第27讲 能量的转化和守恒-能源与可持续发展

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第27讲 能量的转化和守恒——能源与可持续发展
Ⅰ考生必背：基础知识
必记1：能量的转化和守恒
1．能量守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
必记2：能源
2．一次能源：可以从自然界直接获取的能源，称为一次能源，例如：化石能源、风能、太阳能、地热能、核能。
3．二次能源：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的能源叫二次能源，例如：电能。
4．不可再生能源：一旦消耗就不可能在短时期内从自然界得到补充的能源叫不可再生能源，例如：化石能源、核能等。
5．可再生能源：可以在自然界里源源不断地得到的能源叫可再生能源，例如：水能、风能、太阳能、生物质能。
6．核能：由于原子核的裂变或聚变所释放出的能量叫核能。
7．太阳能：(1)在太阳内部，氢原子核在超高温下发生聚变，从而释放出巨大的核能。(2)目前人类利用太阳能的方式有两种，一是直接加热物体；二是将太阳能转化为电能。
必记3：能源革命
8．第一次能源革命是钻木取火；第二次能源革命是蒸汽机的发明；第三次能源革命是核能的开发和利用。
9．能量的转化和转移是有方向性的，人们是在能量的转化和转移中利用能量的。
必记4：能源与可持续发展
10．目前人类利用的能源主要是化石能源，人们在利用这些能源时，给自己带来了便利，同时也对环境造成了污染。
11．理想能源的条件：(1)足够丰富。(2)足够便宜。(3)技术成熟。(4)足够安全、清洁。
Ⅱ考生必会：考点
一、基本考点
考点1：能量的转化与守恒(重点)
1．(1)自然界中存在着各种能量形式，如机械能、光能、内能、电能、化学能、核能、太阳能、电磁能等。自然界中的能量不但可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量之间在一定条件下还可以相互转化，例如：摩擦生热过程是机械能转化为内能；电动机转动时电能转化为机械能；植物吸收太阳光进行光合作用是光能转化为化学能；燃料燃烧放热是化学能转化为内能。
(2)能量守恒定律：各种形式的能量在转化和转移的过程中遵守能量守恒定律。能量守恒定律的内容是：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
2．本考点在中考中常结合生活、生产中能量的转化和转移的实例考查同学们对各种形式能的掌握情况及应用所学知识分析问题、解决问题的能力，常见的题型有：填空题，选择题、阅读理解题。
【例1】学习了内能及能量的转化守恒后，同学们在一起梳理知识时交流了以下想法，你认为其中正确的是( )(多选)
A．做功改变物体的内能是不同形式的能的相互转化
B．热传递改变内能是不同形式的能的转化
C．各种形式的能在一定条件下都可以相互转化
D．能量在转化和转移的过程中总会有损耗，但能量的总量保持不变
解：A、C、D 点拨：做功改变物体的内能是内能与其他形式能的相互转化，故A正确；热传递是内能在温度不同的物体之间，或同一物体的不同部分之间的转移，并非转化，故B错误；C、D选项符合能量的转化和守恒定律，故C、D正确，所以正确答案为A、C、D。
考点2：能源 核能 太阳能（重点）
考点归纳与拔高：
1．能源的分类：(1)根据获取情况可将能源分为一次能源和二次能源。(2)根据能源在短时期内能否得到补充可将能源分为不可再生能源和可再生能源。
2．核能：由原子核发生裂变或聚变所产生的能量叫核能。目前只有核裂变可以被人们和平利用，核能发电就是核裂变的应用之一。核能发电具有原料少、发电量大、效率高等优点，但必须进行有效的防护措施才能被安全使用。
3．太阳能：太阳能是太阳内部的氢原子核在超高压下发生聚变所释放出的能量，太阳能是既无污染，又取之不尽、用之不竭的能源。目前，人们主要采用光转化为热的方式和采用光转化为电的方式利用太阳能。
4．本考点在中考中常与能量的守恒定律、能源的开发利用和环境保护等知识联系在一起考查，常见的题型有：填空题、选择题、阅读理解题。
【例2】如图l—27—1所示的是利用太阳能的三种方式。请你在空白方框内填上相关的科学术语。
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解：内能；光电转化；化学能
点拨：根据图表可看出，太阳能热水器将太阳能转化为热能，是光热转换，则太阳能转化为电能就是光电转换；光化转换就是太阳能转化为化学能。
