初三物理学案能源与可持续发展.docx

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初三物理学案能源与可持续发展

第十八章能源与可持续发展

一、能源利用与社会发展

学习要求

1．通过实例，了解能源与人类生存和社会发展的关系。

2.通过实例了解能量及其存在的不同形式，认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以相互转化。

3.了解一次能源和二次能源、不可再生能源与可再生能源的特点。

学习指导

1．能源：

凡是能够提供能量的物质资源都叫做能源。

能源是人类进行生产、生活必可少的重要物质基础。

能源是一种物质，这种物质能够提供能量，如煤具有化学能，燃烧能提供内能。

能源不是能量，能量与功有密切联系。

一个物体能够做功，我们就说它具有能量，能量的变化可以用做功的多少来衡量。

2．能源的分类：

在种类繁多的能源中，依据不同的分类标准。

（1）从能源产生方式分类：

分为一次能源与二次能源。

（2）从能源是否可以再利用分类：

分为不可再生能源与可再生能源。

（3）从能源使用时间长短来分类：

分为常规能源与新能源

（4）从能源使用时对环境是否有污染来分类：

分为清洁能源与非清洁能源。

典型范例

例1．下列各实例中，不属于能源的是（）

A.长江水B.柴油机C.液化气D.地下热水

精析：

长江水不断流动具有动能和势能，能够推动水轮机来发电，所以是能源；液化气燃烧能释放大量热能，可供暖做饭；地下热水有一定温度，具有一定的内能；而柴油机是能量转化装置，本身没有能量，因此它不是能源。

全解：

本题应选B。

点评：

物质是否是能源关键要看物质本身是否能够提供能量，如果能够提供就是能源。

例2.下列各项中的能源与其分类对应正确的是（）

A.电能、风能、太阳能——一次能源

B.核能、电能——二次能源

C.化石能源、核能——不可再生能源

D.风能、太阳能、核能——可再生能源

精析：

A项中的电能是通过消耗一次能源获取的，属二次能源，故A错；B项中的核能是可以直接从自然界获取的能源，属一次能源；故B错；C项中的化石能源，核能都不可能在短期内从自然界得到补充，属于不可再生能源，故C正确；D项中核能属于不可再生能源，故D错。

全解：

本题应选C。

点评：

按能源的两种划分标准来分析，但注意不要把两种标准混淆，两种能源的划分是按不同标准来划分的，有的一次能源是不可再生能源，也有的一次能源是可再生能源。

不能认为所有的一次能源都是不可再生的。

活动与探究

在下面的事物列表中，有三种事物在某些方面与其余三种有所不同。

请你将这样的三个事物挑选出来，并解释为什么它们与其余三种不同？

石油太阳光风力煤炭天然气潮汐

（1）你挑选的是___________________________。

（2）与其余事物不同的原因是。

思考与练习

一、填空题

1．可以直接从自然界获得的能源称为“一次能源”，例如：

、、

、等。

2．有时候，人们还把能源分为“可再生能源”和“不可再生能源”。

所谓“可再生能源”的特点是__________________，例如__________能、_________能等；所谓“不可再生能源”的特点是_________________，例如_________能、___________能等。

二、选择题

3．下列说法正确的是（）

A.化石能源是二次能源B.地热能源不是一次能源

C.太阳能是新能源D.天然气是清洁能源

4．下列能源中属于新能源的是（）

A.化石燃料、水能、风能B.核能、太阳能、潮汐能、地热能

C.化石燃料、潮汐能、地热能D.太阳能、化石燃料、核能

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煤的用途

煤作为燃料，是天经地义的事情。

近几十年来，随着社会的发展和科技的进步，人们发现煤浑身是宝，不仅是一种重要能源，而且是一种十分重要的有机化工原料。

“煤气三兄弟”中变质程度最深的是无烟煤，它的发热量最高、火力强、烟尘很少、燃烧后灰渣不多，是一种很好的燃料。

烟煤虽说变质程度比无烟煤差，发热中等，却是三兄弟中最有出息的，不仅可以用来炼钢铁，而且还可以被汽化、液化用于生产和生活的许多方面；褐煤变质程度最差，发热最低，却是很好的化工原料。

