1、第十八章能源與可持續發展,可再生,太陽能,不可再生,煤,常規,化石能源,新,核能,清潔,太陽能,非清潔,煤,1.核能: (1)定義:_的結構發生變化時,所釋放出的巨大能量。 (2)獲取途徑:_和_。 (3)核裂變和鏈式反應。 裂變:質量_的原子核分裂成兩個或兩個以上_質量 的原子核的過程。 鏈式反應:原子核發生裂變時,裂變不斷_的現象, _是利用核裂變的鏈式反應不加控制的原理制成的。 (4)核聚變:_的原子核結合成_原子核并釋放能量的過 程,也叫熱核反應,由這個原理制成了_。 (5)核電站：利用_提供的能量發電,原子核,重核裂變,輕核聚變,較大,中等,自行繼續,原子彈,較輕,較重,氫彈,核反應

2、堆,2.太陽能: (1)特點。 無比巨大;供應時間_; 分布_,獲取方便;安全、清潔、_。 (2)利用。 直接利用:太陽能_、太陽能電池、_。 間接利用:_能源,長久,廣闊,無污染,熱水器,綠色植物,化石,1.能量轉化的基本規律: (1)能量的轉化和守恒定律:能量既不會憑空_,也不會憑 空_。它只會從一種形式_為其他形式,或者從一個物 體_到其他物體,而在轉化或轉移的過程中,其總量 _。 (2)能量轉化與轉移過程有一定的_,產生,消失,轉化,轉移,保持不變,方向性,2.能源與可持續發展: (1)能量轉化效率公式:效率=_。 (2)熱機的效率。 定義:對于熱機來說,轉化為_與_ _之比。 提高熱

3、機效率的主要途徑:減少熱機工作過程中_ _,有用功的能量,燃料完全燃燒,后所釋放出的能量,各種能量的,損失,1)核電站是利用原子核發生(選填“裂變”或“聚變”)釋放能量來發電的。 (2)核電站所用的核燃料屬于(選填“可再生”或“不可再生”)能源,核反應堆是將能轉化為內能的裝置。 (3)發電機工作過程中,能轉化為能。 參考答案:(1)裂變 (2)不可再生核 (3)機械電,1.應用核電站(核反應堆): (1)原理: (2)能流圖,2.特點: (1)消耗的燃料少、廢渣少; (2)成本低,在一些發達國家核能已成為常規能源,我國的核電事業發展也很快; (3)特別適合缺少煤、石油和水力資源的地方; (4)

4、需防止放射性物質的泄漏,避免放射性污染,確保安全; (5)核電站使用過的核燃料核廢料,由于具有放射性,一般深埋在人煙稀少的地方,拓展延伸】當今的核武器 原子彈是第一代核武器,“原子彈”是利用核裂變原理由中子轟擊鈾235或钚239,使其原子核裂開產生巨大能量,包括沖擊波、瞬間核輻射、電磁脈沖干擾、核污染、光輻射等殺傷作用,氫彈”是第二代核武器,是利用原子彈爆炸的能量點燃氫的同位素氘、氚等輕原子核的聚變反應瞬時釋放出巨大能量的核武器。氚和氘聚變產生比原子彈更加巨大的能量,對于相同質量的核燃料,氫彈的聚變反應放出的能量是鈾核裂變反應放出能量的4倍以上;而且氫彈爆炸實際上是兩顆核彈爆炸(原子彈和氫彈)

5、,所以說氫彈的威力比原子彈更大。當然,不能用大當量的原子彈與小當量的氫彈來比較了。 第三代核武器是中子彈,以氘和氚聚變原理制作,以高能中子為主要殺傷力的核彈,第四代核武器是核定向能武器,正在研制中,因為這些核彈不產生剩余核輻射,因此可作為“常規武器”使用,主要種類有:反物質彈、粒子束武器、激光引爆核炸彈、干凈的聚變彈、同質異能素武器等。第四代的另一特點是突出某一種效果,如突出電磁效應的電磁脈沖彈,使通訊信號混亂。它可以使高能激光束、粒子束、電磁脈沖等離子體定向發射,有選擇地攻擊目標。能量更集中,有可控制的特殊殺傷破壞作用,典例1】(2013梅州中考)下列說法正確的是() A.核能是指原子核發生

