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第二十章 能源、材料與社會
上海科學(xué)技術(shù)出版社
義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書編寫組 編著
能量的轉(zhuǎn)化與守恒
1
復(fù)習(xí)目錄CONTENTS
能源的開發(fā)和利用
2
材料的開發(fā)和利用
3
第二十章 能源、材料與社會
提升練習(xí)
4
知識體系
第二十章 能源、材料與社會
第一節(jié) 能量的轉(zhuǎn)化與守恒
第二十章 能源、材料與社會
知識一、多種形式的能量
能量種類 概述
機(jī)械能
機(jī)械能包括動(dòng)能和勢能（勢能包括重力勢能和彈性勢能）
電能
發(fā)電機(jī)或電池等電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，電流通過用電器把電能轉(zhuǎn)化為人們需要的能量形式
物體內(nèi)所有分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能以及分子勢能的總和就是物體的內(nèi)能。一切物體都有內(nèi)能。
內(nèi)能
知識一、多種形式的能量
能量種類 概述
化學(xué)能
由于化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的能量
核能
由于核反應(yīng)，物質(zhì)的原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而釋放的能量。核電站工作、核彈爆炸的能量都來自核能
太陽輻射向地球傳遞的巨大的能量
太陽能
知識二、能量的轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化
1. 能量的轉(zhuǎn)移
同種形式的能量在不同物體之間或同一物體的不同部分之間發(fā)生轉(zhuǎn)移，稱為能量的轉(zhuǎn)移。
2. 能量的轉(zhuǎn)化
（1）能量轉(zhuǎn)化的過程是一種形式的能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程。
（2）不同形式的能量可以在一定條件下相互轉(zhuǎn)化。
3. 地球上能量的來源
我們生產(chǎn)、生活中利用的能量大都來自太陽能。太陽輻射向地球傳遞了巨大的能量。
知識三、能量守恒定律
1. 能量守恒定律的內(nèi)容
能量既不會消滅，也不會創(chuàng)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到其他物體，而能的總量保持不變。
2. 對能量守恒定律的理解
（1）能量守恒定律的普遍性
能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一 。 自然界中的一切變化過程，只要有能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化，都遵循能量守恒定律。
（2）能量守恒定律包括“能量轉(zhuǎn)化”和“能量轉(zhuǎn)移”兩個(gè)方面。
（3）能量守恒定律的成立是無條件的
能量從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，一種形式的能量減少多少，其他形式的能量就會増加多少；能量從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上，一個(gè)物體的能量減少多少，另一個(gè)物體的能量就増加多少。能量的總量保持不変。
知識三、能量守恒定律
3. 能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的方向性
（1）能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化是有方向性的。
（2）永動(dòng)機(jī)的失敗是由于違反了能量守恒定律。
一種“永動(dòng)機(jī)”的設(shè)想
剎車時(shí)，機(jī)械能、內(nèi)能無法再轉(zhuǎn)化回可以被利用的能源。
【例題1】熱機(jī)的特點(diǎn)是將燃料燃燒獲得內(nèi)能，然后通過做功驅(qū)動(dòng)機(jī)器。它們都是利用了儲存在燃料中的（　　）
A．勢能 B．電能
C．化學(xué)能 D．機(jī)械能
C
所有的燃料都儲存了化學(xué)能，而熱機(jī)工作的過程是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，再通過做功的方式將內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的過程，故ABD不符合題意，C符合題意。
題型訓(xùn)練
故選C。
題型一、判斷能量形式
【例題2】圖中能量的轉(zhuǎn)化相同的是（　 　）
A．甲、乙 B．甲、丙 C．乙、丙 D．乙、丁
B
由甲圖可知，是汽油機(jī)的壓縮沖程，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
由乙圖可知，塞子飛出，將水和水蒸氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為塞子的機(jī)械能。
