中考物理命题热点突破方法第二十一章《能源与可持续发展》.docx

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中考物理命题热点突破方法第二十一章《能源与可持续发展》

第二十一章能源与可持续发展

思维导图系统知识

中考透视明确航向

主要考查的知识点有：

一次能源和二次能源、可再生能源和不可再生能源；核能获取的途径；太阳能的来源和利用；能源与可持续发展等.考查的题型有填空和选择题.

考点梳理温故知新

一、能源

凡是能提供能量的物质资源叫做能源.

1．按能源产生的方式分类：

（1）一次能源：

可以从自然界直接获取的能源，如化石能源、风能、太阳能、地热能以及核能等．

（2）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，如电能、酒精、汽油、柴油等．

【温馨提醒】像煤、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，称为化石能源.

2．按人类开发早晚和使用情况分类：

（1）常规能源：

人类已经利用多年的能源，如煤、石油、天然气以及水能等．

（2）新能源：

人类近几年才开始广泛利用的能源，如核能、太阳能、潮汐能、地热能等．

3．从能源是否可再生分类：

（1）可再生能源：

指可以在自然界里源源不断地得到的

能源，如水能、风能、太阳能、生物质能等.

（2）不可再生能源：

指越用越少，不可能在短期内从自

然界得到补充的能源，如化石能源和核能等.

【温馨提醒】由生命物质提供的能量称为生物质能.

生物质能,就是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形式,即以生物质为载体的能量。

它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用,可转化为常规的固态、液态和气态燃料,取之不尽、用之不竭,是一种可再生能源,同时也是唯一一种可再生的碳源。

3.能源革命

（1）第一次能源革命：

钻木取火是人类从利用自然火到利用人工火的转变，标志着以柴薪作为主要能源的时代的到来.

（2）第二次能源革命：

蒸汽机的发明使人类以机械动力代替人力和畜力，人类的主要能源由柴薪向煤、石油、天然气等化石能源转化.

（3）第三次能源革命：

物理学家发明了可以控制核能释放的装置——反应堆，拉开了以核能为代表的第三次能源革命的序幕.

二、核能

1．概念：

由于原子核分裂和聚合而释放的巨大的能量．

2．获得核能的方式：

裂变和聚变．

（1）．裂变

①概念：

用中子轰击较大的原子核，使其变成两个中等大小的原子核，同时释放出巨大的能量，叫做裂变.例如，用中子轰击铀235（质量数为235的铀）时，铀核会发生裂变（如图）.

【温馨提醒】裂变释放的核能十分巨大，lkg铀235中的铀核如果全部发生裂变，释放出的能量相当于2500t标准煤完全燃烧放出的能量.

②链式反应：

铀核裂变时，还同时放出2—3个中子，放出的中子又可以轰击其他铀核，使它们也发生裂变.这样，裂变将不断地自行继续下去.这种现象叫做链式反应（如图）.

③核反应堆：

如果控制链式反应的速度，使核能慢慢地平稳地释放出来，就便于和平利用了.能够缓慢、平稳地释放核能的装置，叫做核反应堆.

【温馨提醒】如果对裂变的链式反应不加控制，在极短的时间内就会释放出巨大的核能，发生猛烈爆炸，原子弹就是根据这个原理制成的.

（2）．聚变

①概念：

较轻的核结合成较重的核，也能释放能量，这种现象叫做聚变.例如一个氘核（质量数为2的氢核）和一个氚核（质量数为3的氢核）结合时，就释放出核能（如图）.

②氢弹原理：

氢弹就是利用轻核聚变制成的.氢弹是一种比原子弹威力更为巨大的核武器.

【温馨提醒】太阳内部进行着大规模的聚变，释放的核能以电磁波的形式从太阳辐射出来，地球上的生物每天都享用着聚变释放出的能量；尽管核能是新能源，但生产核能的铀在地球上的贮量是有限的，所以核能也是不可再生能源.

