人教版九年级全册 第二十二章 《能源与可持续发展》复习讲义【原卷版】+【解析版】

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1. 列举常见的不可再生能源和可再生能源。
2. 知道核能的特点和核能利用可能带来的问题。
3. 从能源开发与利用的角度体会可持续发展的重要性。
题型一 能源利用的现状和面临的挑战
【例1】下列能源中属于可再生能源的是（ ）
A．煤B．天然气C．石油D．风能
【答案】D
【详解】煤、石油、天然气不能在短期内从自然界得到补充，属于不可再生能源；风能可以源源不断地从自然界获取，属于可再生能源。故D符合题意，ABC不符合题意。
故选D。
【变式1-1】如图所示，白鹤滩水电站位于四川省宁南县和云南省巧家县交界的金沙江河道上，是实施“西电东送”的国家重大工程，是中国第二大水电站，仅次于三峡水电站。白鹤滩水电站可以把大量的水能转化为电能，用于发电的水能属于 （选填“不可再生”或“可再生”）能源；供我们使用的电能属于 （选填“一次能源”或“二次能源”）。
【答案】 可再生 二次能源
【详解】[1]水能是利用水的动能和势能来发电，水在自然界中通过水循环不断补充，能够源源不断地从自然界获取，所以属于可再生能源。
[2]一次能源是直接从自然界获取的能源，如煤炭、石油、天然气、水能等；而电能是通过其他能源（如煤炭燃烧发电、水能发电等）转化而来的，所以属于二次能源。
【变式1-2】我们生活在电的时代，电能的广泛使用促使电能的社会需求日趋紧张．节约能源，提高能源利用率是一个在国民经济中具有重大战略意义的问题．现在220V的家庭用电电路上，一只功率为11W的节能型日光灯的亮度相当于60W的白炽灯泡．如果小明家用4只11W的日光灯代替4只60W的白炽灯，按每月30天、每天用电5小时计算，一个月可以节省多少电能?
【答案】1.06×108J
【详解】根据公式W=Pt先计算出白炽灯消耗的电能，再计算出日光灯在相等的时间内消耗的电能，二者之差就是节约的电能．
4只60W的白炽灯一个月消耗电能W1=4P1t=4×0.06kw×30×5h=36kw•h，
4只11W的日光灯一个月消耗电能W2=4P2t=4×0.011kw×30×5h=6.6kw•h．
一个月可以节省电能△W=W1-W2=36kw•h-6.6kw•h=29.4kw•h=1.06×108J
题型二 核能
【例2】阳江核电站是我国广东省的第四座核电站。下列关于核能和核能发电的说法中，正确的是（ ）
A．核能是一次能源，利用核裂变发电
B．核能是一次能源，利用核聚变发电
C．核能是二次能源，利用核裂变发电
D．核能是二次能源，利用核聚变发电
【答案】A
【详解】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，核能是直接通过核反应所得，不是其他能量转换的，为一次能源。获得核能的途径有核聚变和核裂变，目前核电站发电机利用的是核裂变发电，人类尚未实现可控核聚变的商业化应用。故A正确，BCD错误。
故选A。
【变式2-1】日本发生了里氏9级强烈地震，引发海啸，导致福岛核电站受损，核电站是通过 （选填“裂变”“聚变”）获得巨大能量，从而转化为 能，该核电站的核反应堆受损，已经发生核泄漏，造成了严重污染。
【答案】 裂变 电
【详解】[1][2]核电站是利用核裂变来获得巨大能量的，因为目前人类可控制的核反应是核裂变，核聚变还不可控。核电站将核能转化为电能，通过发电机等设备，把核能释放的能量最终转化为电能供人们使用。
【变式2-2】2022年，俄乌战事吃紧，核武器的使用问题被推到了风口浪尖。原子弹发生爆炸时发生的是核 变，核能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。
【答案】 裂 不可再生