由丙圖可知，小朋友滑滑梯，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
由丁圖可知，電熱水壺?zé)枰碾娔埽菍㈦娔苻D(zhuǎn)化為水的內(nèi)能。
綜上所述，甲丙兩圖中，能量轉(zhuǎn)化相同，故ACD不符合題意，B符合題意。
題型訓(xùn)練
題型二、能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的判斷
故選B。
【例題3】下列說法中錯(cuò)誤的是（　　）
A．能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中總會有損耗，但能量的總量保持不變
B．永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定律，所以不能制作出來
C．各種形式的能在一定條件下都可以相互轉(zhuǎn)化
D．做功改變物體的內(nèi)能是同一形式的能的轉(zhuǎn)移
D
A．根據(jù)能星守恒定律可知，能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中總會有損耗，但所有能量的總量保持不變，故A正確，不符題意；
B．永動(dòng)機(jī)工作過程中有能量的轉(zhuǎn)化，永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定律，所以不能制作出來，故B正確，不符合題意；
題型訓(xùn)練
題型三、能量守恒定律的理解
C．自然界中各種不同的能量可以相互轉(zhuǎn)化，故C正確，不符合題意；
D．做功改變物體的內(nèi)能是不同形式的能的相互轉(zhuǎn)化，如兩只手掌相互摩擦生熱就是機(jī)械能轉(zhuǎn)化內(nèi)能，，故D錯(cuò)誤，符合題意。
故選D。
題型訓(xùn)練
題型四、對能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化方向性的理解
【例題4】汽車在剎車過程中，因摩擦將_____能轉(zhuǎn)化為地面、輪胎和空氣的 _______。轉(zhuǎn)化后，這些能將無法再自動(dòng)轉(zhuǎn)化為使汽車行駛所需要的能量，這種現(xiàn)象說明能量的轉(zhuǎn)化具有_______性，但在能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中，能的總量保持________ 。
汽車剎車時(shí)，機(jī)械能在減小，故因摩擦將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為地面、輪胎和空氣的內(nèi)能；且能量的轉(zhuǎn)化具有方向性，是不可逆的過程；但能的總量是保持不變的。
內(nèi)能
不變
機(jī)械
方向
第二節(jié) 能源的開發(fā)和利用
第二十章 能源、材料與社會
知識一、能源與社會
能源種類 來源（形成）
1. 常見的能源
化石能源
煤、石油、天然氣，是千百萬年前埋在地下的動(dòng)、植物經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代形成的
生物質(zhì)能
自然界中有生命的物質(zhì)提供的能量。食物分解和柴薪燃燒等都能提供生物質(zhì)能
由太陽輻射提供的能量，主要表現(xiàn)就是常說的太陽光線
太陽能
知識一、能源與社會
能源種類 來源（形成）
水能、風(fēng)能
由自然界中的流水和流動(dòng)的空氣提供的能量
地?zé)崮?br/>由地球內(nèi)部提供的一種內(nèi)能，來自地球內(nèi)部的熔巖
由其他形式的能轉(zhuǎn)化而成
供各種用電器使用的能源
電能
知識一、能源與社會
分類 概念 實(shí)例
一次能源
可直接從自然
界獲得的能源
太陽能、電能、風(fēng)能、水能、潮汐能、地?zé)崮艿?br/>化石能源、風(fēng)能、水能、太陽能、地?zé)崮堋⒑四堋⒊毕艿?br/>煤、石油、柴薪等
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
電能、酒精、木炭、煤氣、柴油、液化氣、氫氣、汽油等
按照對環(huán)境的影響
清潔能源
污染能源
使用時(shí)對環(huán)境沒有污
染或污染較輕的能源
使用時(shí)對環(huán)境污
染較重的能源
　2. 能源的分類
按照獲
取方式
知識一、能源與社會
分類 概念 實(shí)例
常規(guī)能源
人類已經(jīng)利用多年的能源
煤、石油、天然氣等
化石能源，核能等
煤、石油、天然氣及水能等
風(fēng)能、水能、太陽能、生物質(zhì)能、地?zé)崮堋⒊毕艿?br/>新能源
人類新近才開始利用的能源
核能、太陽能、潮汐能、地?zé)崮堋L(fēng)能、生物質(zhì)能等
按照是否可再生
不可再
生能源
可再
生能源
越用越少，不能在短期內(nèi)
從自然界得到補(bǔ)充的能源
可以在自然界里源源
不斷地得到的能源
按照人類開發(fā)早晚
知識一、能源與社會
3. 人類利用能源的歷程
能源利 用歷程 代表事件 能源利用簡介 意義 能量
轉(zhuǎn)化
火的利用
鉆木取火是從利用自然火到利用人工火的轉(zhuǎn)變，開啟了以柴薪作為主要能源的時(shí)代。現(xiàn)在，柴薪仍是某些地區(qū)的重要生活能源.