（3）裂变和聚变的区别

比较

裂变

聚变（热核反应）

定义

较大原子核分裂为较小原子核

小原子核结合成

较大原子核

条件

中子轰击较大原子核

超高温

释放的核能

巨大

更加巨大

是否可控

裂变的链式反应可控

聚变目前不可控

应用

原子弹、核电站

氢弹、太阳内部爆炸

3.应用——核电站（核反应堆）：

（1）原理：

核反应堆裂变→高温高压蒸汽→汽轮机→发电机→电能。

（2）能流图：

核能→内能→机械能→电能

（3）核能应用的特点

（1）消耗的燃料少、废渣少。

（2）成本低,在一些发达国家核能已成为常规能源,我国的核电事业发展也很快。

（3）特别适合缺少煤、石油和水力资源的地方。

（4）需防止放射性物质的泄漏,避免放射性污染,确保安全。

（5）核电站使用过的核燃料——核废料,由于具有放射性,一般深埋在人烟稀少的地方。

三、太阳能

1．产生和辐射：

太阳内部的大量氢原子核发生聚变，释放出巨大的核能，以光和热的形式向四周辐射开去．

【温馨提醒】太阳是人类能源的宝库：

如化石能源，从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能；地球上的风能、水能.生物质能等都是来源于太阳.

2．利用方式：

（1）间接利用：

开采化石燃料来获取能量，是间接利用存贮在化石燃料中的太阳能．

（2）直接利用的两种方式：

①将太阳能转化为内能，如太阳能热水器、太阳灶等；

②将太阳能转化为电能，如硅光电池、光伏发电等．

3．优点：

十分巨大、供应时间长、分布广阔、获取方便、安全、洁净、不污染环境.

四、能源和可持续发展

1．能量的转化和转移具有方向性、不可逆的。

2.能源的可持续发展:

（1）提高能源的利用率,减少能源使用对环境的破坏。

（2）发展新的理想能源。

3.不可再生能源:

消耗后不能在短期内从自然界得到补充的能源。

如化石能源、核能等。

4.可再生能源:

可以从自然界源源不断地得到的能源。

如风能、太阳能、水能等。

5．环境影响：

大量燃烧化石能源势必造成空气污染和温室效应的加剧；过分依靠柴薪能源会加剧水土流失和沙漠化．

6．未来的理想能源应满足的条件：

（1）必须足够丰富，可以保证长期使用；

（2）必须足够便宜，可以保证多数人用得起；

（3）相关的技术必须成熟，可以保证大规模使用；

（4）必须足够安全、清洁，可以保证不会严重影响环境．

典例探究提炼技法

考点二、能源的种类辨析

【例1】：

（2017•阜新）下列有关能源的说法正确的是（　　）

A．石油是可再生能源B．核能是不可再生能源

C．电能是一次能源D．太阳能是二次能源

【例2】：

（2017•苏州）2017年5月，我国首次海域“可燃冰”试采成功．“可燃冰”分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，是由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质，主要成分为甲烷．“可燃冰”属于（　　）

A．化石能源B．常规能源

C．清洁能源D．可再生能源

考点二、核能

【例3】：

（2017•绵阳）目前世界上很多国家把核能发电当做解决能源危机的主要措施．下列关于核能的认识，正确的是（　　）

A．核能是可再生能源

B．核能发电是利用原子核裂变释放的核能

C．核能发电是利用原子核聚变或裂变释放的核能

D．核能发电释放核能的过程与原子弹爆炸释放核能的过程相同

【例4】：

（2017•福建）为缓解电力紧张的状况，我省正在加大核电站的建设．下列说法正确的是（　　）

A．核电站将核能最终转化为电能

B．核反应堆中发生的是不可控制的核裂变

C．核能发电使用的燃料是天然气

D．核电站利用的核能属于可再生能源

考点三、太阳能及其利用

【例5】：

（2018•葫芦岛）2018年，我国在“人造太阳”的项目中取得重大突破．如图是实验室内的场景．“人造太阳”是利用氢核（选填“裂”或“聚”）变来获得巨大能量的．利用“人造太阳”发电可缓解电力紧张，电能是（选填“一次”或“二次”）能源．