【详解】[1]核裂变是指重原子核（如铀核、钚核等）分裂成两个或多个质量较小的原子核，并在这个过程中释放出巨大能量以及中子等，这些中子又会引发其他重核的裂变，从而形成链式反应，在极短时间内释放出极其巨大的能量，产生强烈的爆炸等效应；原子弹发生爆炸时发生的是核裂变。
[2]核能所利用的核燃料在短时间内不能得到补充，其储量是有限的，所以核能是不可再生能源。
【变式2-3】中国环流器二号M”被称为“人造太阳”，它主要是让氘、氚原子核在超高温下发生 （选填“裂变”或“聚变”），从而获得巨大核能。这与 （选填“原子弹”或“氢弹”）获得能量的方式相同。
【答案】 聚变 氢弹
【详解】[1][2][3]“人造太阳”就是人工可控核聚变，通过模仿太阳内部的工作原理获得能量，主要是让氘、氚原子核在超高温下发生聚变，从而获得巨大核能，这与氢弹获得能量的方式相同。
【变式2-4】现在知道1kg氢发生聚变时释放出的能量是1.36×1015J，这相当于完全燃烧多少吨无烟煤所释放出的热量？（无烟煤的热值为3.4×107J/kg）
【答案】4×104
【详解】解：无烟煤燃烧放出热量Q放=1.36×1015J，无烟煤的热值：q=3.4×107J/kg，由Q放=qm得，需要无烟煤的质量
题型三 太阳能
【例3】人类利用太阳能的实质，是将太阳能转化为其他形式的能量供人们使用。在现有技术下太阳能不能直接转化为（ ）
A．内能B．电能C．机械能D．化学能
【答案】C
【详解】A．太阳能可知直接转化为内能，例太阳能热水器，故A正确；
B．太阳能可以直接转化为电能，例太阳能电池，故B正确；
C．太阳能不能直接转化为机械能，故C错误；
D．太阳能可以直接转化为化学能，例植物的光合作用，故D正确。
故选C。
【变式3-1】下列现象中，不可以说明光具有能量的是（ ）
A．白光由七种颜色的色光组成B．光照射到物体上，物体的温度会升高
C．植物在光照下进行光合作用D．光照射到太阳能电池板上，能产生电
【答案】A
【详解】A．白光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的光组成的，是光的色散现象，不能说明光具有能量，故A符合题意；
B．光照射到物体上，物体的温度会升高，是因为红外线作用的结果，说明了光具有能量，故B不符合题意；
C．植物靠吸收太阳能，通过光合作用把二氧化碳和水转化为有机物，说明光具有能量，故C不符合题意；
D．光照射到太阳能电池板上，可以转化为电能供人们使用，说明光具有能量，故D不符合题意。
故选A。
【变式3-2】如图所示是中国空间站的太阳能帆板，为空间站提供源源不断的能量。太阳能电池工作时，把太阳能转化为 能，太阳能属于 （选填“一次”或“二次”）能源。
【答案】 电 一次
【详解】[1]太阳能电池能直接利用太阳能，工作时将太阳能转化为电能供空间站使用。
[2]太阳能是从自然界直接获得的，属于一次能源。
【变式3-3】光伏发电系统是将太阳能转化成电能的装置，太阳能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。我国目前最大的光伏发电站-塔拉滩光伏发电站，其年发电量约为，这些能量相当于完全燃烧 kg煤炭释放的热量。（）
【答案】 可再生
【解析】【小题1】[1]可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用的能源，且对环境无害或危害极小。 太阳能来源于太阳内部的核聚变反应，只要太阳存在，就能持续为地球提供能量，不会因人类的使用而枯竭，因此属于可再生能源。
[2] 由题有，则煤的质量为
【变式3-4】有一种可移动太阳能水上漂浮房，在屋顶安装了太阳能电池板，能为该房供应热水和在水上移动提供能量。该电池板在太阳下工作5min，吸收太阳能的功率为8.4×103W，则吸收的太阳能是 J；若太阳能电池板将太阳能转化成电能，转化效率为20%，若转化的电能可全部用来给水加热，可以让10kg、初温为20℃的水温度升高 ℃。[c水=4.2×103J/(kg•℃)]