把煤放到炼焦炉里，隔绝空气，加热到1000℃左右时，可得到焦炭、煤焦油和焦炉气等产品，焦炭可用于生产煤气、电极、合成氨、电石等，电石除了照明、切割和焊接外，还是生产塑料、纤维、橡胶的重要化工原料。

焦炉气是气体燃料和化工原料。

煤焦油是制造染料、香料、合成橡胶、塑料、合成纤维、农药、化肥、炸药、洗涤剂、除草剂、溶剂、沥青、油漆、糖精、卫生球等的“原料仓库”。

就连燃烧煤过程中产生的硫的氧化物也可用来生产出优质硫酚，煤灰和煤渣，可用来制造水泥等建筑材料。

噢！

从煤里竟能得到这么多宝贝，怪不得它被人们誉为“万能的原料，黑色的金子”呢！

二、核能

学习要求

1．知道核能，裂变和聚变。

2．了解核能的优点和可能带来的问题。

学习指导

1．核能：

由于原子核的变化而释放的巨大能量。

2．裂变：

一个原子核分裂成两个或多个较轻的原子核的反应叫做裂变。

聚变：

将两个质量较小的原子核在超高温下结合成新的原子核，会释放出惊人的能量，这就是聚变也称为热核反应。

链式反应：

用中子轰击铀235原子核，铀核分裂释放出核能，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，并释放出大量核能。

3．核电站：

利用核能发电的电站叫做核电站。

已建成的核电站是利用重原子核裂变释放的能量发电，它主要由核反应堆、热交换器、汽轮机和发电机等组成。

核电站具有消耗的燃料少、运输量小、成本低、功率大的特点，但须防止放射性物质泄漏，避免放射性污染，确保安全。

典型范例

例1．关于原子核的组成，下列说法中正确的是（）。

A．原子核是由质子和电子组成的

B．原子核是由质子和中子组成的

C．原子核是由中子和电子组成的

D．原子核是由质子、中子和电子组成的

精析：

原子核是由质子和中子组成的，质子带正电，中子不带电，故A、C错误，B项正确；D项中质子、中子和电子组成的不是原子核而是原子，故D错误。

全解：

本题应选B。

点评：

正确掌握原子和原子核的结构，理解原子和原子核的特性，是解决本题的关键。

不要把原子的结构和原子核的结构搞混。

例2.对于裂变及链式反应，利用我们现在的条件无法进行实验，以便进行观察和研究，但可以用如图18-1所示的实验进行模拟，这种研究物理问题的方法叫法，链式反应释放的能量如果让其，就可以被我们进行和平利用，如果就可以用来制造原子弹。

