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2024中考物理復習專題21 信息、能源與材料(2考點+10考向)(講義)(原卷版+解析版)

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2024中考物理復習專題21 信息、能源與材料(2考點+10考向)(講義)(原卷版+解析版)

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專題21 信息、能源與材料(講義)(原卷版)
目錄
考情分析 2
知識建構 2
考點一 信息傳遞 2
夯基·必備基礎知識梳理 3
提升·必考題型歸納 4
考向01 電話的工作原理 4
考向02 模擬信號與數字信號 5
考向03 電磁波的發射及應用 6
考向04 現代通訊技術 6
考點二 能源與可持續發展 7
夯基·必備基礎知識梳理 7
提升·必考題型歸納 13
考向01 能源及其分類 13
考向02 核能及其利用 14
考向03 太陽能的來源 14
考向04 太陽能的利用 15
考向05 可再生能源與不可再生能源 15
考向06 能源與可持續發展 16
一、課標考點分析
考點內容 課標要求 命題預測
電話機的工作原理 知道電磁波。知道電磁波在真空中的傳播速度。知道波長、頻率和波速。了解電磁波的應用及其對人類生活和社會發展的影響 《信息傳遞》與《能源與可持續發展》是學生了解性的內容,在教學中常冠以“了解”、“認識”。故對本單元的考題在中考試卷中會出現相應的內容,但所占分值一般不高,一般會在1分-3分之間。 本單元常見考點主要集中在電磁波及其應用、能源及其分類、核能及其應用、太陽能及其應用、可再生與不可再生能源以及可持續發展等
模擬信號和數字信號
電磁波的產生和利用
現代通訊技術
能源及其分類 知道原子是由原子核和電子構成的,了解原子的核式結構模型;知道核能的特點和核能的利用可能帶來的問題
核能及其利用
太陽能的來源 列舉常見的不可再生能源和可再生能源;了解節約能源與可持續發展的重要性,培養學生為可持續發展做貢獻、將科學服務于人類的使命感;從能源開發與利用的角度體會可持續發展的重要性
太陽能的利用
可再生能源與不可再生能源
能源與可持續發展
二、考情分析
對本單元的考查基本上都會出現。其主要考試方向是通過考題,讓考生了解電磁波及其應用、對能源的認識、人類利用能源、太陽能和核能及其應用,能源的分類和可持續發展等方面。
本單元的考題一般會和其他考點一起考查。常考題型有選擇題、填空題和綜合應用題等。從考向出現的概率看主要有:電磁波及其應用、能源及其分類、核能及其應用、太陽能及其應用、可再生與不可再生能源以及可持續發展等。
考點一 信息傳遞
一、現代順風耳—電話
二、電磁波的海洋
1.電磁波
2.電磁波家族及電磁波的應用
(1)電磁波家族及電磁波的應用:各種光和射線都是波長不同的電磁波。電磁波波長從大到小依次是無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等。
(2)無線電波
①定義:電磁波中通常用于廣播、電視和移動電話的,頻率為數百千赫至數百兆赫的那部分,叫做無線電波(無線電技術中使用的電磁波)。
②特點:無線電波的波長從幾毫米到幾千米,通常根據波長把無線電波又分成幾個波段:長波、中波、短波和微波。
三、廣播、電視和移動通信
1.廣播、電視和移動通信
2.電視信號的發射和接收過程可以用框圖表示
3.廣播、電視、移動電話信號傳遞的異同
相同點 不同的
載體 發射過程 接收過程 信號形式 載體電磁波的特點 發射和接收設備
廣播 電磁波 信號轉換、調制、天線發射 天線接收、調諧、解調 音頻信號 頻率最小 廣播電臺發射、收音機接收
電視 音頻信號和視頻信號 頻率較小 電視臺發射、電視機接收
移動 電話 各種形式的信號 頻率最大 移動電話發射、接收,基地臺轉接
四、越來越寬的信息之路
考向01 電話的工作原理
【例1】動圈式話筒的結構如圖,它工作時:
①線圈運動能產生隨著聲音的變化而變化的電流;
②與膜片相連的線圈隨之一起振動;
③人唱歌或說話產生的聲音使膜片振動;
④變化的電流經過放大后,由揚聲器還原為聲音。
關于它的原理,排序正確的是( )。
A.①②③④ B.②①④③ C.③①④② D.③②①④
【變式1-1】以下關于電話交換機的說法中,正確的是(  )。
A. 程控交換機是利用電腦按照輸入的程序“見機行事”的;
B. 一臺程控交換機只能同時轉接兩部長途電話;
C. 打電話“占線”說明對方的話機一定在通話中;
D. 電話上的“來電顯示”是由用戶手機設定的,不需要程控交換機去完成
【變式1-2】關于電話機的聽筒和話筒的工作原理,以下說法正確的是( )。
A.話筒將聲信號變成光信號 B.話筒將電信號變成磁信號
C.聽筒將聲信號變成電信號 D.聽筒將電信號變成聲信號
考向02 模擬信號與數字信號
【例2】關于模擬信號和數字信號的下列描述不正確的是( )。
A.模擬信號容易丟失一些信息,造成圖像和聲音的失真;
B.數字信號抗干擾能力強;
C.數字信號一般只包括兩種不同的狀態;
D.現代電話信息的傳輸和處理過程已經全部使用數字信號
【變式2-1】2008年北京奧運會真正實現了“數字北京”、“數字奧運”的口號。關于這兩個口號中“數字”的含義,下列說法正確的是( )。
A.“數字”表示2008年奧運會在運動場館、志愿者數量上創造了奧運會歷史上新的數字記錄;
B.“數字”表示奧運會在2008年舉行,是中國人的幸運數字;
C.“數字”表示通過建設各種數字通信的設施,為參與奧運會的人提供方便、快捷的數字信息服務;
D.以上說法都正確
【變式2-2】(濟寧中考)數字通信是一種既現代又古老的通信方式,現代電話已全部采用數字信號進行處理。若用“0”和“1”代表“開”和“關”這兩個動作,組成一組數字信號,可以表達一句話。例如:“我相信你能行”的數字信號為“0、01、1、10、00”。
請參照此代碼和上述例子,用另一組信號表達你想說的一句話: ,其數字信號為 。
考向03 電磁波的發射及應用
【例3】電磁波的頻率與波長的大致分布如圖所示,下列說法正確的是( )。
A.紫外線屬于可見光;
B.紅外線的波長比可見光的短;
C.X射線的頻率比無線電波的低;
D.可見光與γ射線在真空中的傳播速度相等
【變式3-1】我們生活在電磁波的海洋中,下列關于電磁波的說法中正確的是( )。
A. 電磁波不能在真空中傳播 B. 電磁波不能發生反射
C. 電磁波在空氣中的傳播速度是340 m/s D. 電磁波不僅能傳遞聲音信號,也能傳遞圖像信號
【變式3-2】電磁波在人們生產、生活中有許多應用。下列實例中,不屬于電磁波的應用的是(  )。
A.電視機遙控器利用紅外線進行遙控;
B.收音機利用無線電波傳遞信號;
C.用B超來檢查人體疾病;
D.醫生用X光片判斷患者是否骨折
考向04 現代通訊技術
【例4】各地高高聳立的電視塔是地標性建筑,電視塔上天線的作用是( )。
A.讓聲音、圖象信號轉化為電信號;
B.讓聲音、圖象信號加載到高頻電流上;
C.讓音頻、視頻電信號加載到高頻電流上;
D.讓載有音頻、視頻信號的高頻電流產生電磁波
【變式4-1】在疫情防控期間,人們通過手機傳遞信息實現在線教育、視頻會議、無線對講等辦公服務,避免了人與人之間的直接接觸,手機傳遞信息是利用了(  )。
A. 紅外線 B. 電磁波 C. 超聲波 D. 次聲波