蒸汽機(jī)的發(fā)明是人類利用能量的新里程碑。人類從此逐步以機(jī)械動(dòng)力大規(guī)模代替人力和畜力，導(dǎo)致了第二次能源革命，使人類進(jìn)入工業(yè)化社會。化石能源是當(dāng)今世界的主要能源
第一次能源
革命的標(biāo)志，
使人支配了一種自然力
第二次能源革命的標(biāo)志，引發(fā)了世界性的工業(yè)革命
化學(xué)能→內(nèi)能
化學(xué)能→內(nèi)能→機(jī)械能
蒸汽機(jī)的應(yīng)用
鉆木取火
化石能源的利用
知識一、能源與社會
能源利用 歷程 代表事件 能源利用簡介 意義 能量
轉(zhuǎn)化
電能的 利用
19世紀(jì)以來，電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，發(fā)明了發(fā)電機(jī)，使煤、石油等化石能源轉(zhuǎn)換成更加便于輸送和利用的電能。電能最終通過用電器轉(zhuǎn)化為光能、內(nèi)能、機(jī)械能等其他形式的能，為人類所用.
20世紀(jì)40年代，科學(xué)家發(fā)明了可以控制核能釋放的裝置——核反應(yīng)堆，拉開了以核能為代表的新能源利用的序幕.
電能的利用是人類進(jìn)人現(xiàn)代文明社會的標(biāo)志
第三次能源革命的標(biāo)志，開始了開發(fā)利用核能的新紀(jì)元
機(jī)械能→電能
核能→電能
核能發(fā)電
電能支撐的城市
核能的
利用
知識二、能源與環(huán)境
能源的大量開發(fā)和使用對環(huán)境造成了一系列的影響
影響 解讀
空氣污染、 溫室效應(yīng)、酸雨、
地質(zhì)影響
有害輻射
廢物污染
熱污染
燃燒煤、石油、天然氣等燃料會產(chǎn)生大量的CO2、 SO2、氮氧化合物等物質(zhì)，除造成空氣污染和加劇溫室效應(yīng)外，還會形成酸雨，導(dǎo)致水、土壤酸化，對植物、建筑物、金屬構(gòu)件等造成危害
過分依靠柴薪能源加劇了水土流失和沙漠化
核能的開發(fā)和利用，核廢料處理不當(dāng)或遇到特殊情況（如地震）時(shí)，也有造成有害輻射的可能
煤、柴薪等能源在使用后，會產(chǎn)生廢物、廢渣等，對環(huán)境也會造成一定的污染
化石能源產(chǎn)生了大量的內(nèi)能，其中相當(dāng)一部分沒有被利用，汽車尾氣就是造成城市熱島效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn)字?br/>知識三、開發(fā)新能源
1. 太陽能
（1）太陽能的優(yōu)點(diǎn)
① 太陽能的“儲量”十分巨大，取之不盡，用之不竭；
② 太陽能分布廣闊，不需要運(yùn)輸，投入小，收益太；
③ 太陽能是一種清潔能源，使用時(shí)不會帶來汚染；
④ 使用方便、安全.
