课件14张PPT。第二十二章 能源与可持续发展尖子生学案—人教版九年级物理下册第1节 能源例1识别一次能源和二次能源(规律方法)1.一次能源是指直接取自自然界没有经过加工转换的各种能量和资源,它包括:煤、石油、天然气、核能、太阳能、水能、风能、潮汐能、地热能、生物质能和海洋温差能等等.
2.由一次能源经过加工转换以后得到的能源产品,称为二次能源,例如:电能、煤气、汽油、柴油、酒精、沼气、氢气和焦炭等等.下列能源中不属于一次能源的是 ( )
A.石油 B.天然气
C.柴油 D.风能〔解析〕 石油、天然气是直接从自然界得到的,是一次能源;柴油是从石油中提炼出来的,是二次能源;风能也是从自然界得到的,是一次能源.故正确答案为C.C1.下列叙述正确的是 ( )
A.天然气是一次能源
B.一氧化碳属于一次能源
C.家用电器使用的电能属于一次能源
D.风能属于二次能源A对能源的了解具有盲目性(易错点)例2〔解析〕 新能源是指近几十年才开始使用或正在研究开发的能源,例如:太阳能、核能、沼气、风能、地热能、海洋能等.技术上比较成熟且使用较为普遍的能源称为常规能源,例如:化石能源(煤、石油、天然气)、水能等.故正确答案为B.下列哪组能源都属于新能源 ( )
A.电能、水能、风能 B.太阳能、地热能、核能
C.液化气、沼气、酒精 D.石油、天然气、煤B2.开发和利用清洁能源是我国社会发展面临的重要课题,以下属于清洁能源的是 ( )
A.天然气 B.煤
C.石油 D.太阳能D例1 [概念辨析题]能源是人类生存和发展的重要因素.煤、石油、天然气、水能等是多年来大规模使用的能源,被称为 ,而核能、地热能、海洋能、沼气以及太阳能等被称为 .(填“常规能源”或“新能源”)?
【解题归纳】 在能源分类中,值得注意的有,随着时间推移和科技的进步,现在的新能源会逐步成为常规能源.〔解析〕 按能源利用技术状况分:常规能源——多年大规模使用;新能源——近若干年才开始利用,现在又有新的利用方式的能源.按题意,煤、石油、天然气、水能等是多年来大规模使用的能源,应属于常规能源;而核能、地热能、海洋能、沼气以及太阳能等应属于新能源.
常规能源新能源例2[实际应用题]可燃冰是一种神秘的冰晶体,它具有热值大、储量好、能直接点燃等特点,目前我国正在研究它的开发利用.它的热值约1.4×1010 J/m3,则2 m3的可燃冰完全燃烧后放出的热量为 J,可燃冰属于 能源(填“常规”或“新”).?〔解析〕 2 m3的可燃冰完全燃烧后放出的热量:Q放= Vq=2 m3×1.4×1010 J/m3=2.8×1010 J;可燃冰正在被研究、开发,属于新能源.2.8×1010 新例3 [概念辨析题](2016·怀化中考)下列属于一次性能源又属于可再生能源的是 ( )
A.石油 B.电能 C.天然气 D.水能〔解析〕 从能源是否可再利用的角度可把能源分为可再生能源和不可再生能源.人类开发利用后,在现阶段不可能再生的能源,属于不可再生能源;在自然界中可以不断再生的能源,属于可再生能源.可以从自然界直接获取的能源叫一次能源;不能从自然界直接获取,必须通过一次能源的消耗才能得到的能源叫二次能源.石油、天然气都属于不可再生能源,因此A,C选项错误;电能属于二次能源,B选项错误;水能既属于一次性能源又属于可再生能源,D选项正确.故正确答案为D.D例4[简答题]认真阅读以下短文,并按要求回答文后的问题.
近三四十年来,由于世界人口的急剧增加和世界经济的快速发展,能源的消耗持续、急剧增加.根据研究人员估计,地球上的石油只能开采几十年,煤炭也只够开采二百多年,大量消耗石油、煤炭带来了严重的环境污染问题,也造成了当今世界的“能源危机”.因此,世界各国纷纷投巨资开发新的能源,我国政府也于近期制定了2020年以前“发展风能、太阳能、生物质能政策规划”.衡阳市也将积极引进“油电混合动力”和“电池动力”公交车……发展新能源,将成为“绿色城市”的一个新亮点.
(1)文中涉及的化石能源有: ;?
(2)结合“环境污染”和“能源危机”两个方面,提出一条切合衡阳市实际情况的合理建议: .?〔解析〕 (1)石油和煤炭是由动植物经过千百万年的地质年代形成的,是化石能源.(2)煤炭和石油在燃烧时产生大量的有害气体,会污染环境,可减少使用或者用其他能源代替.煤炭、石油引进“油电混合动力”和“电池动力”公交车例5 [探索创新题]在我们的生活能源消耗中,烧水、做饭的能耗占有相当大的比例,我国城乡有许多家庭仍然用煤炉烧煤作为主要的加热手段.如图22 - 2所示是一种较为典型的蜂窝煤炉,其使用的是一种多孔的蜂窝煤.
请实地观察研究一下蜂窝煤炉,完成下列探究:用绝热材料砌成炉壁等.内能被炉壁吸收一部分,废气带走一部分,空气吸收一部分(1)煤炉里煤燃烧释放出的内能有一部分散失掉了,从煤炉的使用情况看,损失的主要途径是 .?
(2)与煤炉烧煤相比,蜂窝煤在燃烧时的好处是 .?
(3)与用电烧水、做饭相比,用煤烧水的好处是 ,不足是 .?
(4)煤炉在使用过程中,炉壁总是热的,这一部分热能其实损失了,你能想出一种办法来有效地利用炉壁散发出的这部分热或减小这部分热损失吗?燃烧面积增大,燃烧比较充分成本低 使用不方便、污染环境图22 - 2例6[探索创新题]地热是一种新能源,怎样利用地热,还是正在探索的一个重大课题.如图22 - 3所示是一种地热发电装置.请你探究下列问题:图22 - 3(1)地热发电过程中的能量转化可用下述转化表示,在空白处填上能量的名称.