【變式4-2】2020年6月23日,我國用長征三號乙運載火箭成功發射第55顆北斗導航衛星,完成了“北斗”衛星全面組網工作。在衛星與火箭分離前,以火箭為參照物,衛星是______(選填“靜止”或“運動”)的,“北斗”衛星導航系統利用______(選填“電磁波”、“超聲波”或“紅外線”)向地球傳遞信息。
【變式4-3】關于電磁波和現代通信,下列說法正確的是(  )。
A.導體中電流的迅速變化會在空間激起電磁波 ;
B.我國建立的“北斗”衛星導航系統是利用超聲波進行導航的;
C.固定電話、移動電話、廣播和電視都是利用導線中的電流傳遞信息的;
D.電話聽筒是把聲信號轉換成電信號
考點二 能源與可持續發展
一、能源
1.能源:一般而言,能夠提高能量的物質資源都可以叫做能源。煤、石油、天然氣是當今人類利用的主要能源。
2.常見能源
(1)化石能源:我們今天使用的煤、石油、天然氣,是千百萬年前埋在地下的動植物經過漫長的地質年代形成的,所以稱為化石能源。
(2)生物質能:生物質能是蘊藏在生物質(是各種生命產生或構成生命體的有機質的總稱)中的能量,是綠色植物經過光合作用儲存在生物質內部的能量,如柴薪、秸稈、動物糞便等。生物質能是人類利用最早、利用時間最長的能源,實際上也是化學能的一種。
(3)太陽能:由太陽輻射提供的能量。
(4)風能:自然界中空氣的流動所具有的能量。
(5)地熱能:地球內部高溫熔巖所具有的能量,常通過地下水或噴發的熔巖送到地面從而被人們利用。
(6)電能:電流能以各種形式做功,所以電具有的能量叫做電能。
3.能源的分類
能源從不同角度可以劃分為不同的類別。按能源的獲取方式,可將能源分為一次能源和二次能源。
(1)一次能源:可以直接從自然界獲得的能源是一次能源,如化石能源(包括煤、石油、天然氣)、水能、風能、太陽能、地熱能、生物質能以及核能等。其中煤、石油和天然氣是當今世界一次能源的三大支柱,構成了全球能源家族結構的基本框架。
(2)二次能源:無法從自然界直接獲取,必須通過消耗一次能源才能得到的能源叫二次能源,如電能、酒精、汽油、煤油、焦炭等。
4.能源危機
(1)原因:①化石能源儲量并不豐富;②化石能源的開發利用后不能再生。
(2)應對措施:面對目前的能源形式,解決能源問題主要出路有:一是提高能源利用率,做到科學開發,解決使用;二是開發和利用新能源,如太陽能、風能、地熱能等。
5.開發利用新能源
已探測數據表明,目前作為人類主要的能源的化石能源儲量并不豐富,所以,開發新能源、更好的利用已知能源,是全球范圍內的重要課題。隨著第三次能源革命序幕的拉開,核能成為主要能源。同時人類正著力開發取之不盡用之不竭的太陽能,并取得了重大成就。核能、太陽能的開發和利用為人類的能源問題找到了新的出路。
二、核能
1.原子的結構
(1)原子位于其中心的原子核和繞原子核高速運動核外電子組成,原子核比原子小得多,其半徑只相當于原子的十萬分之一。
(2)原子核幾乎集中了原子的全部質量。
(3)原子核帶正電,電子帶負電,它們所帶的電荷量相等,整個原子呈電中性,對外不顯示電性。
(4)原子核由質子和中子組成,質子帶正電,其電荷量跟核外電子相等,中子不帶電。從質量上講,質子與中子質量幾乎相等,一個質子的質量大約是電子質量的1836倍。質子和中子構成非常小的原子核,就像幾顆豆粒擠在原子這個大廣場的中央。如圖所示是鋰和鈹的原子結構示意圖。
2.核能
(1)質子、中子依靠強大的核力緊密地結合在一起,要使他們它們分裂或結合極其困難,因此原子核十分牢固。但是,一旦質量較大的原子核發生分裂或質量較小的原子核相互結合,就有可能釋放出驚人的能量,這就是核能。釋放核能的方式有兩種:核裂變、核聚變。
(2)核能是直接從自然界獲得的,屬于一次能源。核能也屬于新能源。
3.裂變
用中子轟擊質量比較大的鈾235原子核,使其發生裂變,變成兩個質量中等大小的原子核,同時釋放出巨大的能量。1kg鈾全部裂變,釋放的能量超過2000t煤完全燃燒時釋放的能量。
4.鏈式反應
(1)類比理解鏈式反應
將火柴搭成圖甲所示的結構,點燃第一根火柴會引燃兩根火柴,接著會引燃四根火柴…
甲 乙
(2)鏈式反應
如圖乙所示,一個鈾235原子核在一個中子轟擊下發生裂變,釋放出核能,同時產生幾個新的中子,這幾個新的中子又轟擊其他鈾核,導致其他鈾核發生裂變,產生更多的中子…裂變反應將自動進行下去,參與反應的鈾核數量越來越多,釋放出巨大的能量。
5.裂變的利用
(1)核電站
①核反應堆及核電站的工作原理
如圖所示,控制鏈式反應的速度,使核能能夠緩慢、平穩地釋放的裝置,叫做核反應堆。核反應堆是核電站的核心設備,它以鈾為燃料。利用核反應堆中放出的核能先生成高溫蒸汽,在驅動汽輪機帶動發電機發電。
②核反應堆中的能量轉化
③核電站的特點
a.消耗的熱量少,產生的能量巨大;
b.產生廢渣少,對大氣基本無污染;
c.核反應會產生危害極大的射線,因而要采取嚴格的安全措施。
(2)原子彈
鏈式反應如果不加控制,大量原子核就會再一瞬間發生裂變,釋放出極大的能量,以致引起威力強大的爆炸。原子彈就是根據這一原理制成的。
6.聚變(熱核反應)
將某些質量很小的原子核,例如氘核(由一個質子和一個中子組成)與氚核(由一個質子和兩個中子組成),在超高溫下結合成新的原子核-氦核,也會釋放出巨大的核能(如圖所示),這就是聚變。聚變反應要求一開始就要有很高的溫度,因此核聚變也稱為熱核反應。
(1)聚變的應用
大量氫核的聚變,可以在瞬間放出驚人的能量。氫彈就是利用核聚變原理制造的已知比原子彈威力還要大的核武器。迄今,人們還不能像控制核裂變那樣,使核聚變在人工控制條件下進行。科學家經過幾十年的艱苦探索,已經取得一定進展,但要真正安全、和平的利用核聚變所釋放的核能,還要做長期艱苦的努力。
(2)可控核聚變釋放的核能作為一種新能源,具有顯著的特點
1)燃料豐富且運營成本低,核聚變的燃料之一—氘核在海水中大量存在,足以功全世界使用幾百億年。
2)不污染環境,是一種真正的清潔能源。
(3)裂變與聚變的比較
比較 裂變 聚變
定義 較大的原子核分裂為較小的原子核的過程 質量很小的原子核結合成較大一種的過程
條件 用中子轟擊較大的原子核 超高溫
釋放核能大小 巨大 更加巨大
知否可以控制 可利用核反應堆控制鏈式反應的速度 目前,核聚變速度還不能認為控制
應用 原子彈、核電站 氫彈
(4)核能的特點
核能的優點 (1)儲量豐富,核能總量十分巨大,它能極大地補充人類能源的不足; (2)核燃料能量密集,便于儲運; (3)不排放污染氣體,不會造成空氣污染; (4)不排放二氧化碳氣體,不會加重地球溫室效應。
核能的缺點 (1)核能屬于一次能源,會越用越少; (2)一旦發生核泄漏,會對地球生物造成嚴重的危害; (3)核反應堆中會產生核廢料,在治理核廢料過程中,代價較高。
選址及廢物處理 (1)核電站一般建在能源需求量大,而且能源十分缺乏的地區; (2)核電站建在離人群較遠的地方,避免對人畜造成傷害; (3)核廢料要特殊處理后深埋在人煙稀少的地方。
三、太陽能
1.太陽能的產生—氫核聚變
在太陽內部,氫原子核在超高溫下發生聚變,釋放出巨大的核能。因此可以講,太陽核心每時每刻都在發生氫彈爆炸,所以說,太陽是一個巨大的“核能火爐”。
2.太陽能的傳遞—熱輻射
太陽核心釋放的能量向外擴散,可以傳送到太陽表面。太陽表面溫度約6000℃,就像一個高溫氣體組成的海洋。大部分太陽能以熱和光的形式向四周輻射開去。
3.太陽的壽命