6、變化時所釋放的能量 B.煤炭、石油、天然氣、太陽能都是不可再生能源 C.原子彈和氫彈都利用了核裂變 D.目前正在運行的核電站獲得核能的途徑是核聚變,思路導引】解答本題的關鍵點: (1)核能的理解; (2)裂變與聚變的區別; (3)原子彈、核電站的原理,精講精析】選A。本題考查核能及利用。原子核十分牢固,一旦使原子核分裂或聚合,就可以釋放出驚人的能量,這就是核能,故A正確;煤炭、石油、天然氣是化石能源,不可再生,而太陽能及水能、風能、生物質能等可以在自然界里源源不斷地得到,所以它們屬于可再生能源,故B錯誤;原子彈是利用核裂變,氫彈是利用核聚變,故C錯誤;核聚變會釋放出更大的能量,目前的科技水平很

7、難控制核聚變的能量,所以核電站的核反應堆利用的是可控核裂變,故D錯誤,失誤檔案】核能是原子核發生變化時釋放的能量,不是原子核具有的內能,也不是物質發生化學反應的化學能,變式訓練】(2011岳陽中考)2011年3月11日,日本地震導致福島核電站發生爆炸,引起人們極度恐慌,向全球敲響安全利用核能的警鐘。核電站的核反應堆中發生的是核 (選填“聚變”或“裂變”),此次核電站爆炸引起人們恐慌的原因是 (寫出一點即可,解析】本題考查核裂變和核聚變的問題。核能的利用有裂變和聚變兩種方式,裂變分:可控核裂變,如核電站的核反應堆的核裂變;不可控核裂變,如原子彈爆炸時的裂變。聚變是不能控制的。由于核電站爆炸后會發

8、生核泄漏,發生核輻射,故引起人們的恐慌。 答案:裂變發生核輻射,2011年3月11日,日本發生了里氏9.0級特大地震,福島第一核電站機組相繼發生爆炸,原因是冷卻系統故障。即使停堆,反應堆的溫度也會快速升高,進而發展到燃料熔化等事故發生。如圖是正常狀態核電站的示意圖。 (1)從反應堆到發電機,能量的轉化過程是:核燃料的能水的能汽輪機的機械能發電機的能。 (2)用水作循環冷卻劑,原因是水的較大,解析】本題考查核能利用中的能量轉換。(1)反應堆釋放出的是核能,在反應堆中轉化為水的內能;水受熱變成高溫高壓的蒸汽沖出渦輪,轉化為機械能,從而帶動發電機發電,輸出電能。 (2)水的比熱容較大,相同質量的水和

9、其他物質作冷卻劑,水能帶走更多的熱量。 答案:(1)核內電 (2)比熱容,1.分析某過程中能量轉化的步驟: (1)明確研究的對象和所要研究的過程。 (2)物體在起始位置所具有的能量的形式。 (3)物體在最終位置所具有的能量的形式。 (4)物體在運動中是否有內能或其他不易察覺的能量產生和轉化,2.理解能量守恒定律應注意以下五點: (1)每一種運動形式都可以用一種形式的能來量度,任何能量轉化都遵循能量守恒定律。 (2)各種運動形式可以在一定條件下互相轉化,而運動形式的轉化過程中必然伴隨著能量的轉化和守恒。 (3)能量也能夠以同種形式從一個物體轉移到另一個物體,4)在能量守恒中,“轉化”和“轉移”是

10、有區別的,轉化是一種能轉變為另一種能,而轉移則是能量從一個物體轉移到另一個物體上,或從物體的一部分轉移到另一部分。 (5)能量的轉化和轉移是有方向性的。例如,永動機不可能制成,是因為機械在運動過程中,不可避免地存在摩擦,將機械能轉化為熱,向四周擴散,稱為“無用的能量”,所以任何運動著的機械需要不斷補充能量,典例2】(2012濟南中考)如圖所示的國產“和諧號”動車 進站前的減速過程分兩個階段進行:第一階段采用“再生剎 車”技術,這期間關閉動車,列車依靠慣性前行并帶動發電機發 電,速度從250 km/h減至90 km/h;第二階段采用傳統的“機械 剎車”,速度從90 km/h不斷減小直至停下來。國