( )能 ( )能 ( )能 ( )能
(2)与火力发电相比,地热发电有哪些优点?〔解析〕 分析复杂装置中能量的转化,首先要把复杂装置分解成几个关键装置,分析关键装置工作时其能量前后变化,问题就相对容易解决.【解题归纳】 新能源是近几十年才开始使用或正在研究开发中的能源,如太阳能、核能、沼气能、风能、地热能、海洋能等. 成本低,对空气、环境没有污染,不破坏生态环境等.内机械机械电例7图22 - 4(4)地热发电站的能量转化情况是 .若羊八井地热站一天的发电量可供100台“220 V 1000 W”的微波炉正常工作150天,试求该发电站的供电效率.?
(5)结合地热发电的情况,请你从环保的角度评价火力发电对环境的影响.[信息处理题]地热是蕴藏在地球内部的天然绿色能源,地下一定深度的地层一年四季保持恒温.当深度约为100 m时,地温大约为20 ℃;若深度达到1000 m时,地温可达45 ℃以上.
北京奥运会最大地热供应建筑群利用了浅层地热供热,以替代空调设备和锅炉.图22 - 4甲是地热供应建筑群冬季供暖的工作原理示意图,它在地下装有内外套管,分别形成进水管和出水管,与地面上方蛇形散热器相连,这一设备利用地热泵系统消耗少量电能来形成一个封闭的循环水路.
举世闻名的西藏羊八井热电站,利用了深层地热发电,其发电原理如图22 - 4乙所示.地热井口喷出来的汽水混合物经处理后,蒸气送入汽轮机进行发电.现功率已达到2.5×107 W.(1)地热能属于 能源(填“可再生”或“不可再生”).?
(2)根据图22 - 4甲的供热情况可知,夏季外管中的水与地层之间的热传递方向是 .?(3)若深层地热水从井口喷出时的压强为9×105 Pa,井口面上受到的压力为2.7×104 N,则井口面积应凿多大?〔解析〕 (1)地热能是可再生能源.(2)热传递方向是从高温物体传到低温物体,故由外管中的水传向地层.(3)因为p= ,所以井口面积S= =0.03 m2.(4)一天的发电量W1=P1t1=2.5×104 kW×24 h=6×105 kW·h,微波炉消耗的总电能W2=P2t2=100×1000 W×150×24 h=100 kW×150×24 h=3.6×105 kW·h,则供电效率η= ×100%=60%.(5)火力发电可造成大气污染、温室效应,形成酸雨使土壤酸化.例7图22 - 4(4)地热发电站的能量转化情况是 .若羊八井地热站一天的发电量可供100台“220 V 1000 W”的微波炉正常工作150天,试求该发电站的供电效率.?
(5)结合地热发电的情况,请你从环保的角度评价火力发电对环境的影响.[信息处理题]地热是蕴藏在地球内部的天然绿色能源,地下一定深度的地层一年四季保持恒温.当深度约为100 m时,地温大约为20 ℃;若深度达到1000 m时,地温可达45 ℃以上.
北京奥运会最大地热供应建筑群利用了浅层地热供热,以替代空调设备和锅炉.图22 - 4甲是地热供应建筑群冬季供暖的工作原理示意图,它在地下装有内外套管,分别形成进水管和出水管,与地面上方蛇形散热器相连,这一设备利用地热泵系统消耗少量电能来形成一个封闭的循环水路.
举世闻名的西藏羊八井热电站,利用了深层地热发电,其发电原理如图22 - 4乙所示.地热井口喷出来的汽水混合物经处理后,蒸气送入汽轮机进行发电.现功率已达到2.5×107 W.(1)地热能属于 能源(填“可再生”或“不可再生”).?
(2)根据图22 - 4甲的供热情况可知,夏季外管中的水与地层之间的热传递方向是 .?(3)若深层地热水从井口喷出时的压强为9×105 Pa,井口面上受到的压力为2.7×104 N,则井口面积应凿多大?火力发电可造成大气污染(温室效应或形成酸雨使土壤酸化).可再生从外管中的水传向地层0.03 m2内能转化为电能60%课件18张PPT。第二十二章 能源与可持续发展尖子生学案—人教版九年级物理下册第2节 核能例1核电站的能量转化(规律方法)在核电站中,从核能到电能,中间经过了哪些形式的能量转化?〔解析〕 核电站的原理方框图:〔答案〕 在核电站中,核反应堆里的铀核裂变,将核能通过热交换器转化为高温蒸汽的内能,蒸汽推动汽轮机运转,内能转化为机械能,汽轮机带动发电机发电,机械能转化为电能.【解题归纳】 高温蒸汽的内能通过汽轮机先转化为机械能,然后通过发电机将机械能转化为电能.1.下图为核电站发电流程图.在核电站发电过程中,能量转化的先后顺序是( )C[提示:核电站发电过程中是利用核能来加热水,得到高温、高压的水蒸气,利用水蒸气来推动蒸汽轮机转动,再利用蒸汽轮机带动发电机发电,所以核电站的能量转化顺序是C例2对原子和原子核的组成不清楚(易错点)某学习小组的同学在关于原子和原子核的讨论中,有以下四种说法:
(1)原子由位于中心的原子核和核外电子组成;
(2)带负电荷的电子在原子核外空间绕核高速运动;
(3)原子的全部正电荷和全部质量都集中在原子核里;
(4)原子核由质子和中子组成,质子的个数一定不等于中子的个数
下列组合中,都正确的是 ( )
A.(1)(2) B.(2)(4) C.(1)(3) D.(3)(4)〔解析〕 依据原子的核式结构模型可知:原子由位于中心的原子核和核外的电子组成,带负电荷的电子在原子核外空间绕核运动.原子的质量主要集中在原子核,但不是全集中在原子核,因为电子也有质量.原子核由质子和中子组成,质子和中子靠核力结合,质子的个数不一定等于中子的个数.故正确答案为A.A2.关于原子核的组成,下列说法正确的是 ( )