太陽這個巨大的“核能火爐”已經燃燒了近50億年,目前它正處于壯年,要再過50億年才會燃盡自己的核燃料。可以說,太陽能幾乎是取之不盡用之不竭的。
4.太陽是人類能源的寶庫
地球上除核能、地熱能和潮汐能以外的能源基本上都來自于太陽能,所以說太陽是人類的能源寶庫。
(1)化石能源的形成
遠古時期的陸地和海洋中的植物,通過光合作用,將太陽能轉化為生物體的化學能。在它們死后,軀體埋在地下和海底,經過幾百萬年的沉積、化學變化、地層的運動,在高壓下漸漸變成了煤和石油(如圖所示)。在石油形成過程中還放出天然氣。今天我們開采化石燃料來獲取能量,實際上是在開采上億年前地球所接收的太陽能。也就是說,化石能源間接地來源于太陽能。
(2)地球上的風能、水能(江、河湖泊等水體)、生物質能的來源
地球上的風能、水能、生物質能等都來自于太陽能。
1)風能的形成:由于太陽照射到地球時,地面上各個位置受熱不均勻,空氣的冷暖程度就不一樣。暖空氣膨脹變輕后上升,冷空氣變冷后變重下降,這樣冷暖空氣流動形成了風。風能來源于太陽能。
2)水能的形成:地表水在太陽的照射下,吸熱蒸發變成水蒸氣上升到高空中,液化形成的小水滴懸浮在高空中形成云;云中的小水滴聚集,凝結成大水滴下落形成雨,雨滴降落到地面匯入江、河、湖海中而流動,從而有了水的動能。水能來源于太陽能。
3)生物質能的形成:植物通過光合作用將太陽能以化學能的形式存儲在植物體內,人類和動物從植物或其他動物獲取生物質能以維持生命。生物質能來源于太陽能。
可見,人類利用風能、水能、生物質能等其實都是間接地利用太陽能。
5.太陽能的利用:太陽能的利用就是將太陽能轉化為其他形式的能。
(1)太陽能的間接利用
由于化石能源、水能、風能、生物質能等都來源于太陽能,所以人類利用這些能源,實際上都是間接地利用太陽能。
(2)太陽能的直接利用:目前直接利用太陽能方式主要有:一種是光熱轉換,一種是光點轉換。
1)光熱轉換
通過集熱器直接利用太陽能進行加熱,直接把太陽能轉化為內能加以利用。例如,生活中的太陽能熱水器、太陽灶、太陽能溫室等。
太陽能熱水器 太陽能灶
2)光電轉換
光電轉換是把太陽能轉化為電能再加以利用,一般是通過太陽能電池來實現的。能將光能直接轉化為電能的太陽能電池可作為人造衛星、航標燈、交通信號燈、晶體管收音機等的電源。現在不少城市大規模使用的太陽能路燈也是依靠太陽能電池來工作的。
6.太陽能的優缺點:能直接利用太陽能作為一種新能源,有一定的缺點,但具有其他能源不可比擬的優點。
優點 清潔無污染 太陽能是一種清潔能源,使用時不會帶來任何污染
分布廣、獲取方便 太陽能分布廣,不需要挖掘、開采和運輸
持久、可再生 太陽能取之不盡用之不竭,太陽能內部的熱核反應還足以持續50億年之久,是人類可以利用的最豐富的新能源
缺點 分散 太陽能到達地球上時非常分散,接收裝置需要有相當大的接收面積,提高了接收裝置的造價
不穩定 太陽能的利用受天氣、晝夜、地理位置的影響很大,而且還必須有儲存裝置,這不僅增加了技術上的困難,也使經濟效益降低
轉換效率低 太陽能的轉換效率較低
四、能源與可持續發展
1.人類在消耗各種能源時,不可避免地會對環境造成影響。主要體現在以下幾個方面:
熱污染 化石能源在使用中產生大量的內能,其中未被利用的能量會造成熱污染。例如,汽車尾氣就是造成城市熱島效應的因素之一。
大氣污染 化石能源在使用中會產生一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物、粉塵等,會造成大氣的污染,形成酸雨,導致水、土壤的酸化,對植物、建筑物、金屬構建造成危害。
溫室效應 使用化石能源的過程中會產生大量的二氧化碳,使空氣中的二氧化碳濃度增加,進一步加劇地球的溫室效應。
生態破壞 一些欠發達地區過分依賴柴薪能源,破壞了森林和植被,加劇水土流失和土地荒漠化。
有害輻射 核能的開發和利用,也不是絕對清潔和安全的,處理不當或遇到特殊情況(如地震)發生核泄漏時,會對環境造成嚴重的輻射危害。
2.能源與可持續發展
為了減少能源消耗造成的環境污染問題,必須對能源的開發和利用有可持續發展的意識。可持續發展就是既要考慮當前發展需要,又要考慮未來發展的需要,不能以犧牲后人的利益為代價來滿足當代人的需求。提高能源利用率,依靠科技進步,改進能源結構,開發、推廣清潔的可再生能源,發展新的理想能源已成為世界各國實現可持續發展的當務之急。
3.不可再生能源和可再生能源
種類 概念 常見能源
不可再生能源 化石能源、核能等能源會越用越少,不能在短時間內總自然界得到補充,這類能源成為不可再生能源 煤、石油、天然氣、核能
可再生能源 風能、水能等可以在自然界里源源不斷地得到,這類能源成為可再生能源 風能、水能、太陽能、生物質能
4.未來的理想能源
未來的理想能源要能夠大規模替代煤、石油、天然氣等常規能源,必須滿足一下四個條件:
(1)必須滿足夠豐富,可以保證長期使用;
(2)必須滿足夠便宜,可以保證多數人用得起;
(3)相關的技術必須成熟,可以保證大規模使用;
(4)必須滿足安全、清潔,可以保證不會嚴重影響環境。
目前新能源的利用技術還不夠成熟,還不能完全替代化石能源,如太陽能、核能的開發利用等,另外有可能還存在沒有被人類發現的新能源,亟待人們去開發、利用。
考向01 能源及其分類
【例1】我們在家收看電視節目,電視機接收到的圖像信號和聲音信號是利用電磁波以______m/s的速度傳遞來的。電視機消耗的電能屬于______(選填“—次”或“二次”)能源。
【變式1-1】現有煤、石油、天然氣、風能、水能、太陽能、地熱能、核能以及電能。下列觀點錯誤的是( )。
A.天然氣是化石能源 B.地熱能屬于一次能源
C.電能屬于二次能源 D.核能屬于二次能源
【變式1-2】“風能、電能、水能、煤炭”中屬于二次能源的是 、屬于不可再生能源的是 。
考向02 核能及其利用
【例2】目前人們正致力于開發太陽能、核能、風能、海洋能、氫能…其中核能是   (選填“可再生”或“不可再生”)能源,核電站利用原子核   (選填“聚變”或“裂變”)釋放的能量發電,電能屬于  (選填“一次能源”或“二次能源”)。
【變式2-1】對原子核的一些說法,觀點錯誤的是( )。
A.原子的中心是原子核,原子核周圍有一定數目的電子在核外運動;
B.原子核由質子和中子組成,質子帶正電,其電荷量跟電子電荷量相等,中子不帶電;
C. 質子的質量大約是電子質量的1.836倍,中子和質子的質量幾乎相等;
D. 中子和質子依靠強大的核力緊密結合在一起,原子核十分牢固
【變式2-2】下列關于核能說法正確的是( )。
A.核反應堆中發生的鏈式反應是不可控制的;
B.核電站產生的核廢料仍具有放射性,一般深埋在人煙稀少的地方;
C.核反應堆可將核能直接轉化成電能;
D.我國已建成可控核聚變反應堆
考向03 太陽能的來源
【例3】2021年5月19日,中俄兩國核能合作項目在兩國領導人見證下正式開工。下列關于核能、原子核的說法,正確的是(  )。
A.太陽能來自太陽內部物質的核裂變反應;
B.核反應堆發生的鏈式反應是可以控制的;
C.核廢料可直接排放,無需任何處理試驗;
D.原子核是由質子、中子和電子組成
【變式3-1】太陽是太陽系中唯一的恒星,每時每刻向外輻射太陽能。下列關于太陽能的敘述中,錯誤的是(  )。
A.煤、石油、天然氣等化石燃料中的能量最終來自于太陽能;
B.生態系統的能量流動是從生產者固定太陽能開始的;
C.地球上的水循環是由太陽能推動的;
D.太陽能來源于太陽內部的核裂變