11、產“和諧號” 動車在進站前減速的整個過程中,發生的能量轉化情況主要是 (,A.第一階段:動能轉化為電能;第二階段:動能轉化為內能 B.第一階段:電能轉化為動能;第二階段:動能轉化為內能 C.第一階段:動能轉化為電能;第二階段:內能轉化為動能 D.第一階段:電能轉化為動能;第二階段:內能轉化為動能,思路導引】解答本題注意以下兩個階段,精講精析】選A。本題考查動能、電能和內能之間的轉化。當“和諧號”關閉發動機后,列車依靠慣性向前運動并帶動發電機發電時,是將動能轉化為電能,所以B、D選項均錯。當采用傳統的“機械剎車”時,是將動能轉化為內能,所以A選項正確,C選項錯誤,失誤檔案】(1)在動能和勢能的相

12、互轉化過程中,忽略“克 服摩擦做功、機械能轉化為內能”,錯誤地認為機械能守恒; (2)不理解能量轉化的方向性,誤認為永動機可以制成,變式訓練】(2013麗水中考)下列有關能量轉化和守恒的說法正確的是() A.用電器通電工作時,將其他形式的能轉化為電能 B.氫氧化鈉與鹽酸反應是放熱反應,該反應將內能轉化為化學能 C.植物光合作用合成有機物,說明能量可以創生 D.“既要馬兒跑,又要馬兒不吃草”違背了能量轉化和守恒定律,解析】選D。本題考查的是能量的轉化與守恒。用電器通電工作時,將電能轉化為其他形式的能,A錯;B是將化學能轉化為內能;植物光合作用是利用光能,并沒有能量創生,C錯;“既要馬兒跑,又要馬

13、兒不吃草”違背了能量轉化和守恒定律,故D正確,拓展延伸】氫能 氫能是通過氫氣和氧氣反應所產生的能量。氫在地球上主要以化合態的形式出現,是宇宙中分布最廣泛的物質,它構成了宇宙質量的75%。由于氫氣必須從水、化石燃料等含氫物質中制得,因此是二次能源。工業上生產氫的方式很多,常見的有水電解制氫、煤炭氣化制氫、重油及天然氣水蒸氣催化轉化制氫等。氫能主要具有以下優點:燃燒熱值高,每千克氫燃燒后的熱量,約為汽油的3倍,酒精的3.9倍,焦炭的4.5倍。燃燒的產物是水,是世界上最干凈的能源。資源豐富,氫氣可以由水制取,而水是地球上最為豐富的資源。目前,氫能技術在美國、日本、歐盟等國家和地區已進入系統實施階段,

14、典例1】某市的能量資源正在逐步得到應用。下列能源中屬于不可再生能源的是() A.太陽能 B.潮汐能 C.天然氣 D.風能 【思路導引】判斷關鍵是分析能否在短期內得到補充,精講精析】選C。本題考查能源的分類。使用之后可以在短時間內從自然界中再次產生的能源是可再生能源,使用之后短時間內無法在自然界中再次產生的能源是不可再生能源。因此,煤、石油、天然氣等化石能源和核能是不可再生能源。太陽能、水能、風能、潮汐能等是可再生能源,故選C,方法歸納】能源的種類辨析 (1)辨別一次能源與二次能源:一次能源是從自然界中直接獲得的天然能源;二次能源不能從自然界中直接獲得,必須經過一次能源的消耗才能夠得到。 (2)

15、可再生能源與不可再生能源都是相對一次能源而言的,只有自然界中現存的、可直接取用的能源才屬于這一范疇,變式訓練】(2012黃岡中考)我國南海海底蘊藏著大量的“可燃冰”,它是天然氣和水在低溫高壓下形成的固態物質,因外形晶瑩剔透,酷似冰塊卻能燃燒而得名,是一種燃燒值高、清潔無污染的新型能源。下列說法正確的是() A.可燃冰是可再生能源 B.可燃冰的能量來自億年前的太陽能 C.可燃冰是核聚變反應生成的 D.可燃冰燃燒時核能轉化為內能,解析】選B。本題考查結合材料分析能源的能力。“可燃冰”是天然氣和水在低溫高壓下形成的固態物質,而天然氣是古代動物或植物的遺體由于地質變遷發生沉淀,經過漫長的年代以后形成的