A.原子核是由质子、中子和电子组成的
B.原子核是最小的粒子,不可再分
C.原子核是由质子和中子组成的
D.原子核是由质子和电子组成的C例3核裂变和核聚变易混淆(易错点) 【解题归纳】 解决核裂变和核聚变的问题,关键是要知道核裂变和核聚变的区别及发生的条件.原子弹的原理是不可控核裂变,核反应堆的原理是可控核裂变,氢弹的原理是不可控核聚变.下列关于核能的说法中正确的是 ( )
A.用人工控制链式反应的速度,和平利用核能,这就是原子弹的原理
B.重核裂变时放出能量,而轻核裂变时吸收能量
C.当原子核内部发生变化时,能释放出巨大的能量,核裂变和核聚变是获得核能的两种方式
D.氢弹是利用轻核聚变制成的,因此它的威力比原子弹要小〔解析〕 原子弹是对裂变不加控制,在极短时间内释放出巨大的能量的武器,A错.重核裂变和轻核聚变时均释放能量,B错.氢弹的威力比原子弹大得多,D错.故正确答案为C.C3.人类对核能的开发和利用不断取得新的进展,根据目前的科研水平,你认为以下关于原子弹和核电站的说法正确的是 ( )
A.核电站能控制裂变的反应速度
B.原子弹对聚变的链式反应不加控制
C.原子弹利用核裂变,核电站利用核聚变
D.原子弹利用核聚变,核电站利用核裂变A[提示:目前人类获取核能的途径有两种:一是核裂变,二是核聚变.当前人类技术对核聚变还不能控制,人类和平利用核能是核裂变,如核电站就是利用可控核反应堆,原子弹是利用核裂变,氢弹是利用了核聚变,所以A选项正确.]A例1 〔答案〕 (1)核电站只需消耗很少的核燃料,就可以产生大量的电能
(2)核电站还可以大大减少燃料的运输量
(3)核电站特别适于缺少煤、石油、水能等能源的地区
(4)核能发电过程中能量损失小,效率高
(5)核能发电过程中不需排放大量烟尘、废气,对环境污染小(任选两个)[开放题]与火力发电相比,核能发电具有很多优点,请你根据所掌握的信息写出两点:
(1) ;?
(2) .?〔解析〕 此类问题的解答,关键在于掌握核电站的发电原理以及核能发电的优点和缺点;认识能源利用与环境保护的关系 ,培养可持续发展的意识;应用核能比应用煤有很多优点:用料少、成本低、便于运输、污染小等.例2〔答案〕 裂变和聚变是两个并无直接关系的核反应,不是互逆过程.
(1)反应的原料不同,裂变需要用铀这样的重核,在自然界中,这种能源储量有限,而在海水中蕴藏着丰富的核聚变原料.
(2)发生的条件不同,裂变只要用中子轰击,在通常的环境温度下就能引发,而聚变需要极高的温度才能引发.
(3)聚变时会释放出比裂变更大的核能.
(4)裂变在反应时产生放射性物质,对环境造成放射性污染,聚变在反应时不产生放射性物质. [简答题]裂变和聚变都是原子核反应过程,单独地从裂变是核分裂,聚变是核结合来看,二者似乎是一种互逆过程.二者真的是核反应中的互逆过程吗?就此问题阐明你的观点.(至少谈两点)〔解析〕 本题的考查点是裂变和聚变的区别.裂变和聚变发生的条件、反应的原料、释放的能量以及反应物等都有不同之处,故不能单纯认为裂变和聚变是核反应中的互逆过程.例3[实际应用题]2011年3月,日本福岛第一核电站因冷却系统的故障,导致严重的核泄漏事故,引起了全世界的关注.
(1)核电站是利用原子核发生 (选填“裂变”或“聚变”)释放能量来发电的.?
(2)下面是核能发电中能量转化的过程,请将其补充完整.
(3)“福岛核泄漏”事件引发了广泛的争议.请你对发展核电简述自己的观点.
?〔解析〕 核电站是利用原子核的裂变释放的能量来发电的,发电过程中是利用核能给水加热,转化为高温高压水蒸气的内能,再利用蒸汽来推动蒸汽轮机转动,将内能转化为机械能,最后蒸汽轮机带动发电机发出电来,故整个能量转化情况是核能→内能→机械能→电能,核能由于能量巨大,消耗原料少,污染少,可以节约大量的化石能源等,但存在的问题是一旦发生核泄漏事故,就可能产生严重的危害,因此在发展核能的同时一定要注意核电站设施的安全和技术的创新.裂变内能只要从开发新能源、节约化石能源以及存在的安全隐患、核废料处理等方面说明即可.例4[创新应用题]开发利用核能是解决能源危机的方法之一,如核裂变已应用于核电站发电.核能产生的另一条途径是:在超高温下,使质量较小的原子核结合成质量较大的新核,同时释放出巨大的能量,这一过
程称为 .该途径产生的核能是否可以用来发电,还处于实验阶段,其中的一种实验需要强大的磁场,而天然磁体无法满足实验要求,科学家尝试利用 周围存在的磁场来达到目的.?〔解析〕 核能获得的途径有裂变和聚变,聚变是在超高温条件下,使质量较小的原子核结合成质量较大的新核,所以又叫热核反应.热核反应(或聚变反应)通电导体(或电流、电磁铁)例5 〔解析〕 核电站是利用核裂变来释放能量的,不是利用核聚变,A选项错误;核废料具有放射性,会对环境和生物造成严重的危害,不能直接堆放在露天垃圾场,要做防辐射处理,B选项错误;所有能量的转化和转移过程都遵循能量守恒定律,C选项正确;能够源源不断地从自然界中获得或可重复利用的能源是可再生能源,太阳能、风能和水能是可再生能源,D选项错误.故正确答案为C.[概念辨析题](2016·成都中考)关于核电站、能量和能源,下列说法正确的是 ( )
A.目前人类已建成的核电站,都是利用核聚变发电
B.核电站的核废料可以直接堆放在露天垃圾场
C.所有能量转化和转移过程,都遵循能量守恒定律
D.水能、风能和太阳能都属于不可再生能源C例6[探索创新题]阅读短文,回答问题.