【變式3-2】某智能百葉窗的葉片上貼有太陽能板,在光照時發電,給電動機供電以調節百葉窗的開合。該過程中發生的能量轉換是(  )。
A.光能→電能→機械能 B.光能→機械能→電能
C.電能→機械能→光能 D.機械能→電能→光能
考向04 太陽能的利用
【例4】家住長沙縣鄉村的李老師在自家房子的屋頂上安裝了一組太陽能電池板,電池板既能發電又能防屋頂漏水,夏季光照充足發電量大時,還能將剩余的電能并入電網。太陽能電池作為一種新能源產品,具有寬廣的前景。太陽能電池板工作時將太陽能轉化為______能,太陽能的優點是______(寫出一點即可)。
【變式4-1】人類利用太陽能的實質,是將太陽能轉化為其他形式的能量。太陽能轉化為其他形式能量的方式說法錯誤的是(  )。
A.一是光熱轉換,例如用太陽能集熱器把水加熱;
B.二是光化轉換,把太陽能轉化為化學能;
C.三是光電轉換,把太陽能轉化為電能;
D.四是光力轉換,把太陽能轉化為機械能
【變式4-2】如圖所示,是“風光互補”景觀照明燈,它“頭頂”小風扇,“肩扛”電池板,“腳踩”蓄電池,“腰”挎照明燈,下列解釋合理的是(  )。
A.光電池板是將光能轉化為電能;
B.照明燈是將光能轉化電能;
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
考向05 可再生能源與不可再生能源
【例5】列能源,屬于不可再生能源的是( )。
A. 煤炭 B. 太陽能 C. 風能 D. 地熱能
【變式5-1】小明發現路旁有“神奇”路燈(如圖),它可以“自己”白天發電并儲存起來用于晚上照明,白天在太陽能電池處發生的能量轉化是:________;晚上在蓄電池處發生主要的能量轉化是:________。
【變式5-2】使用下列哪種能源對環境污染最小(  )。
A.煤 B.石油 C.天然氣 D.太陽能
考向06 能源與可持續發展
【例6】我國在城市建設和鄉村振興計劃中,重視環境保護和新能源的開發利用。下面列舉的項目中,不屬于新能源開發的是(  )。
A. 太陽能發電 B. 風力發電 C. 核能發電 D. 燃煤發電
【變式6-1】2020年世界環境日中國宣傳主題是“美麗中國,我是行動者”。下列做法與這一主題不相符的是(  )。
A.垃圾分類投放 B.野炊明火燒烤
C.節約用電 D.堅持綠色出行
【變式6-2】全球變暖已是大家非常關注的一種現象,它會給人類帶來一系列的不利影響。下列現象不是由全球變暖帶來的是(  )。
A.海平面上升 B.春天來了桃花盛開
C.溫度和降水的變化影響到作物產量 D.高溫天氣導致人類發病率增加專題21 信息、能源與材料(講義)(解析版)
目錄
考情分析 2
知識建構 2
考點一 信息傳遞 2
夯基·必備基礎知識梳理 3
提升·必考題型歸納 4
考向01 電話的工作原理 4
考向02 模擬信號與數字信號 6
考向03 電磁波的發射及應用 6
考向04 現代通訊技術 7
考點二 能源與可持續發展 8
夯基·必備基礎知識梳理 9
提升·必考題型歸納 15
考向01 能源及其分類 15
考向02 核能及其利用 16
考向03 太陽能的來源 17
考向04 太陽能的利用 18
考向05 可再生能源與不可再生能源 19
考向06 能源與可持續發展 20
一、課標考點分析
考點內容 課標要求 命題預測
電話機的工作原理 知道電磁波。知道電磁波在真空中的傳播速度。知道波長、頻率和波速。了解電磁波的應用及其對人類生活和社會發展的影響 《信息傳遞》與《能源與可持續發展》是學生了解性的內容,在教學中常冠以“了解”、“認識”。故對本單元的考題在中考試卷中會出現相應的內容,但所占分值一般不高,一般會在1分-3分之間。 本單元常見考點主要集中在電磁波及其應用、能源及其分類、核能及其應用、太陽能及其應用、可再生與不可再生能源以及可持續發展等
模擬信號和數字信號
電磁波的產生和利用
現代通訊技術
能源及其分類 知道原子是由原子核和電子構成的,了解原子的核式結構模型;知道核能的特點和核能的利用可能帶來的問題
核能及其利用
太陽能的來源 列舉常見的不可再生能源和可再生能源;了解節約能源與可持續發展的重要性,培養學生為可持續發展做貢獻、將科學服務于人類的使命感;從能源開發與利用的角度體會可持續發展的重要性
太陽能的利用
可再生能源與不可再生能源
能源與可持續發展
二、考情分析
對本單元的考查基本上都會出現。其主要考試方向是通過考題,讓考生了解電磁波及其應用、對能源的認識、人類利用能源、太陽能和核能及其應用,能源的分類和可持續發展等方面。
本單元的考題一般會和其他考點一起考查。常考題型有選擇題、填空題和綜合應用題等。從考向出現的概率看主要有:電磁波及其應用、能源及其分類、核能及其應用、太陽能及其應用、可再生與不可再生能源以及可持續發展等。
考點一 信息傳遞
一、現代順風耳—電話
二、電磁波的海洋
1.電磁波
2.電磁波家族及電磁波的應用
(1)電磁波家族及電磁波的應用:各種光和射線都是波長不同的電磁波。電磁波波長從大到小依次是無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等。
(2)無線電波
①定義:電磁波中通常用于廣播、電視和移動電話的,頻率為數百千赫至數百兆赫的那部分,叫做無線電波(無線電技術中使用的電磁波)。
②特點:無線電波的波長從幾毫米到幾千米,通常根據波長把無線電波又分成幾個波段:長波、中波、短波和微波。
三、廣播、電視和移動通信
1.廣播、電視和移動通信
2.電視信號的發射和接收過程可以用框圖表示
3.廣播、電視、移動電話信號傳遞的異同
相同點 不同的
載體 發射過程 接收過程 信號形式 載體電磁波的特點 發射和接收設備
廣播 電磁波 信號轉換、調制、天線發射 天線接收、調諧、解調 音頻信號 頻率最小 廣播電臺發射、收音機接收
電視 音頻信號和視頻信號 頻率較小 電視臺發射、電視機接收
移動 電話 各種形式的信號 頻率最大 移動電話發射、接收,基地臺轉接
四、越來越寬的信息之路
考向01 電話的工作原理
【例1】動圈式話筒的結構如圖,它工作時:
①線圈運動能產生隨著聲音的變化而變化的電流;
②與膜片相連的線圈隨之一起振動;
③人唱歌或說話產生的聲音使膜片振動;
④變化的電流經過放大后,由揚聲器還原為聲音。
關于它的原理,排序正確的是( )。
A.①②③④ B.②①④③ C.③①④② D.③②①④
【答案】D。
【解析】聲波引起膜片振動,線圈和膜片是連在一起的,連在膜片上的線圈就一起振動,線圈在永久磁體的磁場里振動,切割磁感線產生感應電流,這就是電信號。
線圈振動的快慢、強弱代表了聲音振動的特征,產生感應電流的大小和方向就隨著這個特征而變化,這個記載聲音信號的感應電流經放大后傳給揚聲器,就發出聲音。
根據對動圈式話筒這樣的理解,來排序,答案為③②①④。故選D。
【變式1-1】以下關于電話交換機的說法中,正確的是(  )。
A. 程控交換機是利用電腦按照輸入的程序“見機行事”的;
B. 一臺程控交換機只能同時轉接兩部長途電話;
C. 打電話“占線”說明對方的話機一定在通話中;
D. 電話上的“來電顯示”是由用戶手機設定的,不需要程控交換機去完成
【答案】A。
【解析】A、程控交換機是利用電腦按照輸入的程序工作的,該選項正確;
B、一臺程控交換機同時可以轉接多部電話,該選項錯誤;
C、打電話“占線”,對方不一定在通話,有可能兩部電話之間的電話線不夠用了,該選項錯誤;