（2）太陽能的直接利用
① 把太陽能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
實(shí)質(zhì)上是光熱轉(zhuǎn)換。例如 ，生活中的太陽能熱水器、太陽房 、太陽灶、太陽能溫室 ，生產(chǎn)中的太陽能干燥系統(tǒng)、太陽能冶煉、太陽能土壤消毒殺菌技術(shù)，太陽能空調(diào)與太陽能建筑等。
② 把太陽能轉(zhuǎn)化為電能
實(shí)質(zhì)上是光電轉(zhuǎn)換。如太陽能電池，太陽能電池可以有效吸收太陽能，并將其轉(zhuǎn)化成電能，它是用半導(dǎo)體硅、硒等材料制作成的將太陽的光能轉(zhuǎn)化為電能的器件，可做人造衛(wèi)星、航標(biāo)燈、交通信號燈等的電源。現(xiàn)在不少城市開始使用太陽能路燈，有些家用燈具也使用太陽能電池。
知識三、開發(fā)新能源
（3）太陽能的間接利用
人類開發(fā)利用的地球上的煤、石油 、天然氣和生物質(zhì)能等，都是太陽能長期轉(zhuǎn)化積累形成的；風(fēng)能、水能實(shí)質(zhì)上也是由太陽能轉(zhuǎn)化而來的。
知識三、開發(fā)新能源
2. 核能
由于原子核的變化而釋放出的巨大能量叫做核能。核能的開發(fā)和利用采用以下兩種方式：一種是利用核裂變釋放能量；另一種是利用核聚變釋放能量。
（1）核裂變
① 概念：較重的原子核裂變?yōu)檩^輕的原子核的一種核反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，鈾原子核在中子的轟擊下將會產(chǎn)生裂變反應(yīng)。每一個(gè)鈾原子核的裂變除了要產(chǎn)生大量的熱量以外，還要產(chǎn)生2到3個(gè)以上的中子。
② 釋放能量巨大：原子核在裂變時(shí)，能夠釋放出巨大的能量。1kg鈾全部裂變，釋放的能量超過 2000t 煤完全燃燒時(shí)釋放的能量。
知識三、開發(fā)新能源
③鏈?zhǔn)椒磻?yīng)
用中子轟擊鈾 235原子核 ，鈾核分裂時(shí)釋放出核能，同時(shí)還會產(chǎn)生幾個(gè)新的中子，這些中子又會轟擊其他鈾核，使其他鈾核發(fā)生裂變……于是就導(dǎo)致一系列鈾核持續(xù)裂變，并釋放出大量的核能。
④ 核電站
核電站利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)備是核反應(yīng)堆。 核反應(yīng)堆中發(fā)生的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是可控的，能緩慢地釋放出核能。能量轉(zhuǎn)化：核能→內(nèi)能→機(jī)械能→電能。
⑤ 原子彈
鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不加控制，大量原子核就會在一瞬間發(fā)生裂變，釋放出巨大的能量。
（2）核聚變
①概念：核聚變是較輕的原子核結(jié)合成為較重的原子核的一種核反應(yīng)。它是產(chǎn)生核能的另一種方式。
②聚變的應(yīng)用
氫彈就是利用核聚變原理制造的一種威力比原子彈還要大得多的核武器。太陽內(nèi)部時(shí)刻進(jìn)行著大規(guī)模的聚變，并以電磁波的形式向外釋放核能，這就是太陽能的來源。
知識三、開發(fā)新能源
3. 地?zé)崮?br/>地球內(nèi)部熱量透過巖層向外釋放，這種“大地?zé)崃鳌碑a(chǎn)生的能量稱為地?zé)崮堋?目前世界上巳有近二百座地?zé)犭娬就度脒\(yùn)行。 地?zé)崮芴N(yùn)藏量非常豐富，可供人類消耗幾百億年，是取之不盡、用之不竭的清潔能源。
4. 潮汐能
潮汐是由于月球、太陽對地球的引力作用而產(chǎn)生的。 潮汐能可用于發(fā)電，且成本低，污染少，是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ男履茉础?br/>5. 風(fēng)能
風(fēng)能是指空氣高速流動(dòng)的能量。風(fēng)能可以用來發(fā)電。