三易点警示灯：可再生资源与不可再生资源的区别(易误点)
详释：可再生能源是自然界能长期提供或可再生的能源，如，太阳能、水能、风能等。不可再生能源是一旦消耗，自然界不可能在短时间内补充的能源，如煤、石油、天然气等。可再生能源与不可再生能源都是对一次能源而言的，即只对自然界现成存在，可直接取得的能源，才能说其属于可再生能源或不可再生能源。同学们在复习中要注意可再生能源与不可再生能源的区别，以防混淆。
【例3】下列能源中，属于不可再生能源的一组是( )
①煤；②核燃料；③生物质能；④石油。
A．①②③ B．①②④21世纪教育网
C．①③④ D．②③④21世纪教育网
错解：C
错解分析：错解原因是不能正确区别可再生能源与不可再生能源。本题中煤、核燃料、石油均是一旦消耗后，自然界很难在短时期内补充的能源，它们都是不可再生能源，故选项B正确。
考点3：能源革命 能源与可持续发展（重点、热点）
考点归纳与拔高：
1．人类文明的发展史就是一部能源利用的发展史，每一次能源革命都导致人类文明的一次跃进。
2．能量的转化和转移都是有方向性的，人们利用的各种能量都是在能的转化或转移过程中得到的。
3．目前，人类利用的能源，主要是煤、石油、天然气等化石能源，且耗能速度明显增长。大量利用化石能源给人们的生活、生产带来了便利，同时也对环境造成了污染，又引起了能源危机，所以要开发轲利用新能源(理想能源)，如太阳能、核能等。
【例4】根据能量的转化和守恒定律可知，能量在转化或转移的过程中，其总量_____。电能可以使电灯发光，同时产生内能散失在空气中，但这些内能却无法自动转化为电能。该现象说明能量的转化具有_____。
解：保持不变；方向性 点拨：本题考查对基本知识的掌握情况。能量的转化和转移是有条件的，在一定的条件下，各种形式的能都可以相互转化，条件不具备时，能量不会自行转化或转移。21世纪教育网
二、综合运用考点
考点4：能源的开发利用和环境保护（学科内综合考点、热点）
考点归纳与拔高：
1．目前，化石能源是人类生产、生活的主要能源，随着经济的发展，化石能源的消耗日益增加，化石能源的大量开发和使用，会造成环境污染与生态破坏，如何在开发和利用能源的同时保护好人们的生存环境，已经成为全球性的重大课题。为增强学生保护环境的意识，有关能源开发利用和环境保护的问题是近几年中考的热点之一。本考点在中考中主要考查利用化石能源时，如何造成环境污染，减少环境污染的措施及建议。
2．本考点在中考中常与热值、热量计算、热机效率、新能源的开发和利用、能量的转化等知识点联系在一起考查，常见的题型有：填空题、选择题、阅读理解题、计算题。
【例5】关于能源与环境，下列说法正确的是( )
A．光的应用不会造成环境污染，城市建筑可以随意使甩玻璃幕墙
B．彩电、空调、手机等家用电器在使用中，对人和环境不会产生任何不利的影响
C．石油、煤、天然气的开采和使用不会造成环境污染和生态破坏
D．太阳能是一种既无污染，又取之不尽的新能源
解：D 点拨：大量使用玻璃幕墙，会造成光污染；彩电、空调、手机中发射的电磁波对人有影响；石油、煤、天然气的开采和使用会造成环境污染和生态破坏。
三、实际应用考点21世纪教育网
考点5：有关太阳能热水器的问题
考点归纳与拔高：
1．太阳能热水器在现代家庭中普遍使用，有关太阳能热水器的问题是中考的热点之一，本考点在中考中主要考查太阳能热水器的工作原理、光热转化效率、优点及将实际问题转化成物理问题并用所学知识处理实际问题的能力。
2．本考点在中考中常与热值、热量的计算、电与热等知识联系在一起考查，常见的题型有：填空题、选择题、计算题、阅读理解题。
【例6】安装在屋顶上的太阳能集热器把太阳能转化为热能(如图l—27—2)，被加热的水通过泵和管道在集热器和储水缸之间循环以便加热储水缸内的水。储水缸内的水则通过另一管道回路提供取暖和生活用热水。21世纪教育网
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(1)太阳能是一种______(填“可再生”或“不可再生”)资源。
(2)螺旋管内的水使储水缸内的水变热是能量的_____ (填“转化”或“转移”)。
(3)“嫦娥一号”卫星上的太阳能电池板是把_____能转化为_____能。
解：(1)可再生 (2)转移 (3)太阳；电
点拨：本题通过太阳能集热器的构造、工作原理考查同学们应用所学知识分析问题、解决问题的能力。正确解答(2)的关键是明确该太阳能集热器的工作原理。本题以太阳能的实际应用为素材，将物理知识与生活实际结合起来，体现“从生活走向物理，从物理走向社会”的课标理念。21世纪教育网
Ⅲ 考生必知：课标新题型