例5图例6图

【例6】：

（2018•陕西）图示为一种新型薄膜太阳能电池，厚度只有几微米，可弯曲，1g薄膜太阳能电池1h可提供6×10-3kW•h的电能，它可以贴在玻璃上，制成太阳能发电窗户，下列说法正确的是（　　）

A．太阳能不是清洁能源

B．太阳能从太阳传递到薄膜电池上没有能量损失

C．薄膜太阳能电池将电能直接转化为光能

D．1g薄膜太阳能电池1h可提供2.16×104J的电能

考点四、太阳能热水器的热（光电）转化效率计算

【例7】：

（2017•广西）如图所示是某太阳能热水器，水容量为100L，该热水器在冬季有效日照时段里，平均每平方米的面积上每小时接收的太阳能约为2.8×106J，若该热水器接收太阳能的有效面积为1.5m2，每天日照时间按8h计算，若这些太阳能能使装满水的热水器中的水温从20℃升高到60℃[水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），水的密度为1.0×103kg/m3]，求：

（1）热水器中水的质量；

（2）一天内热水器中的水吸收的热量；

（3）热水器在冬季的效率．

【例8】：

（2018•毕节市）如图是我市新农村建设中一道靓丽的风景﹣风光互补路灯，“有风无光”风力发电机发电，“有光无风”太阳能电池板发电，二者皆备时同时发电，并日夜蓄能，某型号的该路灯额定功率为50W，太阳能电池板的面积为1m2，平均输出功率为100W，问：

（1）某“幸福村寨”安装这种“风光互补路灯”100盏，如每天路灯正常工作10h，一月（30天）消耗的电能是多少？

这些电能相当于完全燃烧多少千克的煤所放出的热量？

（煤的热值为3.4×107J/kg）（结果保留一位小数）

（2）若太阳能照射到电池板的辐射功率为800J/（s•m2）（1s内辐射在1m2上的太阳能为800J），则太阳能电池板的光电转化效率为多少？

（3）从物理学的角度说出这种“风光互补路灯”的优点有哪些？

（答两点即可）

考点五、能源与可持续发展

【例9】：

（2017•郴州）2017年6月2日美国总统特朗普宣布退出《巴黎协定》．但节能减排、保护环境是全人类的共同责任．日常生活中以下做法合理的是（　　）

A．随意把废旧电池丢到垃圾桶中

B．家中的电视机可以长时间处于待机状态

C．为了节能减排、保护环境，郴州市决定关停所有高能耗、高污染的工厂

D．废水直接排放到江河

【例10】：

各种形式的能量都不是孤立的，它们可以在一定条件下发生转化，且能量的转化是有方向的，下面几幅图按能量转化的顺序，排列正确的是（　　）

A．①②③④B．②③④①

C．②①③④D．①③④②

对点实战诊断达标

1．（2017•怀化）2017年5月10日，我国在南海成功试采“可燃冰”，“可燃冰”是CH4与水在低温高压下形成的一种天然气水合物，是一种储量丰富、高热值、环保的新能源．它属于（　　）

A．可再生能源B．不可再生能源

C．生物质能源D．二次能源

2．（2018•枣庄）太阳能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（　　）

3.（2018•厦门）与世界能源结构相比，我国目前的能源结构存在不足，如图所示，以下措施有利于优化我国能源结构的是（　　）

A．继续发挥产煤大国的优势

B．减小石油和天然气的比重

C．严控核能、水电能的开发

D．加大可再生资源的开发利用

4．（2017•云南）可以直接从自然界获得的能源叫一次能源，必须通过消耗一次能源才能获得的能源叫二次能源，石油、风能、天然气、煤、电能等能源中，属于可再生能源的是　　，属于二次能源的是　　．

5．（2017•黑龙江）南海地区蕴藏着大量化石能源，如天然气和可燃冰．据报道：

近期我国对可燃冰的试开采已经取得了初步成功，引起世界瞩目．可燃冰属于　　（选填“可再生”或“不可再生”）能源．北方山地区域，风力发电机随处可见，则电能属于　　（选填“一次”或“二次”）能源．