16、化石能源,所以“可燃冰”是不可再生能源;由于古代植物是通過光合作用形成的,所以“可燃冰”的能量來自于億年前的太陽能;“可燃冰”是天然氣和水在低溫高壓下形成的固態物質,是通過物理變化生成的,與核聚變反應無關;“可燃冰”燃燒時化學能轉化為內能。故選B,1.能源寶庫:太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源。生物質能、風能、化學能、海洋能、水能等都來自太陽能。廣義來說,太陽能包含以上各種可再生能源,2.優點: (1)普遍:處處皆有,可直接開發和利用。 (2)無害:開發利用太陽能不會污染環境,它是最清潔的能源之一。 (3)巨大:現今世界上可以開發的最大能源。 (4)長久:太陽的能量是用之不竭的。 3.

17、利用方式: (1)直接轉化為內能。 (2)用太陽能電池把太陽能轉化為電能,典例2】(2012煙臺中考)太陽能清潔無污染,是人類能源的寶庫。太陽能屬于(選填“一次”或“二次”)能源。太陽能是在太陽內部氫原子核發生釋放出的能,思路導引】解答本題的關鍵點: (1)太陽能的來源是核聚變; (2)太陽能是直接從自然界獲得的能源,精講精析】本題考查能源的分類及太陽能的產生。太陽能可以直接從自然界中獲取,不是通過人類加工獲得,屬于一次能源。太陽能是太陽內部原子核發生聚變釋放的能量。 答案:一次聚變,方法歸納】(1)在利用太陽能加熱時,一般將物體涂成黑色, 黑色物體吸熱能力強。 (2)太陽灶(或太陽能熱水器)

18、、太陽能電池的轉化效率為,變式訓練】充分利用太陽能,符合節 能減排的理念。太陽能熱水器(如圖所 示)已走進了千家萬戶,小明家的太陽 能熱水器接收太陽能的總有效面積為 2 m2,熱水器每平方米的面積上1 h得 到的太陽輻射能平均為2.52106J,熱水器僅能把接收的太陽 能的50%轉化為水的內能,若光照3 h可以使熱水器內初溫為 20、質量為100 kg的水溫度升高多少攝氏度?已知水的比熱 容是4.2103J/(kg,解析】本題考查太陽能利用中的能量轉化計算。太陽能熱水 器3 h接收的熱量:Q1=2.5210623 J=1.512107J,100 kg 的水吸收的熱量:Q2=50%Q1=50%1

19、.512107J=7.56106J, 100 kg的水升高的溫度:t= =18 答案:18,1.在倡導“節能環保”“低碳生活”的今天,人類應特別重視下列哪種能源的利用() A.太陽能 B.煤炭 C.石油 D.天然氣 【解析】選A。本題考查新能源的相關知識。B、C、D三項中都是化石燃料,屬于不可再生能源,且在利用時都有有害氣體排出,污染大氣,而太陽能清潔環保、節能,是當前需大力開發和利用的新型能源,故選A,2.下列圖中,以消耗不可再生能源來獲取電能的設備是(,解析】選D。本題考查電能獲取的方法。A項利用太陽能,B項利用風能,C項利用水能,D項利用核能。水能、風能、太陽能是可以在自然界中源源不斷地

20、得到的能源,屬于可再生能源,而核能是不可能在短期內從自然界得到補充的能源,屬于不可再生能源,故選D,3.福州江濱大道繽紛園入口處安裝了兩 盞“風光互補”景觀節能燈,如圖所示, 它“頭頂”小風扇,“肩扛”太陽能電 池板。關于節能燈的設計解釋合理的是 () A.太陽能電池板是將太陽能轉化為電能 B.小風扇是用來給太陽能電池板散熱的 C.小風扇是風力發電機,將電能轉化為機械能 D.蓄電池在夜晚放電時,將電能轉化為化學能,解析】選A。本題考查能量的轉化。太陽能電池板工作時將太陽能轉化為電能,A項正確;小風扇是風力發電機,工作時將機械能轉化為電能,B、C項錯;蓄電池放電時,將化學能轉化為電能,D項錯,4