【答案】 12
【详解】[1]由公式可得，电池板在太阳下工作，吸收的太阳能是
[2]若太阳能电池板将太阳能转化成电能，转化效率为，则转化出的电能为
由公式可得，让、初温为的水温度升高
【变式3-5】为创建全国“环保节能模范城市”，新建的小区将普遍安装太阳能路灯，如图甲所示是某型号太阳能路灯，图乙是它的结构示意图。
(1)太阳能路灯专用控制器实质上是一个由光、声音和时间控制的单刀多掷开关如图乙中的S，晚上要让电灯发光，控制器将控制开关S与 触点接触；若要进行充电，开关S与 触点接触，铅酸蓄电池在充电过度或放电过度的情况下均会缩短使用寿命，为了避免铅酸蓄电池过充或过放，控制开关S与b触点接触即可；
(2)铅酸蓄电池在充电过程中将 转化为 能，LED路灯一种发光二极管，它具有 性；
(3)如果太阳光照射到地面时的辐射功率为 （每一秒钟辐射在每1平方米上的光能为），太阳能电池光电转换率为8%，为了每秒钟获得的电能，则太阳能电池板的面积为 。
【答案】(1) c a
(2) 电 化学 单向导电
(3)0.5
【详解】（1）[1]晚上要让电灯发光，则蓄电池、开关和灯泡串联，则控制开关S与c触点接触。
[2]若要进行充电，则蓄电池、开关和太阳能电池板串联，所以开关S与a触点接触。
（2）[1][2]铅酸蓄电池在充电过程中，消耗电能，电池内发生化学反应，所以将电能转化为化学能。
[3]LED路灯一种发光二极管，由半导体材料制成，具有单向导电性。
（3）太阳光照射到地面时的辐射功率为 ，太阳能电池光电转换率为8%，为了每秒钟获得的电能，则太阳能电池板的面积
基础巩固通关测
1．下列各组能源中，都属于一次能源的是（ ）
A．蜡烛、石油B．煤、电能C．煤气、汽油D．风能、水能
【答案】D
【详解】根据能源的来源，可以把能源分为一次能源和二次能源。能从自然界直接获得的能源就是一次能源，如煤、石油、风能、水能等。二次能源是指利用一次能源转化而来的，无法直接从自然界获得，如电能、汽油等，故选D。
2．下列能源中，属于不可再生能源的是（ ）
A．风能B．煤炭C．水能D．地热能
【答案】B
【详解】ACD．水能、风能、地热能都能从自然界里源源不断的得到补充，属于可再生能源，故ACD不符合题意；
B．煤炭消耗后，不能短时期内从自然界得到补充，属于不可再生能源，故B符合题意。
故选B。
3．清洁能源是指不排放污染物，能够直接用于生产、生活的能源。下列能源中都属于清洁能源的是（ ）
A．太阳能、石油B．石油、风能
C．太阳能、风能D．风能、煤炭
【答案】C
【详解】属于清洁能源的是太阳能、水能、地热能、风能等；煤、石油、天然气等化石能源使用时会造成污染，属于有污染的能源，故ABD不符合题意，C符合题意。
故选C。
4．下列关于能源的说法正确的是（ ）
A．水能、风能和电能都是一次能源
B．天然气是一种清洁的能源，人类可以无尽地开发利用
C．如果大量利用太阳能，可能使太阳能在短期内消耗殆尽
D．煤、石油是当今人类利用的主要能源，它们是不可再生能源
【答案】D
【详解】A．风能、水能是一次能源，电能是二次能源，故A错误；
B．天然气是一种清洁的能源，也是不可再生能源，人类不可以无尽地开发利用，故B错误；
C．太阳能是可再生能源，短时间之内是消耗不完的，故C错误；
D．煤、石油虽然是当今人类利用的主要能源，但不能短期内从自然界得到补充，是不可再生能源，故D正确。
故选D。
5．如图是几种不同类型的发电站，这些电站利用不可再生能源发电的有（ ）
A．①④B．①C．②③D．②④
【答案】A