核能的利用
在常规化石能源非常紧缺的今天,核能受到越来越高度的重视,如今美国电力的21%是来自核电.核电站的大体组成如图22 - 8所示,核材料在原子反应堆中发生核反应产生大量的热能,冷却剂将这些热能带到热交换器将水变成水蒸气,水蒸气推动蒸汽轮机带动发电机发电,最终实现了核能到电能的转换.(3)核电站所需的核能是利用原子核 (选填“裂变”或“聚变”)所产生的,该变化是 的(选填“可控”或“不可控”).?请在下面的空格中填上适当的内容:
(1)从能源的分类来看,核能是属于 .(选填“一次能源”或“二次能源”)?
(2)发电机发电时是让线圈在 中旋转而产生 ,这种现象在物理学中称之为 现象.?(4)如果核电站每年需要50 t的核燃料,而同等规模火电站每年需要6×106 t的煤炭,则6×106 t的煤炭完全燃烧放出的热量是 J (煤炭的热值为3×107 J/kg).?
(5)核电站的核废料具有 性,对环境会造成相当大的危害,因此要将核废料深埋到人迹稀少的沙漠地带,同时如何再开发新能源,又注意环境的保护,是人类面临的一大课题.?〔解析〕 (1)核能是一次能源;(2)发电机发电时是让线圈在磁场中旋转而切割磁感线运动,从而产生感应电流,这就是电磁感应现象.(3)核电站是利用原子核裂变发生可控链式反应时释放的大量核能来发电的.(4)6×106 t的煤炭完全燃烧放出的热量:Q=mq=6×109 kg×3×107 J/kg=1.8×1017 J.(5)核电站的核废料具有放射性,会对环境造成相当大的危害.例6[探索创新题]阅读短文,回答问题.
核能的利用
在常规化石能源非常紧缺的今天,核能受到越来越高度的重视,如今美国电力的21%是来自核电.核电站的大体组成如图22 - 8所示,核材料在原子反应堆中发生核反应产生大量的热能,冷却剂将这些热能带到热交换器将水变成水蒸气,水蒸气推动蒸汽轮机带动发电机发电,最终实现了核能到电能的转换.(3)核电站所需的核能是利用原子核 (选填“裂变”或“聚变”)所产生的,该变化是 的(选填“可控”或“不可控”).?请在下面的空格中填上适当的内容:
(1)从能源的分类来看,核能是属于 .(选填“一次能源”或“二次能源”)?
(2)发电机发电时是让线圈在 中旋转而产生 ,这种现象在物理学中称之为 现象.?(4)如果核电站每年需要50 t的核燃料,而同等规模火电站每年需要6×106 t的煤炭,则6×106 t的煤炭完全燃烧放出的热量是 J (煤炭的热值为3×107 J/kg).?
(5)核电站的核废料具有 性,对环境会造成相当大的危害,因此要将核废料深埋到人迹稀少的沙漠地带,同时如何再开发新能源,又注意环境的保护,是人类面临的一大课题.?一次能源磁场电流电磁感应裂变可控1.8×1017放射例7 [综合应用题]芜湖核电项目已正式定址繁昌县芦南镇徐圩村芭茅山.核电站所用的核燃料属于不可再生能源,在反应堆中,核燃料发生 变释放出大量的核能,最后发电机利用 原理产生电.芜湖核电项目建成后,四台机组年发电总量约为3×1010kW·h,这些电能相当于完全燃烧 kg的烟煤释放出的热量(烟煤的热值为3×107J/kg).?〔解析〕 核电站的核心是反应堆,它以铀为核燃料,反应堆中放出的核能转化为高温蒸汽的内能,内能转化成汽轮机的机械能,带动发电机利用电磁感应现象转化为电能.放出的热量Q=W=3×1010kW·h=1.08×1017J,相当于完全燃烧烟煤的质量m=
=3.6×109kg. 3.6×109核裂电磁感应例8 [阅读理解题]阅读下面材料,回答问题.
放射性的发现
1896年,法国物理学家贝克勒尔在研究物质的荧光时发现,某些铀盐能放射一种人眼看不到的射线,它能透过黑纸、玻璃、金属箔等使照相底片感光,这种铀盐放到黑暗处存放数月之后,使照片感光的能力不减,贝克勒尔由此得出结论:这种射线不是荧光.他发现射线可以使空气电离,使验电器放电,他还发现,所有的铀盐都能放出这种射线,金属铀更为明显.
1898年,居里夫人和施密特各自独立观察到钍的化合物也能放出类似的射线,指出放射性的强弱与钍(或铀等)在化合物中的含量成正比,而与它们所处的化学状态、外界温度、压力变化无关.她推断放射现象是一种原子现象,并把这种现象称为放射性,这使居里夫人坚持不懈地从天然铀矿中去寻找放射性的来源.她在放射性的研究中,推断出钋和镭元素的存在,并测出镭的原子量.
1898年后,卢瑟福等人用垂直于射线方向加磁场的方法对射线的性质进行了研究,证实α射线是带正电的粒子束(后来证明是氦原子核),β射线带负电荷,γ射线是电磁波.
放射现象的发现,使人类的认识逐步深入到原子的内部——原子核,近代科学中核技术的发展与放射现象的发现是分不开的.(1)以上材料中你知道具有放射性的元素有 、 、 ;放射性现象中的射线与可见光比较有哪些特点??
(2)你了解生活中有哪些地方利用了放射性物质?放射性物质又有哪些危害?请你各举一例.
(3)用什么样的实验才能判断射线带不带电?带哪种电?