21、.太陽是巨大的“核能火爐”,是人類能源的寶庫。 (1)核能在一些發達國家已成為常規能源,它是 (選填“可再生”或“不可再生”)能源。 (2)上海世博會主題館表面鋪設太陽能電池板,采用并網發電方式將電能傳回城市電網。請寫出一條使用太陽能的優點:_,解析】本題考查核能的能源分類及太陽能的優點。 (1)核能屬于不可再生能源; (2)太陽能的優點很多,如節能、環保、來源廣泛、取之不盡、用之不竭等。 答案:(1)不可再生 (2)環保(或節省化石能源,5.蕪湖核電項目已定址繁昌縣荻港鎮徐圩村芭茅山。核電站所用的核燃料屬于 (選填“可再生”或“不可再生”)能源,在反應堆中,核燃料發生 釋放出大量的核能,最后

22、發電機利用 原理產生電。蕪湖核電項目建成后,四臺機組年發電總量約為31010kWh,這些電能相當于完全燃燒 kg的煙煤釋放出的熱量(煙煤的熱值為3107J/kg,解析】本題考查核能的利用。核電站的核心是核反應堆,它 以鈾為核燃料,反應堆中放出的核能轉化為高溫蒸汽的內能,內 能轉化成汽輪機的機械能,帶動發電機利用電磁感應原理轉化 為電能,Q=W=31010kWh=1.081017J,相當于完全燃燒 m= =3.6109kg煙煤釋放出的熱量。 答案:不可再生核裂變電磁感應3.6109,6.如圖所示是上海世博會中國館展 出的名為“葉子”的小型低碳化未 來汽車。車頂部的巨型葉子實際上 是一個高效光電轉

23、換器,它可將 能轉化為電能;車輪的輪 轂其實是四個風力發電機,可以把捕捉到的風能轉化為能, 充入自身電池儲藏起來。同時,它還能將光電轉換中排放的高 濃度二氧化碳轉化為電能并供車內照明,或轉化為車內的空調 制冷劑,不但是“零排放”,還實現了“負排放”。與傳統汽車 相比,“葉子車”的優點是。(寫出一點即可,解析】本題考查能量的轉化及環保的相關知識。光電轉換器可以把光能轉化為電能;風力發電機可以把風能轉化為電能;小型低碳化未來汽車在使用時把排放的高濃度二氧化碳轉化利用,實現二氧化碳“零排放”“負排放”,既節約了能源,又保護了環境(降低了溫室效應)。 答案:光(或太陽)電節能環保(或降低溫室效應等)(

24、答案合理即可,7.能量的轉化具有方向性。例如,電能可以使電燈發光,同時產生的內能散失在空氣中,但這些內能卻無法自動轉化為電能。汽車制動過程中,動能轉化為地面、輪胎、空氣的內能,這些內能 (選填“可以”或“不可以”)自動地轉化為機械能用來開動汽車。以上能量在轉化過程中,能的總量 (選填“增大”“減少”或“不變”,解析】本題考查能量轉化的特點。能量的轉化是具有方向性的,故電燈發光、汽車制動過程中產生的內能散失在空氣中,不可以自動轉化為電能或機械能,如內能是從高溫物體向低溫物體轉移的;植物生長的過程中,總是按照生根、開花、結果這樣的方向進行的,而不可能相反。根據能量守恒定律可知:能量既不會創生,也不

25、會消滅,它只能從一種形式轉化為另一種形式,或者從一個物體轉移到另一個物體,在轉化或轉移的過程中,能量的總量不變。 答案:不可以不變,1.(2013煙臺中考)下列能源中,屬于可再生能源的是() A.風能B.核能C.石油D.天然氣 【解析】選A。本題考查能源的分類。石油、天然氣是化石能源,在短時間內很難恢復,屬于不可再生能源;核能也屬于不可再生能源。故選A,方法技巧】能源的分類是按照不同角度劃分的。同一種能源可能歸屬于不同的能源類別,在分析時關鍵是弄清題目是從哪個角度進行考查的,2.(2012武漢中考)核電站利用核能發電,它的核心設備是核反應堆。下列說法錯誤的是() A.目前核電站都是通過聚變反應