D、電話上的“來電顯示”是由程控交換機的程序控制的,不是用戶手機設定的,該選項錯誤。
故選A。
【變式1-2】關于電話機的聽筒和話筒的工作原理,以下說法正確的是( )。
A.話筒將聲信號變成光信號 B.話筒將電信號變成磁信號
C.聽筒將聲信號變成電信號 D.聽筒將電信號變成聲信號
【答案】 D。
【解析】【解答】AB.話筒將聲信號變成電信號,A、B不符合題意。
C.聽筒將電信號變成聲信號,C不符合題意。
D.聽筒把強弱變化的電流信號變成聲音的信號,把輸出的聲音還原出來,D符合題意。
故答案為:D。
考向02 模擬信號與數字信號
【例2】關于模擬信號和數字信號的下列描述不正確的是( )。
A.模擬信號容易丟失一些信息,造成圖像和聲音的失真;
B.數字信號抗干擾能力強;
C.數字信號一般只包括兩種不同的狀態;
D.現代電話信息的傳輸和處理過程已經全部使用數字信號
【答案】 D。
【解析】A.模擬信號容易丟失一些信息,造成圖像和聲音的失真,A不符合題意。
B.數字信號比模擬信號抗干擾能力強,B不符合題意。
C.數字信號一般只包括兩種不同的狀態,形式簡單,C不符合題意。
D.現代電話信息的傳輸和處理過程已經全部使用數字信號,但在交換機和家庭間的線路上,還在使用模擬信號,D不正確,符合題意。故答案為:D。
【變式2-1】2008年北京奧運會真正實現了“數字北京”、“數字奧運”的口號。關于這兩個口號中“數字”的含義,下列說法正確的是( )。
A.“數字”表示2008年奧運會在運動場館、志愿者數量上創造了奧運會歷史上新的數字記錄;
B.“數字”表示奧運會在2008年舉行,是中國人的幸運數字;
C.“數字”表示通過建設各種數字通信的設施,為參與奧運會的人提供方便、快捷的數字信息服務;
D.以上說法都正確
【答案】 C。
【解析】“數字北京”、“數字奧運”是指通過建設各種數字通信的設施,為參與奧運會的人提供方便、快捷的數字信息服務;“數字”不是數字記錄,更與幸運數字無關,C符合題意。
故答案為:C。
【變式2-2】(濟寧中考)數字通信是一種既現代又古老的通信方式,現代電話已全部采用數字信號進行處理。若用“0”和“1”代表“開”和“關”這兩個動作,組成一組數字信號,可以表達一句話。例如:“我相信你能行”的數字信號為“0、01、1、10、00”。
請參照此代碼和上述例子,用另一組信號表達你想說的一句話: ,其數字信號為 。
【答案】你相信我能行;“1、01、0、10、00”。或:我相信我能行““0、01、0、10、00”,或“你相信你能行”,其對應的數字信號為“1、01、1、10、00”。
考向03 電磁波的發射及應用
【例3】電磁波的頻率與波長的大致分布如圖所示,下列說法正確的是( )。
A.紫外線屬于可見光;
B.紅外線的波長比可見光的短;
C.X射線的頻率比無線電波的低;
D.可見光與γ射線在真空中的傳播速度相等
【答案】D。
【解析】A.由圖可知,紫外線在可見光之外,屬于不可見光,故A錯誤;
B.由圖可知,紅外線的波長比可見光長,故B錯誤;
C.由圖可知,X射線的頻率比無線電波的大,故C錯誤;
D.可見光與γ射線都是電磁波,電磁波在真空中的傳播速度約為,故D正確。故選D。
【變式3-1】我們生活在電磁波的海洋中,下列關于電磁波的說法中正確的是( )。
A. 電磁波不能在真空中傳播 B. 電磁波不能發生反射
C. 電磁波在空氣中的傳播速度是340 m/s D. 電磁波不僅能傳遞聲音信號,也能傳遞圖像信號
【答案】 D。
【解析】【解答】A.電磁波能在真空中傳播,A不符合題意;
B.電磁波能夠發生反射,B不符合題意;
C.電磁在空氣中的傳播速度約為3×108m/s,C不符合題意;
D.電磁波不僅能傳遞聲音信號,也能傳遞圖象信號,D符合題意。
故答案為:D。
【變式3-2】電磁波在人們生產、生活中有許多應用。下列實例中,不屬于電磁波的應用的是(  )。
A.電視機遙控器利用紅外線進行遙控;
B.收音機利用無線電波傳遞信號;
C.用B超來檢查人體疾病;
D.醫生用X光片判斷患者是否骨折
【答案】C。
【解析】紅外線屬于電磁波,故A不符合題意;無線電波屬于電磁波,故B不符合題意;B超屬于超聲波,不屬于電磁波,故C符合題意;X光是一種波長很短、能量極強的電磁波,故D不符合題意。
考向04 現代通訊技術
【例4】各地高高聳立的電視塔是地標性建筑,電視塔上天線的作用是( )。
A.讓聲音、圖象信號轉化為電信號;
B.讓聲音、圖象信號加載到高頻電流上;
C.讓音頻、視頻電信號加載到高頻電流上;
D.讓載有音頻、視頻信號的高頻電流產生電磁波
【答案】D。
【解析】電磁波可以傳遞聲音、圖象等信息,電視節目和廣播節目都是通過電磁波傳播的;電視塔上天線的作用是讓載有音頻、視頻信號的高頻電流產生電磁波并發射出去,故選項D正確,選項ABC錯誤。
故選D。
【變式4-1】在疫情防控期間,人們通過手機傳遞信息實現在線教育、視頻會議、無線對講等辦公服務,避免了人與人之間的直接接觸,手機傳遞信息是利用了(  )。
A. 紅外線 B. 電磁波 C. 超聲波 D. 次聲波
【答案】B。
【解析】手機屬于移動電話,它既是電磁波發射臺也是電磁波接收臺,所以手機是利用電磁波來傳遞信息的。故選B。
【變式4-2】2020年6月23日,我國用長征三號乙運載火箭成功發射第55顆北斗導航衛星,完成了“北斗”衛星全面組網工作。在衛星與火箭分離前,以火箭為參照物,衛星是______(選填“靜止”或“運動”)的,“北斗”衛星導航系統利用______(選填“電磁波”、“超聲波”或“紅外線”)向地球傳遞信息。
【答案】靜止;電磁波。
【解析】(1)在衛星與火箭分離前,火箭與衛星是一體的,故以火箭為參照物,衛星的位置沒有發生變化,故是靜止的。
(2)衛星導航系統利用電磁波傳播信息,因為電磁波能夠在真空中傳播。
【變式4-3】關于電磁波和現代通信,下列說法正確的是(  )。
A.導體中電流的迅速變化會在空間激起電磁波 ;
B.我國建立的“北斗”衛星導航系統是利用超聲波進行導航的;
C.固定電話、移動電話、廣播和電視都是利用導線中的電流傳遞信息的;
D.電話聽筒是把聲信號轉換成電信號
【答案】A。
【解析】A.導體中電流的迅速變化會在空間激起電磁波,故A項說法正確。
B.衛星在太空中,太空中是真空,聲波在真空中不能傳聲,所以不能利用超聲波導航,故B項說法錯誤。
C.固定電話是利用導線中的電流來傳遞信息的,移動電話、廣播和電視都是利用電磁波來傳遞信息的,故C項說法錯誤。
D.電話的話筒是把聲信號轉化為電信號,聽筒是把電信號轉化為聲信號,故D項說法錯誤。
考點二 能源與可持續發展
一、能源
1.能源:一般而言,能夠提高能量的物質資源都可以叫做能源。煤、石油、天然氣是當今人類利用的主要能源。
2.常見能源
(1)化石能源:我們今天使用的煤、石油、天然氣,是千百萬年前埋在地下的動植物經過漫長的地質年代形成的,所以稱為化石能源。
(2)生物質能:生物質能是蘊藏在生物質(是各種生命產生或構成生命體的有機質的總稱)中的能量,是綠色植物經過光合作用儲存在生物質內部的能量,如柴薪、秸稈、動物糞便等。生物質能是人類利用最早、利用時間最長的能源,實際上也是化學能的一種。
(3)太陽能:由太陽輻射提供的能量。
(4)風能:自然界中空氣的流動所具有的能量。
(5)地熱能:地球內部高溫熔巖所具有的能量,常通過地下水或噴發的熔巖送到地面從而被人們利用。
(6)電能:電流能以各種形式做功,所以電具有的能量叫做電能。
3.能源的分類