知識三、開發(fā)新能源
題型訓(xùn)練
題型一、能源及其分類
【例題1】出行是人們工作、生活必不可少的環(huán)節(jié)，出行的工具多種多樣，使用的能源也不盡相同．自行車、太陽能汽車和電力機(jī)車消耗的能量類型分別是（ ）
①生物能； ②核能； ③電能； ④太陽能； ⑤化學(xué)能
A．①③⑤ B．①④③
C．①②③ D．①③④
自行車使用時(shí)靠人力驅(qū)動(dòng)，消耗人的生物能；太陽能汽車消耗太陽能；電力機(jī)車消耗的能源是電能。
故選B．
B
題型訓(xùn)練
題型一、能源及其分類
【例題2】北京冬奧會場館使用“綠電”辦奧。綠電的主要來源為太陽能、風(fēng)力、生質(zhì)能、地?zé)岬龋铝邪l(fā)電方式中，利用不可再生能源發(fā)電的是（　　）
A．風(fēng)力發(fā)電站 B．三峽水電站 C．敦煌光熱電站 D．大亞灣核電站
ABC．能夠源源不斷的從自然界獲得的能源是可再生能源，無法在短期內(nèi)再生的能源是不可再生能源。風(fēng)能、水能、太陽能都能源源不斷從自然界獲得，因此風(fēng)力發(fā)電站、三峽水電站、敦煌光熱電站都是利用可再生能源發(fā)電的，故ABC不符合題意；
D．核能不能從自然界源源不斷獲得，也不能重復(fù)利用，是不可再生能源，故大亞灣核電站是利用不可再生能源發(fā)電的，故D符合題意。
D
故選D．
A B C D
題型訓(xùn)練
【例題3】近幾年我國新能源汽車的普及率越來越高。關(guān)于能源與能量，下列說法正確的是（　　）
A．新能源汽車的能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到100%
B．面對能源危機(jī)，我們應(yīng)合理開發(fā)新能源
C．能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移是沒有方向性的
D．新能源汽車對環(huán)境不會造成破壞
A．額外功無法避免，新能源汽車的能量轉(zhuǎn)換效率不可能達(dá)到100%，故A錯(cuò)誤；
B．面對能源危機(jī)，我們應(yīng)合理開發(fā)新能源，利用太陽能、風(fēng)能等，故B正確；
C．能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移是有方向性的，例如熱量不能自發(fā)的從低溫物體傳遞給高溫物體，故C錯(cuò)誤；
D．新能源汽車也會對環(huán)境造成破壞，例如新能源汽車在制造過程中，如電池的制造和回收，可能會產(chǎn)生一定的環(huán)境影響，故D錯(cuò)誤。
B
題型二、能源的使用對環(huán)境的影響
故選B．
題型訓(xùn)練
【例題4】下列做法符合“綠色環(huán)保，節(jié)能減排”理念的是（　　）
A．隨手關(guān)燈 B．電器長期處于待機(jī)狀態(tài)
C．廢舊電池隨意丟棄 D．夏天，將空調(diào)溫度調(diào)到18℃以下
A．隨手關(guān)燈可節(jié)約能源，符合“綠色環(huán)保，節(jié)能減排”理念，故A符合題意；
B．電器長期處于待機(jī)狀態(tài)，造成了電能的浪費(fèi)，不符合“綠色環(huán)保，節(jié)能減排”理念，故B不符合題意；
C．廢舊電池隨意丟棄會造成土壤、水源等的污染，不符合“綠色環(huán)保，節(jié)能減排”理念，故C不符合題意；
D．夏天，將空調(diào)溫度調(diào)到18℃以下，這樣會造成空調(diào)長時(shí)間工作，造成電能的浪費(fèi)，不符合“綠色環(huán)保，節(jié)能減排”理念，故D不符合題意。
A
題型二、能源的使用對環(huán)境的影響
故選A．
題型訓(xùn)練
【例題5】太陽能路燈已經(jīng)成為許多城市一道靚麗的風(fēng)景線，如圖所示的太陽能路燈，燈桿頂部是太陽能電池板，白天光線強(qiáng)時(shí)，太陽能電池板為蓄電池充電，夜晚光線弱時(shí)，蓄電池為LED照明路燈供電。LED是一種發(fā)光二極管，是由_______材料制成。白天，太陽能電池板把太陽能轉(zhuǎn)化為_____能，給蓄電池充電時(shí)，蓄電池相當(dāng)于電路中的_______（選填“電源”或“用電器”）。