6．（2017•菏泽）核电站发电流程如图所示，其能量转化过程为：

核能→内能→　　能→电能．

7．（2017•广西）广西金沙核电站建成后，将造福广西民众．核电站最后输出的是　　能；核能属于　　（选填“可”或“不可”）再生能源．

8．（2017•长沙）2017年5月，我国在南海北部神狐海域进行的可燃冰试开采获得成功．我国可燃冰的总资源是常规天然气、页岩气资源总和的两倍，它与天然气、石油一样，都是

　　（选填“可再生”或“不可再生”）能源；可燃冰燃烧时将化学能转化成为　　能．

9．（2018•营口）如图所示是太阳能LED照明路灯，LED是一种发光二极管，可以把电能直接转化成　　能，太阳能是　　（选填“可再生”或“不可再生”）能源，它是太阳内部氢原子核发生　　（选填“裂变”或“聚变”）时释放出的核能．

10．（2018•宜昌）人类目前直接利用太阳能的方式主要有两种，一种是把太阳能转化为　　能，如太阳能热水器；另外一种是把太阳能转化为　　能，如光伏发电．

11．（2017•河池）风力发电机将风能转化为电能，风能属于　　再生能源．若一台风力发电机一天发电9.2×109J，这些能量相当于完全燃烧　　kg的汽油放出的热量（q汽油=4.6×107J/kg）．

12．（2017•黄石）某品牌太阳能热水器内装有50kg的水，阳光照射一段时间后，热水器中的水从15℃升高到55℃，热水器中的水吸收的太阳能为　　J；同样的水改用电加热，则消耗的电能为　　KW•h[已知水的比热容C水=4.2×l03J/（kg•℃），热水器热散失忽略不计]．

13．（2017•鄂尔多斯）近几年我市蔬菜价格逐年攀升，但种植蔬菜的大棚逐年减少，小刚想利用所学的知识对大棚进行节能改造，查询资料可知，本地区冬季太阳能集热管每平方米面积上平均每天可接收的太阳能是1.7×107J．用300m2集热管接收的太阳能代替煤，煤的热值是3×107J/kg，平均一个星期可节约煤　　t（煤完全燃烧）．太阳能为　　（选填“一次能源”或“二次能源”）

14．（2017•宜昌）2017年3月10日，我国在南海海底开采出天然气水合物，俗称“可燃冰”，它是由天然气和水在高压低温的条件下形成的类冰状结晶物质，可燃冰能量密度大，1m3的可燃冰释放出约0.8m3的水和164m3的天然气，可燃冰是　　（选填，可再生、不可再生）能源，它的“能量密度大”是指它的　　选（填密度、内能、热量、热值）大．

15．（2017•营口）太阳能属于　　（选填“一次”或“二次”）能源，利用太阳能的方式主要有两种，一种是用集热器加热，如某台太阳能集热器在天气晴好时，一天可以吸收5.2×107J的热量，这相当于完全燃烧　　m3的煤气释放的热量；另一种是用太阳能电池将太阳能转化为　　．（煤气的热值为4.0×107J/m3）

16．（2017•柳州）太阳能是个巨大的能源，直接利用太阳能不会污染环境，太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置，假如太阳能热水器内盛有200kg、25℃的水，在阳光的照射下水温升高到75℃，已知水的比热容c水=4.2×103J/（kg•℃）．

（1）太阳能热水器内水的温度变化了多少℃？

（2）这些水吸收的热量是多少J？

（3）若用干木柴来加热这些水升高到相同温度，干木柴完全燃烧放出的热量全部被水吸收，则需要多少干木柴？

（已知干木柴的热值为q=1.2×107J/kg）

17．（2018•广安）当今太阳能热水器已经在广安城乡用得非常普遍了，如图所示．已知某太阳能热水器在冬季有效日照时段里，能将8℃、100L水加热到38℃．请解答：

[水的比热容为4.2×103J/（kg℃），水的密度为1.0×103kg/m3]