精析：

链式反应的过程与如火柴

模型点燃过程相似，用图示方式来研

究，直观、形象地描述链式反应的过

程，所采用的是类比法。

对裂变过程

的能量释放如果不进行控制，就会发

生猛烈的爆炸，这就是原子弹的基本

原理。

全解：

类比，缓慢释放，不控制。

点评：

用相似的现象去研究不便直接研究的现象，这样的方法叫做类比法。

这种方法更加形象、直观，使人们便于掌握和理解比较深奥的物理现象或物理本质。

活动与探究

如图18-2为远距离输电系统示意图，请回答下列问题：

（1）发电机的能量转化是；

（2）民用电的能量转化是；

（3）日常生活中要注意用电安全，请写出两条安全用电的原则：

①；

②。

思考与练习

一、填空题

1．用中子轰击铀235，铀核会分裂成大小相差不是很大的两部分，这种质量较大的原子核分裂成两个或两个以上中等质量核的过程叫做。

在这样的过程中，同时释放出大量的能。

2．获得核能的两条途径是和。

图18-1

二、选择题

3．现阶段核电站利用的核反应是（）A．聚变B．裂变

C．热核反应D．化学反应

4．目前人类对核能不是和平利用的有（）

A．利用放射性检查金属内部有无砂眼和裂痕

B．利用核能发电

C．利用放射性治疗恶性肿瘤

D．制造原子弹、氢弹

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发展核电的必要性

我国虽然有丰富的煤炭、水力和石油资源，但由于我国人口众多，人均拥有量并不多，而且资源分布很不均匀：

水力资源70%分布在西南地区，煤炭已探明的储量80%分布在北方；南方人口占全国63%，能量消耗约占全国65%，而核电站具有消耗“燃料”少、成本低等特点，只需要很少的核燃料就能产生大量的电能；核电站发1KW·h的电能的成本要比火电站低20%以上，因此，为消除我国能源储藏与消耗上的不平衡，在华东、华南等地区发展核电站是迫切需要的。

三、太阳能

学习要求

1．能从能量转化、转移的角度认识太阳能的转化和利用。

2.通过实例，说出不同能源的特点。

3.调查当地使用的能源，如水能、风能、太阳能、燃料的化学能或核能等，及其对当地经济和环境的影响。

学习指导

1．太阳是离地球最近的一颗恒星，是一个不断地进行核聚变反应的巨大的炽热的球体。

2．太阳能是人类能源的宝库，地球上几乎所有的能源都来自于太阳。

它不仅包括直接投射到地球表面上的太阳辐射能，还包括由它所引起的水能、风能、生物质能等。

现在广泛开采并使用的石油、天然气和煤等化石燃料，也都是来自太阳能。

除核能、地热能和潮汐能以外的所有能量，几乎都来自于太阳。

3．太阳能的间接利用：

如利用化石燃料、水能、风能、生物质能等。

太阳能的直接利用有两种方式：

①用集热器把水等物质加热；②用太阳能电池把太阳能转化成电能。

太阳能分布广泛，获取方便，处处可以利用，无需开采、运输。

而且太阳能安全、清洁，开发利用时不会污染环境。

典型范例

例1．太阳每时每刻都在释放大量的能量，这些能量来自（）

A．太阳内部电能转化为内能的过程B．太阳内部大规模核裂变的过程

C．太阳内部大规模核聚变的过程D．太阳内部可燃性物质的燃烧过程

精析：

在太阳内部，氢原子核在超高温下发生聚变，释放出巨大的能量，这些能量向外扩散，经过数千年的时间传递到太阳表面，太阳表面温度约6000℃，就像一个高温气体组成的海洋，大部分太阳能以光和热的形式向四周辐射。

全解：

本题应选C。

点评：

太阳内部时刻进行着核聚变，与氢弹原理相同，也就是说在太阳内部每时每刻都在猛烈地发生着氢爆炸。

例2.下列关于太阳能的开发与利用的说法中，错误的是（）A．太阳能是可供人类利用的一种新能源，它是一次能源

B．太阳能分布广泛，获取方便，处处可以利用

C．太阳能安全、清洁，利用太阳能不会给环境造成污染

D．太阳能巨大且取之不尽，用之不竭，可以不需要开发别的新能源

精析：

太阳能是一种新能源，由自然界直接提供，属于一次能源；选项B，C指出了太阳能的一些优点，说法是正确的；太阳能虽然巨大且持久，但在利用上，仍存在技术上的难题，不能满足我们的生产、生活需要。