(4)原子核物理的知识可以应用到下面几项工作中,其中哪项不是放射现象的应用 ( )
A.检查金属板内部的砂眼 B.处理种子使农作物增产
C.核能发电 D.检查和治疗恶性肿瘤〔解析〕 检查金属内部的砂眼,处理种子使农作物增产,检查和治疗恶性肿瘤都应用了放射现象中放出的射线;而核能发电则是利用原子核分裂时释放的能量,并不是直接利用放射现象.铀 钋 镭 射线人眼看不见,能透过黑纸、玻璃、金属片等,可以使空气电离.放射性治疗、放射性考古、地质研究中都有重要应用;放射性(核辐射)与人体相互作用会导致某些特有的生物效应,有时引起细胞的基因突变,可诱发白血病、癌症等疾病. 垂直于射线方向加磁场,利用磁场对电流的作用规律可判断出哪些射线带电,哪些射线不带电以及带哪种电.C课件15张PPT。第二十二章 能源与可持续发展尖子生学案—人教版九年级物理下册第3节 太阳能例1太阳能的利用方式(规律方法)2008年的北京奥运会,充分体现“环保奥运,节能奥运”的新概念.奥运会场馆周围80%到90%的路灯利用太阳能光伏发电技术,采用全玻璃真空太阳能集热技术,供应奥运会90%的洗浴热水.在整个奥运会期间,我们看到了太阳能路灯、太阳能电话、太阳能手机、太阳能无冲洗卫生间等一系列太阳能技术的应用.我们的生活将充满阳光.
(1)以上材料提到的各种应用措施中主要体现了利用太阳能的两种方式:
① ;② .?
(2)你认为自己周围还有哪些设施可以利用到太阳能,请举一例.〔思路图解〕〔答案〕 (1)①利用集热器把太阳能转化成水等物质的内能 ②用太阳能电池把太阳能直接转化为电能 (2)太阳能凉帽:电池板把太阳能转化为扇叶转动的动能.太阳能音乐盒:电池板把太阳能转化为电能,使扬声器发声.太阳能汽车:电池板把太阳能转化为汽车的机械能.1.如图是我国在宁夏建造的一座试验性太阳能发电站的示意图.阳光穿过透明的集热棚顶使棚内空气变热,热空气从烟囱中上冲,带动发电机发电.
(1)这种发电站利用的能源是 能.?
(2)这种发电站 (填“能”或“不能”)将获得的能量完全转化为电能.?
(3)举例说出这种发电站的一个优点和一个缺点.太阳(光) 不能优点:清洁、环保、经济等;缺点:能量利用率低、受天气地域影响大. [答案]太阳(光) 不能 优点:清洁、环保、经济等;缺点:能量利用率低、受天气地域影响大.
太阳能的利用(易错点)例2 【解题归纳】 太阳能巨大、广泛、长久、清洁,但太阳能在被广泛使用时也有一些困难.下列关于太阳能的开发和利用的说法中,错误的是 ( )
A.太阳能是可供人类利用的新能源
B.太阳能能量大,供应时间长,分布广阔,无需开采和运输
C.太阳能存在分散,功率变化大,转化效率低
D.太阳能巨大且取之不尽、用之不竭,所以目前不需要开发别的新能源〔解析〕 太阳能是一种新能源,由自然界直接获取,A,B选项指出的是太阳能的优点,A,B正确.太阳能虽然巨大且持久,但仍存在着许多利用技术上的弊端,不能满足我们生产、生活的需要,所以必须努力开发其他新能源,故D错误.故正确答案为D.D2.人类直接利用太阳能的途径有 ( )
A.通过光电转换装置,把太阳能直接转化成电能
B.太阳能通过光合作用转化为植物的化学能
C.太阳能通过太阳灶或太阳能热水器转化为内能
D.太阳能蒸发地表水分形成云、雨,最后转化为水能AC[提示:B,D选项不是人类直接利用太阳能的方式,它们是间接利用太阳能.]AC例1[实际应用题]市场上有一种装有太阳能电风扇的帽子,如图22 - 12所示,阳光照射太阳电池板,扇叶快速转动,能在炎热的夏季给人带来一丝凉意.该装置的能量转化情况是 ( )图22 - 12〔解析〕 太阳光照射电池板发电,将太阳能转化为电能;电流通过电风扇,扇叶快速转动,将电能转化为机械能;所以,在整个过程中的能量转化是太阳能→电能→机械能.故正确答案为D.D例2〔解析〕 因为只有白天才有太阳光,所以太阳能电池板主要是靠白天接受阳光的照射而获得能量,A说法正确;太阳能电池板将太阳能转化为电能,B说法错误;LED灯的发光物体是由硅和锗等材料制作成的,硅和锗是半导体材料,因此LED灯的发光物体是由半导体材料制成的,C说法错误; LED灯不发光时没有电流通过,D说法错误.故正确答案为A.[实际应用题]如图22 - 13所示是湖南省某高校学生设计的一款不夜灯,它的一侧是太阳能电池板,另一侧是高效节能的LED灯.关于此灯所应用的物理知识,下列说法正确的是 ( )
A.太阳能电池板主要是靠白天接受阳光的照射而获得能量
B.太阳能电池板是将电能转化为内能
C.LED灯的发光物体是由电阻很小的铜质材料制成的
D.LED灯不发光时也有电流通过A图22 - 13例3 〔解析〕 像煤、石油、天然气等是由古代动植物的遗骸经一系列复杂变化而形成的燃料,属于化石能源;像煤、石油和天然气等属于化石燃料,不能在短期内从自然界得到补充,属于不可再生能源;因为太阳能可直接从自然界中获取,所以属于一次能源.故正确答案为A.[综合应用题]长期以来随州人民的生活能源离不开煤、石油、天然气这些①,由于这些②在自然界中越用越少且有排放污染,人们正在寻找理想能源.随州市的“齐星公司”正在研发太阳能的高效利用.因为太阳能可直接从自然界中获取,因此叫它③.太阳能取之不尽又清洁环保!我们期待太阳能的深度开发,我们期待蓝天白云!以上叙述中①、②、③分别是指 ( )
A.化石能源、不可再生能源、一次能源
B.二次能源、可再生能源、一次能源
C.可再生能源、一次能源、二次能源
D.化石能源、二次能源、不可再生能源A例4[综合应用题]太阳能热水器深受广大用户的青睐,有一雅典牌太阳能热水器.问:
(1)与其他形式的能量相比,太阳能具有哪些优点?(写出两点即可)
(2)该热水器注满水时,水的总质量是140 kg,如果这些水吸收了2.94×107 J的太阳能,它的温度会升高多少摄氏度?[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]〔解析〕 太阳能热水器把太阳能转化为内能,从而把水加热.太阳能与其他形式的能量相比,清洁、安全、无污染,环保且使用方便,不受地域的限制,取之不尽、用之不竭,能节省资源.由热量的公式Q=cmΔt得Δt= ,代入数值即可求出水升高的温度.解:(1)清洁、安全、无污染,经济且使用方便等.【解题归纳】 太阳能的优点是能量巨大,供应时间长,分布广阔,无需开采、运输,无污染等.(2)由Q=cmΔt得Δt= =50 ℃ (1)在阳光直射下,图中水管与A,B中的水将沿 时针(填“顺”或“逆”)方向流动,这是因为 .
