千克氘聚变产生的能量可供该城市使用_________天。
【课后评价】
这节课我给自己☆☆☆☆☆颗星。试卷第1页,共3页
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【参考答案】
【例1】B
【例2】A
【例3】(1)裂变;(2)比热容;(3)方向性
【例4】(1)斥力 方向;(2)电流 不做功 能
课后巩固
基础过关
1.A
2.A
3.B
4.CD
5.B
6. 电磁波 核裂变
7.(1);(2);(3)2898s
8.(1)D;(2)720 9;(3)83.3%
9.(1) 10;(2)能;(3)18kg
10.(1)核聚变;(2)将核燃料加热至上亿摄氏度,形成等离子体,并实现稳定约束
(3)为产生强大磁场,需使用大电流线圈,若线圈存在电阻,能耗极高,因此必须采用超导材料;(4)5
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