LED燈泡是由多個(gè)發(fā)光二極管制成的，LED燈能發(fā)光主要使用的材料是半導(dǎo)體。
太陽能電池板消耗太陽能，并將其轉(zhuǎn)化為化學(xué)能存儲起來，故是將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。
當(dāng)太陽能電池板給蓄電池充電時(shí)，蓄電池消耗了電能，相當(dāng)于電路中的用電器。
用電器
題型三、太陽能的利用
半導(dǎo)體
化學(xué)
（1）能源的種類繁多，人們從不同角度對能源進(jìn)行分類。太陽能和風(fēng)能都屬于_______．
A．二次能源 B．可再生能源 C．不可再生能源
（2）風(fēng)力發(fā)電機(jī)是根據(jù)_________原理發(fā)電的．
（3）請你從能源利用和環(huán)境保護(hù)兩個(gè)方面談?wù)劥罅﹂_發(fā)和推廣使用太陽能的意義。
題型訓(xùn)練
【例題6】如圖所示，風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)同時(shí)安裝了風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽能電池板，有風(fēng)時(shí)通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電，有陽光時(shí)通過太陽能電池板發(fā)電，并將電能儲存至蓄電池中，供路燈照明使用．
電磁感應(yīng)
題型三、太陽能的利用
B
見解析
題型訓(xùn)練
（1）太陽能、風(fēng)能屬于可再生能源，故選B．
（2）風(fēng)力發(fā)電機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成．
（3）從能源利用角度來看，太陽能是可再生能源，所以不用擔(dān)心用完的問題，它的作用可以節(jié)約化石類燃料的使用，有利于能源的可持續(xù)供應(yīng)；從環(huán)境保護(hù)的角度看，太陽能使用中無污染，所以有利于環(huán)境的改善．
題型三、太陽能的利用
題型訓(xùn)練
題型四、核能的利用
【例題7】2011年3月11日，日本由于地震引發(fā)核電站的核泄漏．因此，引起人們對核能利用的思考和討論．下列對核能的說法中，不正確的是（ ）
A．利用核能發(fā)電比火力發(fā)電更清潔、安全、經(jīng)濟(jì)
B．能源分為可再生能源和不可再生能源，核能是可再生能源
C．核能發(fā)電的核心設(shè)備是核反應(yīng)堆
D．在利用核能發(fā)電的過程中，能量的轉(zhuǎn)化過程是：核能→內(nèi)能→機(jī)械能→電能
B
A. 核能的優(yōu)點(diǎn)是清潔、安全、經(jīng)濟(jì)，故A正確；
B. 核能是不可再生能源，故B錯(cuò)誤；
C. 核電站的核心設(shè)備是核反應(yīng)堆，故C正確；
D. 核電站能量轉(zhuǎn)化過程是：核能、內(nèi)能、機(jī)械能、電能，故D正確．
故選B。
第三節(jié) 材料的開發(fā)和利用
第二十章 能源、材料與社會
知識一、材料與社會
時(shí)代 標(biāo)志 意義
舊石器時(shí)代和
新石器時(shí)代
把木料、石頭、動(dòng)物的皮、骨等制成工具或用作生活用品
青銅器時(shí)代
冶煉青銅
以鐵為主發(fā)展出的高性能鋼鐵材料成為材料家族的主體
高性能鋼鐵時(shí)代
原始人智力發(fā)展中邁出的重要一步
青銅的利用提高了社會生產(chǎn)力，人類進(jìn)入了青銅器時(shí)代
為人類大規(guī)模制造機(jī)器提供了材料基礎(chǔ)， 開創(chuàng)了人類歷史的又一個(gè)新紀(jì)元
1. 人類社會發(fā)展經(jīng)歷的材料時(shí)代