电加热器C的作用是 .?
(2)家庭用太阳能热水器与燃气式热水器的初装费、使用年限见下表:
若你的父母决定选购这两种热水器中的一种,那么你将建议购买哪一种?陈述出你这样选择的两条理由.例5〔解析〕 太阳能十分巨大,供应时间长,分布广阔,获取方便,安全、清洁.选购太阳能热水器.使用它的平均成本低,且使用时卫生、清洁、无污染.顺热水的密度比冷水的小,集热器中的热水总是上升的,储水箱中的冷水下降在阴雨天用来辅助加热[探索创新题]随着人们生活水平的日益提高,以利用太阳能为主的太阳能热水器已走入寻常百姓家.如图22 - 14所示是一种常见的太阳能—电能双能热水器示意图,A是由一排真空镀膜管组成的集热器,B是储水箱,C是电加热器.例6
〔解析〕 光电转换器是将太阳能转化为电能的装置,风力发电机是将风的机械能转化为电能,从题中信息来看,这种未来汽车只用太阳能和风能这种无污染的能源,相对于燃油车来说节能环保,降低温室效应等.[实际应用题]如图22 - 15所示是上海世博会中国馆展出的名为“叶子”的小型低碳化未来汽车.车顶部的巨型叶子实际上是一个高效光电转换器,它可将 能转化为电能;车轮的轮毂其实是四个风力发电机,可以把捕捉到的风能转化为 能,充入自身电池储存起来.同时,它还能将光电转换中排放的高浓度二氧化碳转化为电能并供车内照明,或转化为车内的空调制冷剂,不但是“零排放”,还实现了“负排放”.与传统汽车相比,叶子车的优点
是 .(写出一点即可)?光(或太阳)电节能环保(降低温室效应等)图22 - 15例7 [实际应用题](2016·枣庄中考)太阳是人类优先开发和利用的新能源之一,关于太阳能的利用,下列说法正确的是 ( )
A.图22 - 16甲中,绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能
B.图乙中,太阳能热水器通过做功方式将太阳能转化为水的内能
C.图丙中,太阳能交通信号灯将太阳能直接转化为信号灯的光能
D.图丁中,首架环球航行的太阳能飞机将太阳能直接转化为飞机的机械能22 - 16〔解析〕 绿色植物的光合作用是将太阳能转化为化学能,储存在植物体内,A选项正确;太阳能热水器内的水从太阳吸收热量,内能增加、温度升高,是通过热传递的方式增加水的内能,B选项错误;太阳能信号灯先将太阳能转化为电能,再转化为光能,C选项错误;太阳能飞机是先将太阳能转化为电能,再转化为机械能, D选项错误.故正确答案为A.A例8[实验探究题]低碳排放,保护地球是当今世界的主题,2010年上海世博会企业馆内围绕这一主题发明的低碳环保产品琳琅满目,太阳电池就是其中的一种,它能够将太阳能直接转化为电能,从而实现碳零排放.
(1)太阳能属于 能源(填“可再生”或“不可再生”).?(2)有心的小强猜想太阳电池发电量可能与太阳光照强度、接收太阳光照的面积及接收太阳光照的时间有关,究竟有什么关系呢?为此他进行了如下探究:
探究设计:用太阳电池给手机电池充电.
所需器材:相同型号的太阳电池4个,相同型号的手机电池4块(电池电量已耗完),硬纸板1张,手表1块. 实验步骤:
a.用太阳电池在阳光充足的地方给手机电池充电到满,用时5 h;
b.在与a同一光照强度的地方用另一个太阳电池给另一块手机电池充电3 h,未能充满;
c.在与a同一光照强度的地方用硬纸板盖住第三个太阳电池接收面的一半,再给第三块手机电池充电5 h,未能充满;
d.用第四个太阳电池在背阴处给第四块手机电池充电5 h,未能充满.
根据小强的探究,请回答:
①比较步骤 可以得出:光照强度及接收光照时间相同时,太阳电池发电量随接收光照面积增大而增大.? ②比较步骤a和d,可以得出: .?〔解析〕 太阳是靠核聚变获得源源不断的能量,太阳能是可再生能源;从题意知,猜想中影响太阳电池发电量的因素有三个,所以在实验探究的过程中要采用控制变量法,在实验步骤中,a与c是采用了光照强度和光照时间相同,接收面积不同的情况下进行的,是研究发电量与接收面积大小的关系,根据实验记录结果,可得出光照强度及接收光照时间相同时,太阳电池发电量随接收光照面积增大而增大;比较a与d是在光照面积和光照时间相同时,光照强度不同,光照充足时,充满电流所用的时间少,所以得出接收光照面积及接收光照时间相同时,太阳电池发电量随光照强度的减弱而减小(增强而增大)的结论.例8[实验探究题]低碳排放,保护地球是当今世界的主题,2010年上海世博会企业馆内围绕这一主题发明的低碳环保产品琳琅满目,太阳电池就是其中的一种,它能够将太阳能直接转化为电能,从而实现碳零排放.