（1）太阳能属于　　能源？

（选填“一次”或“二次”）

（2）热水器中水的质量是多少？

（3）在此过程中，水吸收了多少热量？

（4）若此期间太阳辐射到热水器的热量为4.2×107J，则该热水器的效率是多少？

综合拓展升华能力

18．（2017•攀枝花）能源、信息和材料是现代社会发展的三大支柱，关于能源、信息，下列说法正确的是（　　）

A．太阳能是不可再生能源

B．石油作为当今世界的主要能源，是可再生能源

C．手机通信是利用电磁波来传递信息的

D．“北斗”导航是利用超声波进行定位和导航的

19．（2017•邵阳）关于能源、电磁波与信息技术的说法正确的是（　　）

A．太阳能、风能、天然气是可再生能源

B．光纤通信主要利用电信号传递信息

C．手机既能发射电磁波也能接收电磁波

D．卫星导航系统主要靠超声波来传递信息

20．（2018•聊城）太阳能热水器是把太阳能转化为内能的设备之一．某品牌太阳能热水器每小时平均接收4.2×106J的太阳能，在5小时的有效照射时间内，将热水器中质量为100kg、初温为26℃的水，温度升高到46℃．求：

（1）热水器中的水吸收的热量Q吸；[水的比热容c=4.2×103J/（kg•℃）]

（2）热水器5小时有效照射内接收到的太阳能E；

（3）热水器5小时有效照射内接收到的太阳能，相当于完全燃烧多少m3的天然气放出的热量？

（天然气的热值q=7×107J/m3）

21．（2017•黑龙江）由于化石能源长期大规模开采，不久的将来会消耗殆尽，所以开发新能源、更好的利用已知能源，是全球范围内的重要课题．人们根据生活需要制成了一种新型太阳能热水器，晴天可利用太阳能集热，阴雨天可用电辅助加热．小荣家新安装了一台这种热水器，铭牌如下图．

请解答下列问题：

（1）太阳能热水器贮满水，水温从20°C升高到50°C时，需要吸收多少热量？

（2）用电加热时，热水器正常工作的电流为多少？

（结果保留1位小数）

（3）贮满水的热水器，阴雨天时，也要使水温从20°C升高到50°C，其中50%的热量由电能辅助提供．若不计热量损失，热水器正常工作需要加热多长时间？

额定电压220V

容积100L

额定功率2000W

频率50Hz

22．（2017•宜昌）“共享单车”普及后．王老师由原来开汽车上班改成骑“共享单车”上班，如图所示的“共享单车”，它具有GPS定位功能，方便人们用手机寻找到附近“共享单车”的具体位置，它的前货仓底板是一个太阳能电池板，为GPS功能供电．

（1）太阳能电池板工作时，把光能转化为　　能．GPS工作是靠　　来实现定位的．

（2）王老师上班骑车的平均速度为15km/h，骑行时间为20min，比以前开汽车走相同的路上班要减少二氧化碳排放多少千克？

（王老师开汽车上班的油耗为10L/100km，燃烧IL汽油要排放二氧化碳2.4kg．）

参考答案与解析

例1.B解析：

A、煤、石油、天然气等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，故A错误；B、核能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，故B正确；C、电能是由其他能源转化来的，属于二次能源，故C错误；D、一次能源是指可以从自然界直接获取的能源，太阳能是一次能源，故D错误．

例2.C解析：

可燃冰主要成分为甲烷，燃烧时生成水和二氧化碳，不会污染环境，属于清洁能源；可燃冰属于新能源、不属于常规能源；“可燃冰”属于清洁能源，不属于化石能源（化石能源燃烧有污染）；使用后不能再生，属于不可再生能源；故C正确、ABD错．

例3.B解析：

A、核能不是可再生能源，故A错误；B、核电站是利用原子核裂变释放的能量来发电的，故B正确；C、核能发电是利用原子核裂变释放的核能，氢弹是利用轻核的聚变制成的，故C错误；D、核电站和原子弹都是利用裂变的链式反应释放出巨大能量的原理制成的，其中在核电站中链式反应的速度和规模是人为控制的，而原子弹的裂变过程是不加控制的，故D错误．