知識一、材料與社會
2. 材料與社會的關(guān)系
材料的發(fā)展促進(jìn)了社會的發(fā)展，也為科學(xué)技術(shù)的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。同時(shí)，材料的發(fā)展及大量使用也帶來了許多資源和環(huán)境問題。
知識二、材料的導(dǎo)電性
類別 定義 導(dǎo)電或 不導(dǎo)電原因 常見物體 應(yīng)用
導(dǎo)體
絕緣體
半導(dǎo)體
1. 導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體
容易導(dǎo)
電的物體
不容易導(dǎo)
電的物體
導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物體
內(nèi)部有大量可自由移動(dòng)的電荷
內(nèi)部幾乎沒有能自由移動(dòng)的電荷
自由電荷數(shù)量受光、溫度、壓強(qiáng)等因素的影響
金屬、酸堿鹽溶液、石墨、大地
玻璃、橡膠、陶瓷、塑料、油、空氣
制作傳導(dǎo)電流的電線
隔離帶電體
現(xiàn)代電子
科技產(chǎn)品中
硅、鍺、砷化鎵
知識二、材料的導(dǎo)電性
2. 半導(dǎo)體元件
半導(dǎo)體材料可以制成二極管、三極管等半導(dǎo)體元件和集成電路。
（1）二極管
外形及電路圖中的符號如圖所示。有兩根引線，一根是正極，一根是負(fù)極。
（2）二極管具有單向?qū)щ娦?br/>（3）發(fā)光二極管（LED）
發(fā)光二極管在導(dǎo)電時(shí)發(fā)光，不同的發(fā)光二極管可以發(fā)出不同顏色的光。
知識二、材料的導(dǎo)電性
1. 超導(dǎo)材料
（1）超導(dǎo)現(xiàn)象
1911年，昂內(nèi)斯（H. K. Onnes）在研究汞電阻隨溫度的變化時(shí)，觀察到在溫度降低到 4.2K（-268.8℃）時(shí)汞的電阻值突然降低到幾乎為零，從而發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。
汞電阻隨溫度變化的圖線
（2）超導(dǎo)體
發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的材料叫超導(dǎo)材料。物質(zhì)的電阻變?yōu)榱銜r(shí)的溫度叫做這種物質(zhì)的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度或超導(dǎo)臨界溫度。
不同物質(zhì)的超導(dǎo)臨界溫度不同。
知識二、材料的導(dǎo)電性
（3）超導(dǎo)材料的特性和應(yīng)用前景
① 超導(dǎo)輸電：超導(dǎo)材料處于超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)電阻為零，能夠無損耗地傳輸電能，這意味著用細(xì)電線就可以輸送極大的電流。
② 超導(dǎo)磁浮：用超導(dǎo)磁浮特性可以實(shí)現(xiàn)交通工具的無摩擦運(yùn)行，可以大大提高交通工具的運(yùn)行速度。
③ 超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)：用超導(dǎo)材料做導(dǎo)線制作發(fā)電機(jī) 、電動(dòng)機(jī)的線圈，線圈不會發(fā)熱，可以大大提高發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的效率。
④超導(dǎo)計(jì)算機(jī)：將超導(dǎo)體應(yīng)用于電子工業(yè)，在低溫環(huán)境中大大減小這些電子元件的體積和能耗（因不必考慮散熱問題，超導(dǎo)電子元件可以做得很小）。
知識二、材料的導(dǎo)電性
2. 納米材料
（1）概念：納米材料統(tǒng)指合成材料的基本單元大小限制在1～100nm范圍內(nèi)的材料，這大約相當(dāng)于10～1000個(gè)原子緊密排列在一起的尺度。