能源從不同角度可以劃分為不同的類別。按能源的獲取方式,可將能源分為一次能源和二次能源。
(1)一次能源:可以直接從自然界獲得的能源是一次能源,如化石能源(包括煤、石油、天然氣)、水能、風能、太陽能、地熱能、生物質能以及核能等。其中煤、石油和天然氣是當今世界一次能源的三大支柱,構成了全球能源家族結構的基本框架。
(2)二次能源:無法從自然界直接獲取,必須通過消耗一次能源才能得到的能源叫二次能源,如電能、酒精、汽油、煤油、焦炭等。
4.能源危機
(1)原因:①化石能源儲量并不豐富;②化石能源的開發利用后不能再生。
(2)應對措施:面對目前的能源形式,解決能源問題主要出路有:一是提高能源利用率,做到科學開發,解決使用;二是開發和利用新能源,如太陽能、風能、地熱能等。
5.開發利用新能源
已探測數據表明,目前作為人類主要的能源的化石能源儲量并不豐富,所以,開發新能源、更好的利用已知能源,是全球范圍內的重要課題。隨著第三次能源革命序幕的拉開,核能成為主要能源。同時人類正著力開發取之不盡用之不竭的太陽能,并取得了重大成就。核能、太陽能的開發和利用為人類的能源問題找到了新的出路。
二、核能
1.原子的結構
(1)原子位于其中心的原子核和繞原子核高速運動核外電子組成,原子核比原子小得多,其半徑只相當于原子的十萬分之一。
(2)原子核幾乎集中了原子的全部質量。
(3)原子核帶正電,電子帶負電,它們所帶的電荷量相等,整個原子呈電中性,對外不顯示電性。
(4)原子核由質子和中子組成,質子帶正電,其電荷量跟核外電子相等,中子不帶電。從質量上講,質子與中子質量幾乎相等,一個質子的質量大約是電子質量的1836倍。質子和中子構成非常小的原子核,就像幾顆豆粒擠在原子這個大廣場的中央。如圖所示是鋰和鈹的原子結構示意圖。
2.核能
(1)質子、中子依靠強大的核力緊密地結合在一起,要使他們它們分裂或結合極其困難,因此原子核十分牢固。但是,一旦質量較大的原子核發生分裂或質量較小的原子核相互結合,就有可能釋放出驚人的能量,這就是核能。釋放核能的方式有兩種:核裂變、核聚變。
(2)核能是直接從自然界獲得的,屬于一次能源。核能也屬于新能源。
3.裂變
用中子轟擊質量比較大的鈾235原子核,使其發生裂變,變成兩個質量中等大小的原子核,同時釋放出巨大的能量。1kg鈾全部裂變,釋放的能量超過2000t煤完全燃燒時釋放的能量。
4.鏈式反應
(1)類比理解鏈式反應
將火柴搭成圖甲所示的結構,點燃第一根火柴會引燃兩根火柴,接著會引燃四根火柴…
甲 乙
(2)鏈式反應
如圖乙所示,一個鈾235原子核在一個中子轟擊下發生裂變,釋放出核能,同時產生幾個新的中子,這幾個新的中子又轟擊其他鈾核,導致其他鈾核發生裂變,產生更多的中子…裂變反應將自動進行下去,參與反應的鈾核數量越來越多,釋放出巨大的能量。
5.裂變的利用
(1)核電站
①核反應堆及核電站的工作原理
如圖所示,控制鏈式反應的速度,使核能能夠緩慢、平穩地釋放的裝置,叫做核反應堆。核反應堆是核電站的核心設備,它以鈾為燃料。利用核反應堆中放出的核能先生成高溫蒸汽,在驅動汽輪機帶動發電機發電。
②核反應堆中的能量轉化
③核電站的特點
a.消耗的熱量少,產生的能量巨大;
b.產生廢渣少,對大氣基本無污染;
c.核反應會產生危害極大的射線,因而要采取嚴格的安全措施。
(2)原子彈
鏈式反應如果不加控制,大量原子核就會再一瞬間發生裂變,釋放出極大的能量,以致引起威力強大的爆炸。原子彈就是根據這一原理制成的。
6.聚變(熱核反應)
將某些質量很小的原子核,例如氘核(由一個質子和一個中子組成)與氚核(由一個質子和兩個中子組成),在超高溫下結合成新的原子核-氦核,也會釋放出巨大的核能(如圖所示),這就是聚變。聚變反應要求一開始就要有很高的溫度,因此核聚變也稱為熱核反應。
(1)聚變的應用
大量氫核的聚變,可以在瞬間放出驚人的能量。氫彈就是利用核聚變原理制造的已知比原子彈威力還要大的核武器。迄今,人們還不能像控制核裂變那樣,使核聚變在人工控制條件下進行。科學家經過幾十年的艱苦探索,已經取得一定進展,但要真正安全、和平的利用核聚變所釋放的核能,還要做長期艱苦的努力。
(2)可控核聚變釋放的核能作為一種新能源,具有顯著的特點
1)燃料豐富且運營成本低,核聚變的燃料之一—氘核在海水中大量存在,足以功全世界使用幾百億年。
2)不污染環境,是一種真正的清潔能源。
(3)裂變與聚變的比較
比較 裂變 聚變
定義 較大的原子核分裂為較小的原子核的過程 質量很小的原子核結合成較大一種的過程
條件 用中子轟擊較大的原子核 超高溫
釋放核能大小 巨大 更加巨大
知否可以控制 可利用核反應堆控制鏈式反應的速度 目前,核聚變速度還不能認為控制
應用 原子彈、核電站 氫彈
(4)核能的特點
核能的優點 (1)儲量豐富,核能總量十分巨大,它能極大地補充人類能源的不足; (2)核燃料能量密集,便于儲運; (3)不排放污染氣體,不會造成空氣污染; (4)不排放二氧化碳氣體,不會加重地球溫室效應。
核能的缺點 (1)核能屬于一次能源,會越用越少; (2)一旦發生核泄漏,會對地球生物造成嚴重的危害; (3)核反應堆中會產生核廢料,在治理核廢料過程中,代價較高。
選址及廢物處理 (1)核電站一般建在能源需求量大,而且能源十分缺乏的地區; (2)核電站建在離人群較遠的地方,避免對人畜造成傷害; (3)核廢料要特殊處理后深埋在人煙稀少的地方。
三、太陽能
1.太陽能的產生—氫核聚變
在太陽內部,氫原子核在超高溫下發生聚變,釋放出巨大的核能。因此可以講,太陽核心每時每刻都在發生氫彈爆炸,所以說,太陽是一個巨大的“核能火爐”。
2.太陽能的傳遞—熱輻射
太陽核心釋放的能量向外擴散,可以傳送到太陽表面。太陽表面溫度約6000℃,就像一個高溫氣體組成的海洋。大部分太陽能以熱和光的形式向四周輻射開去。
3.太陽的壽命
太陽這個巨大的“核能火爐”已經燃燒了近50億年,目前它正處于壯年,要再過50億年才會燃盡自己的核燃料。可以說,太陽能幾乎是取之不盡用之不竭的。
4.太陽是人類能源的寶庫
地球上除核能、地熱能和潮汐能以外的能源基本上都來自于太陽能,所以說太陽是人類的能源寶庫。
(1)化石能源的形成
遠古時期的陸地和海洋中的植物,通過光合作用,將太陽能轉化為生物體的化學能。在它們死后,軀體埋在地下和海底,經過幾百萬年的沉積、化學變化、地層的運動,在高壓下漸漸變成了煤和石油(如圖所示)。在石油形成過程中還放出天然氣。今天我們開采化石燃料來獲取能量,實際上是在開采上億年前地球所接收的太陽能。也就是說,化石能源間接地來源于太陽能。
(2)地球上的風能、水能(江、河湖泊等水體)、生物質能的來源
地球上的風能、水能、生物質能等都來自于太陽能。
1)風能的形成:由于太陽照射到地球時,地面上各個位置受熱不均勻,空氣的冷暖程度就不一樣。暖空氣膨脹變輕后上升,冷空氣變冷后變重下降,這樣冷暖空氣流動形成了風。風能來源于太陽能。
2)水能的形成:地表水在太陽的照射下,吸熱蒸發變成水蒸氣上升到高空中,液化形成的小水滴懸浮在高空中形成云;云中的小水滴聚集,凝結成大水滴下落形成雨,雨滴降落到地面匯入江、河、湖海中而流動,從而有了水的動能。水能來源于太陽能。
3)生物質能的形成:植物通過光合作用將太陽能以化學能的形式存儲在植物體內,人類和動物從植物或其他動物獲取生物質能以維持生命。生物質能來源于太陽能。
可見,人類利用風能、水能、生物質能等其實都是間接地利用太陽能。
5.太陽能的利用:太陽能的利用就是將太陽能轉化為其他形式的能。
(1)太陽能的間接利用