例4.A解析：

A、核电站先将核能转化为内能，再通过汽轮机将内能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能，故A正确；B、核反应堆中发生的是可控的核裂变，故B错误；C、核电站使用的就是核燃料，而不是天然气，故C错误；D、核能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，故D错误．

例5.聚；二次．解析：

“人造太阳”是利用氢原子核发生聚变时，释放出的核能；电能是消耗其它能源经过加工转换来的，属于二次能源．

例6.D解析：

：

A、太阳能清洁环保无污染，所以A错误；B、太阳能从太阳传递到薄膜电池上有一定的效率，所以有能量损耗，所以B错误；C、薄膜太阳能电池将光能直接转化为电能，所以C错误；D、可根据题目已知条件“1g薄膜太阳能电池1h可提供6×10-3kW•h的电能”进行单位换算得出以焦耳为单位的电能数值，6×10-3kW•h=6×10-3×3.6×106J=2.16×104J，D正确．

例7.解析：

（1）热水器中水的体积V=100L=100dm3=0.1m3，由ρ=

得水的质量：

m=ρV=1×103kg/m3×0.1m3=100kg；

（2）一天内热水器中的水吸收的热量：

Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×100kg×（60℃﹣20℃）=1.68×107J；

（3）一天内热水器接收太阳能的能量：

E=2.8×106J/（m2•h）×1.5m2×8h=3.36×107J，

热水器在冬季的效率：

η=

﹣

×100%=50%．

答：

（1）热水器中水的质量为100kg；

（2）一天内热水器中的水吸收的热量1.68×107J；

（3）热水器在冬季的效率为50%．

例8.解析：

（1）安装100盏这种“风光互补路灯”的总功率：

P=100P1=100×50W=5000W=5kW，

正常工作一月（30天）的总时间：

t=30t1=30×10h=300h，由P=

得，安装100盏这种路灯一月（30天）消耗的电能：

W=Pt=5kW×300h=1500kW•h=5.4×109J，由题意知，煤完全燃烧所放出的热量Q放=W=5.4×109J，由Q=mq得，需要完全燃烧的煤的质量：

m=

=

≈158.8kg

（2）太阳能照射到电池板的辐射功率为800J/（s•m2）（即：

1s内辐射在1m2上的太阳能W太=800J），由P=

得，电池板1s内平均输出电能：

W电=P输出t=100W×1s=100J，

则太阳能电池板的光电转化效率：

η=

×100%=

×100%=12.5%

（3）风光互补发电机，将风能和太阳能转化为电能，所以利用的是太阳能和风能，

使用这些能源的优点是节约能源、清洁、无污染、可再生、保护环境，且易安装等．

答：

（1）一月（30天）消耗的电能是5.4×109J；这些电能相当于完全燃烧158.8千克的煤所放出的热量；

（2）太阳能电池板的光电转化效率为12.5%；

（3）从物理学的角度说出这种“风光互补路灯”的优点有：

节约能源、清洁、无污染、可再生、保护环境，且易安装等．

例9.C解析：

A、将废旧电池随手丢到垃圾桶中，会污染水体和土壤，不利于环境保护．故A不合理；B、电视机处于待机状态时仍有部分元件在工作如指示灯，电路中会有电流，由电功公式W=UIt可知就会消耗电能．故B不合理；C、关停高能耗、高污染的工厂，既可以节能减排，也可以保护环境．故C合理；D、废水直接排放到江河中，会污染水资源，所以不利于环境保护．故D不合理．

例10.C解析：

各种形式的能量都不是孤立的，它们可以在一定条件下发生转化，且能量的转化是有方向的，地球上所有能量直接或间接来自于太阳能，所以下列能量的转化顺序为：

太阳--树林--燃煤电厂--空调．

1.B．解析：

可燃冰在短时期内不能形成，属于非可再生资源，可燃冰属于矿物质能源，属于一次能源，故B正确．

A．图甲中，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

2.A．解析：

A、绿色植物的光合作用是将光能转化为化学能，储存在植物体内，故A正确；

B、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