【详解】①火力发电站利用煤进行发电，煤不能从自然界源源不断获得，也不能重复利用，是不可再生能源，则火力发电站是利用不可再生能源发电的；②③风、水能够源源不断地从自然界获得，是可再生能源，风电厂、水电站是利用可再生能源发电的；④核能会越用越少，不可能在短时间内补充，是不可再生能源，所以利用不可再生能源发电的是核能发电；所以利用不可再生能源发电的是①④，故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
6．解决能源危机的根本措施是（ ）
A．大量利用太阳能
B．大力开发新能源
C．用柴油发电机代替汽油发电机
D．采用新技术、新设备、进行技术改造
【答案】D
【详解】节约能源的措施很多，例如大量利用可再生能源，太阳能、内能、水能等，再如缩短各种耗能装置的工作时间等，但要在根本上做到真正地节约能源，根本措施还在于开发新技术、新设备，进行技术改造，提高能源的利用效率，故ABC不符合题意，D符合题意。
故选D。
7．粤港澳大湾区的电力由大亚湾核电站提供，下列关于核能说法正确的是（ ）
A．核反应堆是可控的链式反应装置
B．核能可直接转化为电能
C．核能是可再生能源
D．核能是原子内部的化学反应释放出来的能量
【答案】A
【详解】A．核电站的核心是核反应堆，它以铀为核燃料，核反应堆中发生的核裂变反应是可以控制的，故A正确；
B．核能会先转化为内能，然后内能对外做功，机械能转化为电能，故 B错误；
C．核能是不可再生能源，故C错误；
D．核电机组发电的过程是将核裂变产生的核能，不是原子内部的化学反应释放出来的能量，故D错误。
故选A。
8．生物体的能量最终来源于（ ）
A．化学能B．太阳能C．热能D．机械能
【答案】B
【详解】生态学上把食物链中的各个营养层次称为营养级。生态系统中的能量流动从第一营养级开始，逐级沿食物链向后传递。生命活动离不开能量的供给，而能量最初来自于太阳。在生态系统中，能量流动一般是从生产者固定太阳能开始的。
故选B。
9．能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只会由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，但能源危机依然存在的根本原因是（ ）
A．能量的转移和转化遵循守恒定律B．人们在能量的转化或转移中利用能量
C．转移或转化过程中可利用能量增加D．能量的转移和转化有方向性
【答案】D
【详解】虽然能量是守恒的，但能量的转移和转化具有方向性，可利用的能量是有限的，因此能源危机是存在的，故D符合题意，ABC不符合题意．
10．能源也叫能量资源，它是我们社会得以发展的基石．下列能源中，属于一次能源的是 （填序号，下同），属于二次能源的是 。
①风能 ②太阳能 ③电能 ④地热能 ⑤水能
【答案】 ①②④⑤ ③
【详解】[1][2]从能源的来源进行分析判断；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。①风能、②太阳能、④地热能、⑤水能等是直接从自然界直接获取的能源，是一次能源；③电能是通过其他能源转化而来的，是二次能源。
11．如图，用中子轰击质量较大的铀核，变成两个质量中等的原子核和新的中子，使其发生 变，同时释放巨大的 能。 产生的新中子又会轰击其他的铀核，于是发生了 反应。如果这种反应加以控制，就可以用来发电，如果不加以控制就可以用来制造原子弹。
【答案】 裂 核 链式
【详解】[1][2]用中子轰击质量比较大的铀核，使其发生分裂并释放新的中子，在分裂的同时会释放巨大的能量，这种获得核能的方式叫核裂变。
[3]产生的新中子又会轰击其他的铀核，于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能，这就是核裂变中的链式反应。
12．大亚湾核电站是我国第一座大型商用核电站。它获取核能是图中 （选填“甲图”或“乙图”）所示途径，太阳核心每时每刻都在发生 （选填“甲图”或“乙图”）所示的爆炸。
【答案】 乙图 甲图