由于化石能源、水能、風能、生物質能等都來源于太陽能,所以人類利用這些能源,實際上都是間接地利用太陽能。
(2)太陽能的直接利用:目前直接利用太陽能方式主要有:一種是光熱轉換,一種是光點轉換。
1)光熱轉換
通過集熱器直接利用太陽能進行加熱,直接把太陽能轉化為內能加以利用。例如,生活中的太陽能熱水器、太陽灶、太陽能溫室等。
太陽能熱水器 太陽能灶
2)光電轉換
光電轉換是把太陽能轉化為電能再加以利用,一般是通過太陽能電池來實現的。能將光能直接轉化為電能的太陽能電池可作為人造衛星、航標燈、交通信號燈、晶體管收音機等的電源。現在不少城市大規模使用的太陽能路燈也是依靠太陽能電池來工作的。
6.太陽能的優缺點:能直接利用太陽能作為一種新能源,有一定的缺點,但具有其他能源不可比擬的優點。
優點 清潔無污染 太陽能是一種清潔能源,使用時不會帶來任何污染
分布廣、獲取方便 太陽能分布廣,不需要挖掘、開采和運輸
持久、可再生 太陽能取之不盡用之不竭,太陽能內部的熱核反應還足以持續50億年之久,是人類可以利用的最豐富的新能源
缺點 分散 太陽能到達地球上時非常分散,接收裝置需要有相當大的接收面積,提高了接收裝置的造價
不穩定 太陽能的利用受天氣、晝夜、地理位置的影響很大,而且還必須有儲存裝置,這不僅增加了技術上的困難,也使經濟效益降低
轉換效率低 太陽能的轉換效率較低
四、能源與可持續發展
1.人類在消耗各種能源時,不可避免地會對環境造成影響。主要體現在以下幾個方面:
熱污染 化石能源在使用中產生大量的內能,其中未被利用的能量會造成熱污染。例如,汽車尾氣就是造成城市熱島效應的因素之一。
大氣污染 化石能源在使用中會產生一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物、粉塵等,會造成大氣的污染,形成酸雨,導致水、土壤的酸化,對植物、建筑物、金屬構建造成危害。
溫室效應 使用化石能源的過程中會產生大量的二氧化碳,使空氣中的二氧化碳濃度增加,進一步加劇地球的溫室效應。
生態破壞 一些欠發達地區過分依賴柴薪能源,破壞了森林和植被,加劇水土流失和土地荒漠化。
有害輻射 核能的開發和利用,也不是絕對清潔和安全的,處理不當或遇到特殊情況(如地震)發生核泄漏時,會對環境造成嚴重的輻射危害。
2.能源與可持續發展
為了減少能源消耗造成的環境污染問題,必須對能源的開發和利用有可持續發展的意識。可持續發展就是既要考慮當前發展需要,又要考慮未來發展的需要,不能以犧牲后人的利益為代價來滿足當代人的需求。提高能源利用率,依靠科技進步,改進能源結構,開發、推廣清潔的可再生能源,發展新的理想能源已成為世界各國實現可持續發展的當務之急。
3.不可再生能源和可再生能源
種類 概念 常見能源
不可再生能源 化石能源、核能等能源會越用越少,不能在短時間內總自然界得到補充,這類能源成為不可再生能源 煤、石油、天然氣、核能
可再生能源 風能、水能等可以在自然界里源源不斷地得到,這類能源成為可再生能源 風能、水能、太陽能、生物質能
4.未來的理想能源
未來的理想能源要能夠大規模替代煤、石油、天然氣等常規能源,必須滿足一下四個條件:
(1)必須滿足夠豐富,可以保證長期使用;
(2)必須滿足夠便宜,可以保證多數人用得起;
(3)相關的技術必須成熟,可以保證大規模使用;
(4)必須滿足安全、清潔,可以保證不會嚴重影響環境。
目前新能源的利用技術還不夠成熟,還不能完全替代化石能源,如太陽能、核能的開發利用等,另外有可能還存在沒有被人類發現的新能源,亟待人們去開發、利用。
考向01 能源及其分類
【例1】我們在家收看電視節目,電視機接收到的圖像信號和聲音信號是利用電磁波以______m/s的速度傳遞來的。電視機消耗的電能屬于______(選填“—次”或“二次”)能源。
【答案】;二次。
【解析】[1]電視機接收到的圖像信號和聲音信號是利用電磁波以m/s的速度傳遞來的,電磁波可以做真空中傳播。
[2]電視機消耗的電能是消耗一次能源得到的,屬于二次能源。
【變式1-1】現有煤、石油、天然氣、風能、水能、太陽能、地熱能、核能以及電能。下列觀點錯誤的是( )。
A.天然氣是化石能源 B.地熱能屬于一次能源
C.電能屬于二次能源 D.核能屬于二次能源
【答案】D。
【解析】(1)煤、石油、天然氣是千百萬年前埋在地下的動植物經過漫長的地質年代形成的,是化石能源。
(2)可以直接從自然界獲得的能源,稱為一次能源。所以化石能源以及風能、水能、太陽能、地熱能、核能都屬于一次能源。
(3)電能需要由其他形式的能轉化而來,最終還要轉化為其他形式的能,為人類所利用,造福于人類。電能無法從自然界直接獲得,須經過消耗一次能源才能得到,電能是二次能源。
【變式1-2】“風能、電能、水能、煤炭”中屬于二次能源的是 、屬于不可再生能源的是 。
【答案】電能;煤炭。
【解析】(1)從自然界直接獲得不需要加工的能源是一次能源,對一次能源通過加工轉化而獲得的能源是二次能源;
(2)能從自然界源源不斷獲得的能源是可再生能源,不能從自然界源源不斷獲得的能源是不可再生能源。
風能、水能、煤炭可以直接從自然界獲得而不需要加工轉化,它們都屬于一次能源;電能是消耗一次能源、經過加工轉換而獲得的是二次能源;水能、電能、風能都能從自然界源源不斷獲得,都屬于可再生能源;煤炭短時間內從自然界得不到補充,屬于不可再生能源。
考向02 核能及其利用
【例2】目前人們正致力于開發太陽能、核能、風能、海洋能、氫能…其中核能是   (選填“可再生”或“不可再生”)能源,核電站利用原子核   (選填“聚變”或“裂變”)釋放的能量發電,電能屬于  (選填“一次能源”或“二次能源”)。
【答案】不可再生;裂變;二次能源。
【解析】核能會越用越少,屬于不可再生能源;
原子彈和核電站都是利用原子核裂變的鏈式反應發電;
電能上通過消耗一次能源而得到的能源,故屬于二次能源。
故答案為:不可再生;裂變;二次能源。
【變式2-1】對原子核的一些說法,觀點錯誤的是( )。
A.原子的中心是原子核,原子核周圍有一定數目的電子在核外運動;
B.原子核由質子和中子組成,質子帶正電,其電荷量跟電子電荷量相等,中子不帶電;
C. 質子的質量大約是電子質量的1.836倍,中子和質子的質量幾乎相等;
D. 中子和質子依靠強大的核力緊密結合在一起,原子核十分牢固
【答案】C 。
【解析】質子的質量大約是電子質量的1836倍。
【變式2-2】下列關于核能說法正確的是( )。
A.核反應堆中發生的鏈式反應是不可控制的;
B.核電站產生的核廢料仍具有放射性,一般深埋在人煙稀少的地方;
C.核反應堆可將核能直接轉化成電能;
D.我國已建成可控核聚變反應堆
【答案】B。
【解析】A.核反應堆中發生的鏈式反應是可控制的,故A錯誤。
B.核電站產生的核廢料仍具有放射性,為了防止核輻射,一般深埋在人煙稀少的地方,故B正確。
C.核能發電的能量傳遞和轉化過程是:核能→水和蒸汽的內能→發電機轉子的機械能→電能,故C錯誤;
D.我國已建成可控核裂變反應堆,即核電站。不是可控核聚變反應堆,故D錯誤。
故答案為B。
考向03 太陽能的來源
【例3】2021年5月19日,中俄兩國核能合作項目在兩國領導人見證下正式開工。下列關于核能、原子核的說法,正確的是(  )。
A.太陽能來自太陽內部物質的核裂變反應;
B.核反應堆發生的鏈式反應是可以控制的;
C.核廢料可直接排放,無需任何處理試驗;
D.原子核是由質子、中子和電子組成
【答案】B。