课标新型题一：开放题
【例1】如图l—27—3是小明在春游时从公园的滑梯上滑下时的情景。请写出两个与此情景有关的物理知识：
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(1)____________________________________________________；
(2)____________________________________________________。
解：(1)做功可以改变物体的内能 (2)机械能转化为内能
点拨：本题答案不唯一，其他合理均可。小孩滑滑梯主要涉及功和能的关系及能量的转化，解答时可从这方面进行联想。21世纪教育网
课标新型题二：阅读理解题
【例2】请仔细阅读下文，并回答下列问题。
福州打造海西“多电型”能源基地
据2009年5月21日《福州晚报》报道，随着海交会开幕和一系列能源项目的开工建设，多种能源互补的能源发展和保障体系已使福州能源建设走在海西前头。
不久的将来，我市公交车将用上天然气做燃料，这种清洁能源能有效减少空气污染。随着红庙岭垃圾发电厂的建设，节能环保、替代型能源有了新的突破，目前焚烧1吨垃圾能发电220 kW·h，可供普通家庭使用一个月。沿海的长乐、连江、福清、罗源已建和在建的多个火力发电厂，极大地满足了福州用电需求。平潭、福清、长乐的风力资源相当丰富，风力发电已成为海岛平潭重要的获取电能方式之一。福清核电站规划装机容量600万kw，它的建成必将大大缓解煤电使用的压力，与火力发电相比，核能发电只需消耗很少的核燃料，就能产生大量的电能。
(1)公交车使用天然气做燃料的好处是_______。文中涉及的节能环保、变废为宝的方法是利用_______发电。
(2)风力发电是将_______能转化为电能。与火力发电相比，核能发电的优点是_______ 。
解：(1)能有效减少空气污染；垃圾21世纪教育网
(2)机械(或风)；只需消耗很少的核燃料，就能产生大量的电能
点拨：本题通过一则报道，综合介绍了福州市使用天然气公交车，焚烧垃圾发电，建立火力、风力发电站及核电站，考查了同学们对能源的理解及发电过程中的能量转化。
Ⅳ 考生必试：中考题
1．自然界中有些能源一旦消耗就很难再生，因此我们要节约能源。在下列能源中，属于不可再生能源的是( )
A．风能 B．水能 C．太阳能 D．石油
2．下列说法正确的是( )
A．核能是指原子核发生变化时所释放的能量
B．煤炭、石油、天然气、太阳能都是不可再生能源
C．原子弹和氢弹都是利用核裂变21世纪教育网
D．目前核电站获得核能的途径是核聚变
3．“能源危机”是当今世界共同面临的问题，以下解决危机问题措施切实可行的是( )
A．人人都要节约用水、用电，不浪费能源和人为毁坏物品
B．关闭全部现有的火力发电站
C．停止使用石油、煤炭资源，而改用核能和太阳能
D．各地都要大力兴建水力和风力发电站
4．太阳能路灯的灯杆顶端是太阳能电池板，它能将太阳能转化为电能，并向灯杆下方的蓄电池充电，将电能化为_______能储存起来，供夜晚路灯照明。若在一定时间内，太阳光辐射到该太阳能电池板的能量为2．7×10J，这与完全燃烧_______kg的煤放出的热量相当；这些能量经转化后，可供功率为35 W的路灯工作60 h，那么该太阳能路灯的能量转化效率是_______％(煤的热值为3．0×10J／kg)。
5．将火柴搭成图1—27—4所示的结构，点燃第一根火柴后，发生的现象与_______相似。
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Ⅴ 考生必闯：过关测验题
一、选择题
1．下列各组能源中，均为不可再生能源的是21世纪教育网( )
A．煤、石油、天然气 B．太阳能、地热能、风能
C．电能、汽油、风能 D. 核能、水能、生物能
2．下列能源中既属于一次能源又属于可再生能源的是( )
A．太阳能 B．核能 C．石油 D．天然气
3．下列能源在利用时对环境污染最厉害的是21世纪教育网( )
A．太阳能 B．风能 C．煤 D．电能
4．小王同学分析了四个常见事例中的能量转化，其中正确的是( )
A．在汽油机的做功冲程中，内能转化为机械能
B．电风扇正常工作过程中，电能主要转化为内能
C．电热水器工作过程中，内能转化为电能
D．跳水运动员在空中下落的过程中，动能转化为重力势能
二、填空题
5．在青岛设立的2008年奥运会帆船比赛场地，采用的是风力发电给路灯供电，风力发电是将______能转化为______能。
6．南方牌太阳能电池的光电转化效率是20％，这就说明吸收100 J的太阳能转化为电能的只有______J，它反映了设备性能的优劣，广义上讲，效率等于______。