【详解】[1][2]获得核能的途径有：重核裂变以及轻核聚变。乙图中进行的是较重的原子核裂变成较轻的原子核的一种核反应，是核裂变，核电站利用可控的核裂变；甲图中是较轻的原子核结合成较重的原子核的一种核反应，是核聚变；在太阳内部，氢原子核在超高温作用下发生聚变，释放巨大的核能。
13．如图所示是一种太阳能LED路灯的电路图，光控开关S白天与触点a接触，太阳能电池板为蓄电池充电；晚上与触点b接触，蓄电池给路灯供电，平均每晚路灯工作10h，太阳光照射5h能使规格是“24V；30W”的路灯正常工作3个晚上，求：
（1）路灯正常工作时每晚消耗的电能；
（2）若太阳能电池板的光电转换效率为18%，求电池板吸收太阳能的功率。
【答案】（1）；（2）
【详解】解：（1）路灯正常工作时每晚消耗的电能为
（2）太阳光照射5h转化为的电能为
5h吸收的太阳能为
电池板吸收太阳能的功率为
答：（1）路灯正常工作时每晚消耗的电能为；
（2）若太阳能电池板的光电转换效率为18%，电池板吸收太阳能的功率为。
能力提升进阶练
1．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，下列说法中正确的是（ ）
A．图甲中，绿色植物通过光合作用将太阳能转化为植物的化学能
B．图乙中，太阳能热水器通过做功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上电池的化学能
【答案】A
【详解】A．绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能，故A正确；
B．太阳能热水器是通过热传递方式改变水的内能，故B错误；
C．太阳能信号灯先将太阳能先转化为电能，再转化为光能，故C错误；
D．太阳能飞机是先将太阳能转化为电能，再转化为机械能，故D错误。
故选A。
2．阅读短文，回答问题。
风光互补发电项目
为保护地球家园，我国将努力争取2060年前实现碳中和。为了降低化石能源占比，我国目前正大力开发利用太阳能、风能、核能等新能源，风光互补发电项目正大规模推进。风光互补发电系统由太阳能电池板、风力发电机组、系统控制器、蓄电池组和逆变器等几部分组成。
下表为某型号风光互补路灯系统的部分技术参数，其中风力发电的最大输出功率是指风速达到最大限制风速时风力发电机的输出功率；光照功率是指太阳光照射到电池板表面处每平方米的辐射功率，光电转化效率是指太阳能电池板将光能转化为电能的效率。
(1)太阳能属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。
(2)在人类使用能源的过程中，必然有部分能量由于种种原因浪费掉且不能再重新利用，说明能量的转移或转化具有 。
(3)若风力发电时的输出功率与风速的平方成正比，则当输出功率为25W时，风速为 m/s。
(4)某家庭年耗电，若家用电器全部改用太阳能电池供电，假定按1年200天，每天5h光照计算，则要安装的太阳能电池板面积至少是 ；若太阳能辐射的总功率为，且太阳光在穿透太空及地球大气层到达地面的途中能量损耗率为（已知球面面积为，r为球半径），则太阳到地球的距离 （用物理量符号表示）。
【答案】(1)可再生
(2)方向性
(3)3
(4) 7.5
【详解】（1）太阳能可以在自然界里源源不断地得到补充，所以它属于可再生能源。
（2）能量的转化或转移具有方向性，如热机在工作过程中一些内能散失在空气中，但内能不会自动从低温空气向高温的热机气缸中转移。
（3）输出的最大功率与风速平方成正比，已知其最大输出功率为400W，最大限制风速为12m/s，设输出功率为25W时风速为v，则
有v=3m/s
（4）[1]太阳能电池一年内提供的电能为
需要的太阳能为
太阳能电池板总功率为
需要的太阳能电池板面积为
[2]太阳能到达地球时，可以认为太阳能平均分布为以太阳到地球距离D为半径的球内面上，此时此时球内面接收到的能量为