26、來利用核能 B.核反應堆中發生的鏈式反應是可以控制的 C.原子核分裂或聚合時釋放出核能 D.核能是一種不可再生能源,解析】選A。本題考查核能的利用。核電站主要利用核裂變的可控鏈式反應來發電,A說法錯;核電站的核反應堆是利用可控的核裂變反應釋放核能的設備,B說法對;核能是指核裂變或核聚變時釋放出的能量,C說法對;核能會越用越少,不可能在短期內從自然界得到補充,所以它們屬于不可再生能源,D說法對,易錯警示】核能是使原子核分裂或重新聚合時所放出的巨大的能量,它與內能是完全不同的兩個概念,其屬性沒有可比性,即核能的大小與內能的大小沒有任何關系,3.(2011崇左中考)為緩解電力緊張的狀況,我國多措并舉

27、:合 理調煤保電、優化利用水能資源、開發利用新能源,近年來陸 續建成了一些核電站。如圖為核電站發電流程圖,在核電站發 電過程中,關于核能的獲取途徑與能量轉化順序,下列說法中正 確的是() 核反應堆 汽輪機 發電機 電 A.聚變;核能內能化學能電能 B.聚變;核能內能機械能電能 C.裂變;核能內能機械能電能 D.裂變;核能內能化學能電能,解析】選C。本題考查核能的獲取途徑及能量轉化順序。無論核裂變還是核聚變釋放的能量都是核能,利用核能加熱,生成高溫、高壓的水蒸氣,帶動汽輪機轉動,汽輪機帶動發電機發電,實現能量的依次轉化,選項C正確,4.(2011鹽城中考)太陽中蘊藏無比巨大的能量,下列說法正確的

28、是() A.太陽能是不可再生能源 B.太陽能的應用會嚴重污染環境 C.太陽能的應用具有廣闊前景 D.太陽能不能轉化成電能,解析】選C。本題考查太陽能的特點及利用。太陽能是一種既無污染,又取之不盡的能源,它既是可再生能源,又是新能源。它直接或間接向人類提供能量。人類直接利用太陽能的主要途徑有:太陽能直接轉化為內能,如太陽灶、太陽能熱水器等;太陽能直接轉化為電能,如太陽能電池;太陽能直接轉化為化學能,如植物的光合作用,5.(2013鎮江中考)下列說法正確的是() A.江蘇田灣核電站是利用核裂變方式來發電的 B.天然氣是可再生能源 C.太陽能熱水器中的水是通過做功來改變內能的 D.“永動機”是可以制

29、造出來的,解析】選A。本題考查能量和能源的利用。獲得核能的方式有核裂變和核聚變兩種,核聚變基本是不可控的,目前核電站都是利用核裂變方式來發電的,A正確;天然氣是不可再生能源,B錯誤;太陽能熱水器中的水是通過熱傳遞方式來改變內能的,C錯誤;“永動機”違反了能量守恒定律,是不可能制造出來的,D錯誤,易錯警示】(1)能源是一種物質,是一種可以提供某種形式能量的物質。 (2)能源和能量是兩個不同的物理量。能源是為人類提供能量的物質資源,而能量則是物體做功本領的一個量度,6.(2012南京中考)關于能量和能源的利用,以下說法正確的是() A.核電站是利用化學能來發電的 B.水能、風能和化石能源均是可再生能源 C.太陽能電池是把太陽能轉化為內能的裝置 D.電能可以使電燈發光,同時產生內能,而這些內能無法自動地轉化為電能,解析】選D。本題考查了能源的分類及能的轉化。核電站是利用核能發電的;化石能源短時間內不能再生,屬于不可再生能源;太陽能電池是把太陽能轉化為電能;由于能量的轉化具有方向性,故電能轉化為內能,而內能無法自動地轉化為電能,只能通過轉化為其他形式的能再轉化為電能,7.(2012徐州中考)在太陽