为了经济长足发展，必须努力开发新能源。

全解：

本题应选D。

点评：

目前在利用太阳能方面存在着以下困难：

①分散，不便于集中；②功率变化较大，不稳定；③利用时，转化效率较低。

活动与探究

太阳能热水器可直接利用吸收来的太阳光的热量来加热，它具有环保、节能的优点。

对市场调查后不难发现，各种品牌的太阳能热水器的表面都是黑色的，难道物体吸热的本领与颜色有关？

对此，我们可以猜想：

颜色越深，物体吸热的本领就越强。

（1）为了验证此猜想，现设计了如下实验步骤，请你补充完整。

①选用四个的容器，分别涂上黑、红、黄、白不同颜色；

②在容器中加入温度和体积均相同的水，并同时放到阳光下照射，每隔15min，测量一次各容器中水的温度值；

③将测量的结果记录在事先准备好的表格中，进行分析论证。

（2）若上述猜想得到了证实，请分析企鹅背部的黑色羽毛对它生存有利的一面。

（3）海南岛的地理纬度较低，阳光充足，但在海口市却很少见到有用太阳能热水器的用户，其原因可能是什么？

（写出2条即可）

思考与练习

一、填空题

1．太阳能具有以下几个特点：

太阳能十分；太阳能提供时间长久；太阳能分布；获取；太阳能、，不会给环境带来污染，这些特点促使人们对直接利用太阳能日益感兴趣，但是充分利用太阳能也有一定困难，因为太阳能虽然巨大，但它太；太阳能射到某地的功率。

2．为了使2008年的北京奥运会真正成为绿色奥运会，北京将充分利用能和能等新能源，为奥运会部分场馆的照明和空调提供动力。

二、计算题：

3．太阳能热水器有经济、安全、卫生、环保、节能等优点，

如图18-3所示为一种太阳能热水器，该热水器上的有效采光面积

为3m2，能在8h内将225L水的温度升高40℃，设热水器每平方

米面积每秒钟接收太阳辐射能为1.4×103J。

求：

该太阳能热水器所接收的太阳能为多少？

水升温吸收的

热量为多少？

[计算结果保留两位有效数字，水的比热容为c＝4．2×103J/（kg·℃）

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塑料日光温室

塑料日光温室（简称塑料大棚）已在广大农村地区普遍推广使用，大棚蔬菜生产成为了宁夏农村脱贫致富的一个支柱产业。

不同的蔬菜以及同种蔬菜的不同生长期对温度、光照、湿度等有不同的要求，如韭菜生长的适宜温度范围为12℃~29℃。

塑料大棚可在人工控制下，对大棚内的温度、光照、湿度气体等因素进行调节，形成适宜于蔬菜作物生长的小气候、小环境。

对大棚内有关因素的调控是否适当，直接影响大棚蔬菜的产量和质量，关系到农户的经济效益。

四、能量转化的基本规律

学习要求

1．知道能量守恒定律。

能举出日常生活中能量守恒的实例。

有用能量转化与守恒的分析物理现象的意识。

2.初步了解在现实生活中能量的转化与转移有一定的方向性。

3.讨论和分析两个具体的永动机设计方案，说明永动机是不可能的。

学习指导

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另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化或转移的过程中，其总量保持不变。

能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。

一切有能量转化或转移的场合，大到宇宙、小到原子核内部，也不论是生物、化学还是物理、地质现象，都遵守能量守恒定律。

自然界中能的总量保持不变，但是对于某一物体可能改变。

2．能量转化和转移的方向性：

热量只能从高温物体转移到低温物体，不能相反，具有方向性，否则就要消耗其他的能。

不是什么能源都可以利用，能源的利用是有条件的，也是有代价的，有的东西能成为能源，有的则不能。

虽然能量在转化和转移的过程中是守恒的，但具有方向性，因此我们一定要节约能源。

典型范例

例题市场经济的今天，一些厂商一改过去“酒香不怕巷子深”的做法，纷纷对产品进行广告宣传。

可是有些厂商在广告上弄虚作假，夸大其词，欺骗消费者。

如某品牌电热水器这样写道：

“我厂电热水器功率只有55W，烧开一瓶水只需5min，节钱省电，最适合普通家庭使用。

”这则广告可信吗？

精析：

电热水器烧开水，是电能转化为热能被水吸收的过程。

方法一：

根据题意求出电热水器所产生的热能，再利用热量公式，算出这些热量能够烧开多少质量的水，与事实进行比较，判断信息是否可信；方法二：

先求出电热电热水器所产生的热能，再估算出烧开一瓶水所需要的热量，两者进行比较，判断信息是否可信，判断的依据是能量守恒定律。

全解：

方法一：

电热水器产生的热能为W=Pt=55W×5×60s=1.65×104J。

假设一般情况下烧开水是把水从20℃加热到100℃，则这些热量可以烧开的水的质量m＝

＝

＝

＝0.049kg。

一瓶水的质量远大于0.049kg，故信息不可信。

方法二：

电热水器产生的热能为W=pt=55W×5×60s=1.65×104J。

假设一般情况下一瓶水的质量为2kg，烧开水是把水从20℃加热到100℃，则一瓶水烧开所需要的热量Q=cm△t=4.2×103J/（kg·℃）×2kg×（100℃-20℃）=6.72×105J。