球面单位面积上接收到的光能为
单位面积上的接收功率为
则太阳到地球距离为
3．能源问题是当前的热门问题，传统的能源﹣煤和石油储量有限，使用过程中也带来污染。寻找新的、无污染能源是人们努力的方向，利用潮汐发电就是一例。关于潮汐，古人说：“潮者，据朝来也；汐者，言夕至也”。我国大部分海区潮汐特点是海水在一日内有两涨两落，并且两次潮水高位及潮水低位分别大致接近。下图表示的是利用潮汐单向发电的示意图，左方为陆地和海湾，中间为水坝，其下有通道，涨潮时，水进入海湾（如甲图）。待内外水面高度相同，堵住通道（如乙图）。潮落至最低点时开始放水带动发电机发电（如丙图）。设海湾面积为S1=2.7×106m2，利用漂浮在水面的椭圆形水位监测仪（体积为1m3）可以实时监测水位高度，涨退潮时最高液面与最低液面间高度差为h=4m（甲、丙两图所示），海水密度近似为1×103kg/m3。求：
（1）潮汐能属于 （“可再生”“不可再生”）能源，若水位监测仪有五分之二露出水面，水位监测仪质量是 kg。
（2）水坝中间有一细长的进出水孔（忽略水孔高度），水孔紧贴通道下表面，此处的最大水压p压是多少？水孔面积为S2=5m2，进出水流最大速度为15m/s，求水孔进出水时，水流做功的最大功率P功？
（3）若发电机组每天发电的平均输出功率为1×106W，则利用潮汐发电的发电效率是多少？
【答案】 可再生 600 4×104Pa 3×106W 20%
【详解】解：（1）潮汐能取之不尽用之不竭，所以它是可再生能源。
水位监测仪的浮力
水位监测仪漂浮在液面上，所以
水位监测仪质量
（2）水孔处最大水压
水孔处的最大压力
水流做功的最大功率
（3）把退潮后储存的潮水看成一个整体，它的重力位于与最低液面高度差2m处即，则储存潮水的重力
根据题意可知，一日内有次两涨两落，所以储存的潮汐能
发电机组每天发电量
潮汐发电的发电效率
知识点
重点归纳
注意问题
能源利用的现状和面临的挑战
1. 一次能源：
①可再生能源：可以在短期内从自然界得到补充的能源。如：风能、水能、太阳能、地热能等。
②不可再生能源：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。
2. 二次能源：必须通过消耗一次能源才能得到的能源。如电能。
3. 能源面临的挑战：能量转化和转移过程是有方向的、不可逆的，因此能源的利用是有条件的。化石能源的利用会产生污染物，危害人和环境。
化石能源：煤、石油、天然气。
核能
1. 核能：质量较大的原子核发生分裂或质量较小的原子核相互结合，就有可能释放出惊人的能量，这种能量就是核能。
2. 核裂变：科学家用中子轰击质量比较大的铀 235 原子核，使其发生裂变，一个铀核分裂成两个质量中等大小的原子核，同时释放出大量的能量，还会产生几个新的中子。

3. 核聚变：如果使某些质量很小的原子核，例如氘核（由一个质子和一个中子构成）与氚核（由一个质子和两个中子构成），在超高温和高压下结合成新的原子核——氦核，也会释放出巨大的核能。这就是聚变，有时也称为热核反应。
1. 原子弹利用了核裂变。（不控制）
2. 核电站利用了核裂变（控制）。其能量转化过程为：核能→内能→机械能→电能。
3. 氢弹：利用了不可控的核聚变。
4. 核原料是有限的，所以核能是不可再生能源。
太阳能
1. 太阳能的来源——氢核聚变释放出巨大的核能。
2. 太阳能的利用：
①光热转换：太阳能转化为内能，如太阳灶、太阳能热水器等。
②光电转换：太阳能转化为电能，如太阳能电池。
③光化转换：太阳能转化为化学能，如植物通过太阳能进行光合作用。
1. 太阳能是可再生能源。
2. 化石能源等都来自于太阳能。
3. 其他新能源：风能、海洋能、地热能、潮汐能等。
风力发电参数
最大输出功率
400W
最大限制风速
12m/s
太阳能发电参数
光照功率
光电转化效率
20%