(1)太阳能属于 能源(填“可再生”或“不可再生”).?可再生c和a(a和c)接收光照面积及接收光照时间相同时,太阳电池发电量随光照强度的减弱而减小(增强而增大)(2)有心的小强猜想太阳电池发电量可能与太阳光照强度、接收太阳光照的面积及接收太阳光照的时间有关,究竟有什么关系呢?为此他进行了如下探究:
探究设计:用太阳电池给手机电池充电.
所需器材:相同型号的太阳电池4个,相同型号的手机电池4块(电池电量已耗完),硬纸板1张,手表1块. 实验步骤:
a.用太阳电池在阳光充足的地方给手机电池充电到满,用时5 h;
b.在与a同一光照强度的地方用另一个太阳电池给另一块手机电池充电3 h,未能充满;
c.在与a同一光照强度的地方用硬纸板盖住第三个太阳电池接收面的一半,再给第三块手机电池充电5 h,未能充满;
d.用第四个太阳电池在背阴处给第四块手机电池充电5 h,未能充满.
根据小强的探究,请回答:
①比较步骤 可以得出:光照强度及接收光照时间相同时,太阳电池发电量随接收光照面积增大而增大.? ②比较步骤a和d,可以得出: .?课件11张PPT。第二十二章 能源与可持续发展尖子生学案—人教版九年级物理下册第4节 能源与可持续发展例1实际应用题的分析(规律方法)我国是电池生产和使用大国,每年生产的电池产量和消费量达140亿个以上,占世界总产量的三分之一.我国目前对废旧电池的环境管理基本处于空白,每年报废的上百亿个废旧电池大部分随意丢掉,对生态环境和公共健康构成了潜在的威胁.那么为了防止废旧电池的危害,我们主要应解决什么问题?〔解析〕 就我国目前的现状来看,首先应该制定相关政策来回收和处理废旧电池,变废旧电池为宝,同时消除这方面的污染.另外,我们应该加快研制新型高能电池,延长电池的使用寿命,从而减少电池的产量,以及生产没有污染的环保电池等.〔答案〕 主要应解决的问题是:(1)制定出相关的法规和政策来回收和处理废旧电池,变废为宝;(2)加快技术革新,尽快生产出高能电池,延长电池的使用寿命,减少电池的产量;(3)提高技术含量,尽量生产出无污染的绿色环保电池;(4)调整我们的使用习惯,利用电池的替代产品,逐步让电池从我们的生活中消失.1.一天小明上学时,一辆冒着黑烟的摩托车从他身边飞驰而过,引起了他的思考.他想:自从17世纪人类创造了热机以来经过几个世纪的改进与更新,使得现代社会在交通、航天、电力工业等很多方面都离不开热机,它的发展与应用推动了社会的快速发展,但热机在能的转化过程中不可避免地要损失一部分能量,并且会对环境造成一定程度的污染,因此,他想知道下列有关问题,请你帮他解答.
(1)热机工作过程中能量转化形式是怎样的?
(2)热机工作过程中存在哪些形式的能量损失?
(3)为了保护环境、节约能源,请列举提高燃料利用率的措施.
(4)摩托车为何冒黑烟?(4)燃料没有充分燃烧. 内能转化为机械能. 废气内能、机械磨损时热量损失.①使燃料尽可能充分燃烧;②保持良好的润滑,减小机械磨损. 例1能源及能源的利用(易错点)于能源及能源的利用,下列说法中不正确的是 ( )
A.太阳能只有通过太阳炉、太阳灶等加热设备才能转化为内能
B.能源的利用过程,实质上是能量的转化和转移的过程
C.自然界只有在人为条件下才能发生热核反应
D.煤、石油和天然气的化学能归根结底来自于太阳能〔解析〕 煤、石油和天然气是由埋在地下的古代的动植物在长期地质变迁中形成的,古代的动物食用植物,而植物是靠光合作用生长的,所以煤、石油和天然气的化学能归根结底来自太阳能,D正确.人类在生产和生活中需要各种形式的能,我们可以根据需要把能源的能量转化成各种形式的能,以供利用,所以能源的利用过程实质上是能量的转化和转移的过程,B正确.另外,太阳能向外辐射热,物体吸收后也能转化为内能,并不一定是通过太阳炉和太阳灶等加热设备,A不正确.在太阳内部,每时每刻都在发生轻核聚变,所以热核反应不需要人为控制也可以发生,C不正确.故正确答案为AC.ACB[提示:我国化石燃料储量丰富,但也是有限的,是不可再生能源,所以不能说取之不尽,用之不竭,A错;科学是双刃剑,给人类带来方便的同时,也会产生一些负面影响,所以在能源的利用中,应注意环境保护,B对.核能若控制得当是安全、清洁能源,当然发生核泄漏会造成污染,这就要求设备绝对安全可靠,核能已经是发达国家的常规能源,我国也应合理开发核能,C错;太阳能是未来的理想能源,无污染,D错.]2.关于我国能源的利用和能源的节约,下列说法正确的是 ( )
A.我国化石燃料储量丰富,可以说是取之不尽,用之不竭的
B.在能源的利用中,应注意环境保护
C.核能的利用肯定会造成污染,所以不能开发核能
D.太阳能的利用也会产生污染B例1[图片信息题]如图22 - 21所示是获取电能的几种途径,其中消耗不可再生能源又不会对大气造成污染的是 ( )图22 - 21〔解析〕 燃煤发电是把煤的化学能转化为电能,煤是不可再生能源,在燃烧过程中会对大气造成污染,所以A不符合要求;太阳能电池板将太阳能转化为电能,太阳能是可再生能源,所以B不符合要求;风车发动机将风能转化为电能,风能是可再生能源,所以C不符合要求;核能发电站是通过核燃料发生核裂变的方式,将核能转化为电能,由于核燃料是有限的,所以核能属于不可再生能源.故正确答案为D.D例2[实际应用题]如图22 - 22所示,举出了化石能源的应用实例,试论述化石能源是当今世界的主要能源.图22 - 22〔解析〕 解此题应从化石能源被广泛采用,人类对化石能源的依赖日益加深入手.〔答案〕 汽车、火车、轮船、飞机等各种热机不断改进和发展,已成为当今不可或缺的交通工具或运输工具,这些热机都是燃烧化石燃料得到机械能的,人类对化石能源的依赖日益加深,因此化石能源成为当今世界的主要能源.例3[实际应用题](2016·十堰中考)在学完“能源与可持续发展”后,同学们对有关能源问题进行了讨论,他们的说法中错误的是 ( )
A.煤、石油、天然气等化石能源是不可再生能源
B.因为能量在转化过程中是守恒的,所以能源是“取之不尽用之不竭”的
C.丹江口水电站是将机械能转化为电能
D.核能、太阳能等是具有广阔开发前景的新能源〔解析〕 煤、石油、天然气是化石能源,在地球上的储量是有限的,消耗后不可能再生,属不可再生能源,A选项正确;能量虽守恒,但可以利用的能源是有限的,还是要节约能源,B选项错误;水电站主要是将水中蕴含的机械能转化为电能,C选项正确;核能、太阳能开发潜力巨大,最终有可能成为石油、天然气等的替代能源,D选项正确.故正确答案为B.B例4
(1)请你提出一条治理汽车尾气污染的合理化建议.