7．目前我国常用的能源有煤炭、石油、天然气、风能、水能、核能、太阳能等，其中属于可再生能源的是______；与不可再生能源相比，可再生能源的主要优点是(只要求写一条) ______________________________ 。
8．图l—27—5所示是由大量反射镜组成的太阳能发电装置。图中各个反射镜由计算机控制，使反射的太阳光聚集在塔顶的集热器(锅炉)上，集热器中的水变成水蒸气后推动汽轮机，从 而带动发电机发电。
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(1)太阳能属于______(填“可”或“不可”)再生能源。21世纪教育网
(2)这个装置中反射镜的作用是改变______ 。
(3)水蒸气推动汽轮机的过程中，将______能转化为______能。
(4)发电机是利用______原理发电的。
三、课标新型题
9．如图1—27—6所示是达·芬奇设想的永动机。你认为能实现吗 ______。请说明理由：
________________________________________________。
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10．科学家认为，空气中二氧化碳含量增加，是形成温室效应的主要原因。为了验证这种说法，小明同学想设计实验来探究。首先他选用两只完全相同的透明广口瓶，一瓶装空气，另一瓶装二氧化碳气体，并用两只带细玻璃管的木塞塞住瓶口。然后……
(1)你知道他然后是怎么做的吗 请你接着完成。
(2)温室效应带来了一系列诸如热带风暴等气象灾害。请你提出一个减少二氧化碳气体排放的合理化建议。
(3)温室效应还会给地球带来哪些不良影响
参考答案：
IV．1．D点拨：石油属于不可再生能源，风能、水能、太阳能属于可再生能源。
2．A点拨：太阳能是可再生能源，故B错误；氢弹是利用核聚变，故C错误；目前核电站获得核能的途径是核裂变，故D错误。
3．A点拨：关闭所有的火力发电站，停止使用石油、煤炭资源，在各地都要大力兴建水力和风力发电站，这些措施都不切实可行，要根据各地的实际情况而定。
4．化学；0．9；28 点拨：Q=mq，m= HYPERLINK " http://www.21cnjy.com" ，
W=Pt=35×60×3 600 J=7．56×10J，==
5．链式反应点拨：用火柴模拟中子轰击铀原子核发生的链式反应。
V．一、1．A点拨：煤、石油、天然气用一点少一点，属于不可再生能源；风能、水能、太阳能等可以长期为人们提供能源，属于可再生能源；核能属于不可再生能源，故A正确。
2．A点拨：核能、石油、天然气这三种能源在消耗后不能在短期内得到补充或恢复，都属于不可再生能源；太阳能可再生，既是一次能源，又是可再生能源，故A正确。
3．C点拨：煤在燃烧时会产生大量粉尘、二氧化硫、一氧化碳等危害环境的物质，而太阳能、风能、电能则不会。21世纪教育网
4．A点拨：在汽油机的做功冲程中，燃气对外做功，内能转化为机械能；电风扇工作时将电能主要转化为机械能；电热水器工作时将电能转化为内能；跳水运动员在空中下落的过 程中，重力势能转化为动能。
二、5．机械；电点拨；风力发电时，风吹动风轮机，风轮机再带动发电机发电，把风的机械能转化为电能。
6．20；有用的与总的之比()
7．风能、水能、太阳能；能够在自然界里源源不断地得到
8．(1)可(2)光的传播方向 (3)内；机械(4)电磁感应点拨：太阳能是可再生能源；反射镜的作用是改变光的传播方向，使太阳光聚集在塔顶的集热器上；水蒸气推动汽轮机的过程中，水蒸气对外做功，内能转化为机械能；发电机的原理是电磁感应。
三、9．不能；违背能量守恒定律(或转子转动时有能量损失)点拨：根据能量守恒定律知，能量既不会凭空消灭，也不会凭空创生，能的总量保持不变。因为轮子转动时有能量损失， 故轮子不能永远转动下去。21世纪教育网
10．解：(1)然后应该在两玻璃中滴入红色水滴，将空气和二氧化碳气体封住。再将这两只玻璃瓶同时放到阳光充足的同一环境中，每隔几分钟观察玻璃管中水柱上升的高度水柱上升越高，说明瓶内气体体积膨胀得越多，气体的温度升得越高。由此可说明二氧化碳气体是否为温室气体。21世纪教育网
(2)开发新能源或清洁能源来替代化石能源，或提高燃料燃烧的利用率，或植树造林吸收二氧化碳。(涉及任一方面即可)
(3)海平面上升，陆地面积减少，土地沙漠化等。
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