由此可见电热水器产生的热量不能烧开一瓶水，故信息不可信。

点评：

在很多情况下，我们对某些物理量大小要求并不是非常精确，运用估算法可以轻松解决问题。

通过本题使我们进一步理解了能量守恒定律。

活动与探究

下面是生活中的一些现象：

A.行驶的汽车刹车后滑行一段距离停下来；B.从树上掉下的苹果下落得越来越快；C.足球运动员头顶飞来的球，球飞出去；D.举重运动员用力将杠铃从地面举起来。

（1）试分别说出这些现象所对应的理物过程；

（2）根据以上四个现象所对应的物理过程概括一个结论。

思考与练习

一、填空题

1．能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一，是人类认识自然、利用自然、保护自然的有力武器。

由能量守恒定律可知：

能量既不会凭空消失，也不会凭空___________，它只会从一种形式___________为其他形式，或者从一个物体_________另一个物体，而在_____________和______________过程中，能量的总量保持_____________。

2．能量的转化和转移具有性，如在热传递中，物体将热量传递给物体。

3．2005年6月3日《场子晚报》报道，6月2日10时30分，江苏全省负荷达2482.9万千瓦，创历史最高。

有关人士呼吁请社会有序、有效用电，做好节约用电工作。

就家庭、学校和社会如何节约用电，请你提出两条合理化建议：

（1）___________________________；

（2）_______________________________。

二、选择题

4．火电站进的是煤，出的是电。

在这个过程中能量的转化是（）

A.机械能→内能→化学能→电能B.化学能→内能→机械能→电能

C.化学能→重力势能→动能→电能D.内能→化学能→机械能→电能

5．学习了“能量的转化和守恒”的知识后，同学们提出了下面一些关于利用和开发能源的建议，其中不可行的是（）

A.我国煤炭资源丰富，应研究并采用如何让燃料充分燃烧，以减少热量损失的措施

B.应加快进行将内能充分转化为电能的研究，以减少内能在多次转化过程中的损失

C.我国应进一步开发利用江河水利资源

D.随着资源的不断消耗，应研究出一种既可以不消耗能量，又能不断对外多做功的机器

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“神舟”三号

2003年4月1日，“神舟”三号航天飞船在内蒙古成功着陆，据航天专家披露，在该飞船上进行的拟人载荷试验达到预期效果。

为了验证飞船能否满足载人的要求，科学家采用了人体代谢模拟装置，在该置能“呼吸”，会“出汗”，其耗氧量、产热量、代谢量和真人一样，飞船座舱内的环境控制系统和生命保障系统是靠模拟装置控制的，地面监控系统只要测试该模拟装置的心电、血压、呼吸、体温、温度等生理指标，就可以验证飞船座舱内能否满足载人的医学要求。