【解析】A.太陽能是來自太陽內部物質的核聚變反應,故A錯誤;
B.核電站的反應堆發生的鏈式反應是可控制的,故B正確;
C.核廢料具有放射性,不能直接排放,故C錯誤;
D.原子核是由質子和中子組成,原子由原子核和電子組成,故D錯誤。故選B。
【變式3-1】太陽是太陽系中唯一的恒星,每時每刻向外輻射太陽能。下列關于太陽能的敘述中,錯誤的是(  )。
A.煤、石油、天然氣等化石燃料中的能量最終來自于太陽能;
B.生態系統的能量流動是從生產者固定太陽能開始的;
C.地球上的水循環是由太陽能推動的;
D.太陽能來源于太陽內部的核裂變
【答案】D。
【解析】A.煤、石油、天然氣等化石燃料中的能量最終來自于太陽能,故A正確,不符合題意;
B.生態系統的能量流動是從生產者固定太陽能開始的,故B正確,不符合題意;
C.太陽輻射能維持地表的溫度,地球上的水循環是由太陽能推動的,故C正確,不符合題意;
D.太陽能來源于太陽內部的核聚變,故D錯誤,符合題意。故選D。
【變式3-2】某智能百葉窗的葉片上貼有太陽能板,在光照時發電,給電動機供電以調節百葉窗的開合。該過程中發生的能量轉換是(  )。
A.光能→電能→機械能 B.光能→機械能→電能
C.電能→機械能→光能 D.機械能→電能→光能
【答案】A。
【解析】太陽能板發電的過程是太陽能(光能)轉化為電能的過程,而電動機供電的過程是電能轉化為機械能的過程,故A符合題意,BCD不符合題意。
故選A。
考向04 太陽能的利用
【例4】家住長沙縣鄉村的李老師在自家房子的屋頂上安裝了一組太陽能電池板,電池板既能發電又能防屋頂漏水,夏季光照充足發電量大時,還能將剩余的電能并入電網。太陽能電池作為一種新能源產品,具有寬廣的前景。太陽能電池板工作時將太陽能轉化為______能,太陽能的優點是______(寫出一點即可)。
【答案】電能;儲量豐富,經濟便宜,清潔無污染。
【解析】[1]太陽能電池板工作時利用光電效應,將太陽能轉化為電能。
[2]太陽能的優點是:儲量的無限性、存在的普遍性,利用的清潔性、經濟性。
【變式4-1】人類利用太陽能的實質,是將太陽能轉化為其他形式的能量。太陽能轉化為其他形式能量的方式說法錯誤的是(  )。
A.一是光熱轉換,例如用太陽能集熱器把水加熱;
B.二是光化轉換,把太陽能轉化為化學能;
C.三是光電轉換,把太陽能轉化為電能;
D.四是光力轉換,把太陽能轉化為機械能
【答案】D。
【解析】A.一是光熱轉換,例如用太陽能集熱器把水加熱,是太陽能轉化成水的內能,使水溫度升高;故A正確,不符合題意;
B.二是光化轉換,把太陽能轉化為化學能,例如植物利用太陽能進行光合作用,故B正確,不符合題意;
C.三是光電轉換,例如太陽能電池板將太陽能轉化為電能,故C正確,不符合題意;
D.四是光力轉換,把太陽能不能直接轉化為機械能,只能通過電能才能實現二次轉換,故D錯誤,符合題意。故選D。
【變式4-2】如圖所示,是“風光互補”景觀照明燈,它“頭頂”小風扇,“肩扛”電池板,“腳踩”蓄電池,“腰”挎照明燈,下列解釋合理的是(  )。
A.光電池板是將光能轉化為電能;
B.照明燈是將光能轉化電能;
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
【答案】A。
【解析】A.這種“風光互補”照明燈,“肩扛”太陽能電池板可以把太陽能轉化為電能,故A符合題意;
B.照明燈消耗電能而發光,是將電能轉化為光能,故B不符合題意;
C.“頭頂”的小風扇可以把風能轉化為電能,這樣只要有風,這種燈也可以發電,填補了陰天和晚上不能發電的空白,有利于晚上照明使用,故C不符合題意;
D.蓄電池在夜晚放電時,將化學能轉化為電能,故D不符合題意。故選A。
考向05 可再生能源與不可再生能源
【例5】列能源,屬于不可再生能源的是( )。
A. 煤炭 B. 太陽能 C. 風能 D. 地熱能
【答案】A。
【解析】A.煤炭是千百年前動植物遺體掩埋在地下形成的,短時間無法形成,會越用越少,故是不可再生能源,故A符合題意;
B.太陽能的壽命還有50億年,是取之不盡用之不竭的,故是可再生能源,故B不符合題意;
C.空氣流動形成了風,只要有太陽,就會形成溫度差,就會造成空氣流動,形成風能,故風能也是取之不盡用之不竭的,故是可再生能源,故C不符合題意;
D.地熱能是因為地殼處于巖漿上而獲得能量,是取之不盡用之不竭,故D不符合題意。故選A。
【變式5-1】小明發現路旁有“神奇”路燈(如圖),它可以“自己”白天發電并儲存起來用于晚上照明,白天在太陽能電池處發生的能量轉化是:________;晚上在蓄電池處發生主要的能量轉化是:________。
【答案】太陽能(光能)轉化為電能;化學能轉化為電能。
【解析】[1][2]白天,太陽能電池板太陽能轉化為電能,這種能量通過再次轉化電池的化學能儲存在大容量蓄電池內;晚上,路燈開始工作。即蓄電池給路燈供電,此時將電池的化學能轉化為電能,而后再轉化為路燈的光能。
【變式5-2】使用下列哪種能源對環境污染最小(  )。
A.煤 B.石油 C.天然氣 D.太陽能
【答案】D。
【解析】A.煤燃燒時生成一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮等物質,對環境污染不是最小,故A不符合題意;
B.石油燃燒會產生碳氫化合物、氮的氧化物等,能污染環境,對環境污染不是最小,故B不符合題意;
C.天然氣的主要成分是碳,燃燒時可能產生一氧化碳、含碳顆粒等煙塵,對環境污染不是最小,故C不符合題意;
D.太陽能是清潔能源,對環境無污染,對環境污染最小,故D符合題意。故選D。
考向06 能源與可持續發展
【例6】我國在城市建設和鄉村振興計劃中,重視環境保護和新能源的開發利用。下面列舉的項目中,不屬于新能源開發的是(  )。
A. 太陽能發電 B. 風力發電 C. 核能發電 D. 燃煤發電
【答案】D。
【解析】新能源是指傳統能源之外的各種能源形式,是指剛開始開發、利用或正在積極研究并有待推廣的能源,如太陽能、地熱能、風能、海洋能、生物質能和核能等,燃煤不屬于新能源。故選D。
【變式6-1】2020年世界環境日中國宣傳主題是“美麗中國,我是行動者”。下列做法與這一主題不相符的是(  )。
A.垃圾分類投放 B.野炊明火燒烤
C.節約用電 D.堅持綠色出行
【答案】B。
【解析】A.垃圾分類投放,有利于環境保護,還可以廢物再利用,符合主題,故A不符合題意;
B.野炊明火燒烤,燒烤生成有害氣體和煙塵,做法與這一主題不相符,不符合主題,故B符合題意;
C.節約用電既能減少化石能源的消耗,又能減少污染物的排放,有利于環境保護,符合主題,故C不符合題意;
D.堅持綠色出行,減少汽車排放尾氣產生污染,有利于環境保護,符合主題,故D不符合題意。
故選B。
【變式6-2】全球變暖已是大家非常關注的一種現象,它會給人類帶來一系列的不利影響。下列現象不是由全球變暖帶來的是(  )。
A.海平面上升 B.春天來了桃花盛開
C.溫度和降水的變化影響到作物產量 D.高溫天氣導致人類發病率增加
【答案】B。
【解析】ACD.全球氣候變暖導致海平面上升,溫度和降水的變化影響到作物產量,對人體的生理活動有害,高溫天氣導致人類發病率增加,故ACD不符合題意;
B.春天來了桃花盛開,是春季發生的現象,不是全球變暖帶來的,故B符合題意。故選B。

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