(2)卡迪拉克公司推出了核能概念车,使用核能作为燃料的好处是 .?
(3)寒冷的冬天,温室里鲜花盛开.这是因为温室的玻璃允许太阳的热辐射通过,却阻止室内热量和水分的散发.从某种意义上说地球也是一个大温室,大气层的对流层中水蒸气和二氧化碳等气体允许太阳的热辐射通过,阻止地表热量的散发,从而使地表温暖湿润.但是,现在的对流层中二氧化碳的含量增加明显,引起了全球平均气温上升,即“温室效应”.
请你举例谈谈温室效应可能导致哪些变化?并结合实际谈一谈如何控制温室效应?[探索创新题]正如人们所知道的,我们赖以生存的家园——地球,正在慢慢变暖.而引起这种变化的罪魁祸首就是温室效应,而导致温室效应的气体,大多就是汽车排放的尾气.汽车排放的废气还是空气污染的重要来源之一(如图22 - 23所示).大气污染直接危害人体健康,影响植物的正常生长,对环境造成破坏.未来汽车业肯定会朝着环保、节能的方向发展.〔答案〕 (1)使用无污染的太阳能汽车等. (2)能量大、无空气污染等 (3)导致的变化:“温室效应”使原有的平衡失调,会导致冰川融化,海平面上升,地表水分蒸发加快,加剧土地荒漠化,引起气候变化,影响农作物收成等.控制措施:植树造林、开发和利用新能源、减少煤等燃料的使用量等.图22 - 23例5[简答题]环保专家预言:废弃的地膜将最终成为祸害.武汉大学张俐娜教授提出用甘蔗渣、麦秆、芦苇浆做原料生产“再生纤维素共混膜”的研究课题,终获成功.使用“共混膜”不但能使农作物增产20%,而且其使用寿命一旦终结,其成分的30%可被微生物吃掉,剩余部分会在40多天内自动分解,对土壤无副作用.请回答下列问题:
(1)普通地膜能造成什么“祸害”?
(2)有人建议焚烧处理这些普通塑料废弃物,你认为可行吗?
(3)对已散落于土壤中的地膜碎片,根据目前国情,你认为应该怎样处理为好?
(4)张教授的研究课题有什么积极的环保意义?〔解析〕 我国是个农业大国,关心农业发展,减少农业生产中带来的环境污染,对中华民族的腾飞有着重要的意义.普通地膜易造成固体废弃物污染,留在土壤中会影响农作物的生长,焚烧处理又会污染空气;而“再生纤维素共混膜”易被分解,既不会产生废弃物污染,又能提高农作物产量,一举两得.因此,应提倡使用“共混膜”,保护环境.普通地膜等塑料废弃物不溶于水,在自然界中很难被生物分解.长期留在土壤里,会影响土壤透气性,阻碍水分流动和农作物的根系发育.不可行.因为焚烧时会产生有毒、有害气体,污染大气.可用筛子筛出土壤中的地膜碎片,然后再播种.充分利用麦秆、甘蔗渣等农作物废弃物,是改善农村卫生条件的主要措施;该薄膜可自行分解,不产生“白色污染”,使农作物增产.例6 [创新设计题]能源技术的创新不断地推动人类社会的进步,但能源危急、环境污染和生态破坏又反过来制约人类社会的发展,作为一名现代社会的中学生,你会发现周围很多能量白白浪费了,利用学过的物理知识,将一些能量转化为电能:
(1)请你为自己的家庭设计两个不需要消耗燃料的发电方式: 、 .?
(2)大海海面波浪起伏,你想过将波浪所具有的机械能转化为电能给灯塔供电吗?请回答下列问题:(提示:地磁场磁性太弱)
A.这一设想依据的原理是: .?
B.需要的器材:除导线、开关外,还需要
两个关键器材: 、 .?
C.怎么实现你的设计?〔解析〕 (1)目前的发电方式主要有火力发电、水力发电、风力发电、太阳能发电和核能发电等,显然,在家庭中便于设计且不需要消耗燃料的发电方式是太阳能发电和风力发电.
(2)利用电磁感应的原理即可设计电路将波浪具有的机械能转化为电能,实验中需要的器材除导线、开关外,还必须有能够提供磁场的磁体以及能够切割磁感线的线圈或导线,具体做法是将磁极固定在塔座上,线圈随波浪起伏,也可以将线圈固定在塔座上,让磁极随波浪起伏,这两个方法均可以实现线圈切割磁感线的目的.利用太阳能发电 风力发电电磁感应磁体(写成“磁铁”或“磁场”也可) 线圈(写出“导线”也可) 磁极和线圈中的任一个固定在塔座上,另一个随波浪起伏,线圈切割磁感线.