五、能源与可持续发展

学习要求

1．通过能量的转化和转移，认识效率。

2.了解世界和我国的能源状况，对于能源的开发利用有可持续发展的意识。

3.收集资料，讨论能源的利用带来的环境影响，如大气污染、酸雨、温室效应等，探讨应该采取的对策。

学习指导

1．能量转化与效率

效率：

输出的有用能量与输入的总能量的比值叫做能量转换装置的效率。

其计算表达式为效率

。

对热机而言，其效率就是用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比。

由于热机在工作中或多或少总有能量损失，所以热机的效率总小于1。

提高热机效率的措施：

①让燃料尽量充分燃烧；②减小各种能量损失；③在使用时注意保养，减少因摩擦而消耗的额外功。

2．能源与可持续发展

能源作为过去人类文明发展作出过重大贡献的功臣，在给人类带来无限欣喜的同时，也使人类产生了深深的忧虑与困惑。

在能源的利用中，既要考虑当前发展的需要，又要考虑未来发展的需要，不能以牺牲后代人的利益为代价来满足当代人的需求。

典型范例

例题一台内燃机运动时能量损耗大致为：

汽缸散热损失占25%，废气带走的能量占30%，摩擦等机械损耗占10%，则它的效率为_______________。

精析：

在本题中，只给出输出的无用能量占输入的总能量比例，所以要先假设内燃机燃烧燃料所产生的能量为E，在计算出其输出的有用能量。

全解：

这台内燃机输出的有用能量为E-E×25%-E30%-E×10%=E×35%。

根据

，可得这台内燃机的效率为：

点评：

热机中能量损失的途径就是题中给出的这三个方面，这些都是热机工作中不得不损耗的。

活动与探究

如图18-4所示为一些交通工具。

⑴请写出上述交通工具所消耗的燃料名称：

大客车__________；电车___________；

地铁___________；蒸汽火车________；

自行车__________________________

⑵哪些交通工具会导致污染问题？

并说明是什么样的污染。

思考与练习

一、填空题

1．人类在利用能源时给自己带来了极大的便利，也给自己造成了不少的麻烦。

总的来说表现为对造成影响，具体说的是___________污染和_________效应。

2．农作物的秸杆是一种宝贵的资源，但不少农民在收割后为了方便，在农田里大量焚烧。

请你指出大量焚烧秸杆的害处（举出两条）：

⑴________________________________；⑵____________________________________。

二、选择题

3．目前工厂生产中所用的节能措施中，你认为错误的是（）

A.增加热电机组B.改造工业锅炉

C.沟汰能耗大的机器D.生产电子高效节能灯

4．如图18-5为内燃机的能流图，则内燃机的效率可表示为（）

A.η=

×100%B.η=

×100%

C.η=

×100%D.η=

×100%

5.S195型柴油机的部分技术规格如下表所示：

汽缸数

汽缸直径

额定功率

转速

燃油消耗率

冷却方式

1

95mm

8.8kw

2000r/min

0.27kg/（kw·h）

蒸发水冷

其中，“额定功率”是指柴油机正常工作时对外做功的功率：

“燃油消耗率”是指柴油机正常工作时，每输出1kW·h的能量，柴油机所消耗柴油的质量。

已知柴油的热值为3.3×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），则：

⑴若柴油机的水箱中贮有10kg冷却水，当水的温度由20℃上升到40℃时，这些水吸收的热量是___________J。

（2）已知柴油机效率η=

×100%（式中W为柴油机在某时间内对外所做的功，Q为它在这段时间内所消耗的柴油完全燃料所产生的热量），则该柴油机正常工作时的效率约为_______________。

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“兴登堡号”飞艇事故

在20世纪初，人们普遍乘坐飞艇来欧洲与美国。

那时的飞艇充满氢气，因为氢气是最轻的气体，故可以使飞艇浮在空中。

不过，氢气具有高度易燃性，是一种极危险的气体。

1937年5月6日，世界上最大的飞艇“兴登堡号”飞艇从德国飞抵美国的新泽西州，准备在莱克赫斯特的碇泊塔降落，飞艇突然起火，据文献记载，大火是由大气中的静电点燃外泄的氢气而引起的，许多乘客被火焰吞没，36人不幸罹难。

现在的飞艇已改用氦气，氦气是第二轻的气体，与氢气不同，氦气不能燃料，因此较为安全。

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一、选择题

1．下列有关能量和能源的叙述，正确的是（）

A.因为宇宙间的总能量是守恒的，所以不存在能源危机问题

B.核能发电是利用原子核消失后，完全转换成可用的能量

C.核原料有强烈的放射性，但在反应器中使用后成为核废料，核废料没有放射性

D.日常生活中观察到物体的机械能若有减少，通常以热能的形式逸散为主

2．在核电站中，能量发生转化，转化为电能的过程是（）

A.核能——机械能——电能B.核能——水的内能——机械能——电能

C.核能——电能D.核能——水的内能——电能

3．永久性地解决人类对能源需求的根本方法是（）

A.充