（2） 特性：納米材料除了其基本單元的尺度小以外，在力、 熱、聲、光、電、磁等方面還表現(xiàn)出許多特殊的性能， 如它可以大大提高材料的強(qiáng)度和硬度，降低燒結(jié)溫度，提高材料的磁性等。
（3）應(yīng)用
①研制納米尺度的微小機(jī)器；
②用納米材料制作的導(dǎo)線能大大提高計(jì)算機(jī)的性能，縮小計(jì)算機(jī)芯片的體積；
③用納米技術(shù)做成的所謂量子磁盤能増大存儲容量。
【例題1】我國首個(gè)火星探測器“天問一號”在火星著陸時(shí)，其表面溫度超過1200℃。為應(yīng)對這種“極熱”考驗(yàn)，我國科學(xué)家在探測器的表面涂有自主研發(fā)的氣凝膠材料。說明這種氣凝膠材料的（　　）
A．隔熱性好 B．導(dǎo)熱性好
C．導(dǎo)電性強(qiáng) D．延展性強(qiáng)
A
題型訓(xùn)練
題型一、材料的應(yīng)用
由題意可知，氣凝膠材料使用在火星探測器“天問一號”的表面，用來保護(hù)內(nèi)部元件的，防止內(nèi)部元件因高溫?fù)p壞，說明這種氣凝膠材料的隔熱性好。故BCD不符合題意，A符合題意。
故選A。
題型訓(xùn)練
【例題2】廢物利用是節(jié)約資源的重要手段。下列廢物再加工后，最適合做電工鉗柄外套的是（ ）
A．廢銅 B．廢鐵
C．廢橡膠 D．廢紙殼
ABC．適合作為電工螺絲刀手柄材料的是絕緣體，廢鐵、廢銅是導(dǎo)體，橡膠是絕緣體，故AB不符合題意，C符合題意；
D．廢紙殼在受力的情況下容易變形而遭到破壞，不耐用，而且遇到明火容易被引燃，所以不適合用來做電工鉗柄外套，故D不符合題意。
故選C．
C
題型一、材料的應(yīng)用
題型訓(xùn)練
題型二、認(rèn)識材料的導(dǎo)電性
【例題3】如圖所示的滑動(dòng)變阻器上標(biāo)記的各部件中，通常情況下，屬于絕緣體的是（　　）
A．金屬桿 B．瓷筒
C．電阻絲 D．金屬滑片
ACD．金屬桿、電阻絲和金屬滑片的材料是金屬，容易導(dǎo)電，屬于導(dǎo)體，故ACD不符合題意；
B．瓷筒的材料是陶瓷，不容易導(dǎo)電，屬于絕緣體，故B符合題意。
故選B。
B
題型訓(xùn)練
題型二、認(rèn)識材料的導(dǎo)電性
【例題4】小明按導(dǎo)電性能的強(qiáng)弱將材料分為四類，關(guān)于這四類材料的相互關(guān)系及性能下列論述正確的是（　　）
A．由于超導(dǎo)體沒有電阻，所以沒有任何實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值
B．在一定的條件下，導(dǎo)體和絕緣體之間可以相互轉(zhuǎn)化
C．硅、鍺、銅等是重要的半導(dǎo)體材料有著廣泛的應(yīng)用
D．金屬長導(dǎo)線的電阻一定比金屬短導(dǎo)線的電阻大
B
題型訓(xùn)練
題型二、認(rèn)識材料的導(dǎo)電性
A．若用超導(dǎo)體材料制作輸電導(dǎo)線，因?qū)Ь€沒有電阻，輸電過程中的電能沒有損失，故A錯(cuò)誤；
B．導(dǎo)體之所以容易導(dǎo)電，是因?yàn)閷?dǎo)體內(nèi)存在大量的自由電荷，常溫下，玻璃不容易導(dǎo)電，屬于絕緣體，但燒紅的玻璃能導(dǎo)電，這說明導(dǎo)體和絕緣體之間在一定的條件下可以相互轉(zhuǎn)化，故B正確；
C．銅具有良好的導(dǎo)電性，可制成導(dǎo)線，它不是半導(dǎo)體材料，故C錯(cuò)誤；
D．導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的材料、長度和橫截面積有關(guān)，只比較長短無法確定電阻的大小，故D錯(cuò)誤。
故選B。
題型訓(xùn)練
題型三、半導(dǎo)體材料的應(yīng)用
【例題5】如圖為北京冬奧會開幕式上的大雪花。它由96塊小雪花形態(tài)和6塊橄欖枝形態(tài)的LED雙面屏創(chuàng)意組成，采用雙面鏤空設(shè)計(jì)，嵌有55萬余顆LED燈珠。制作LED燈的核心材料是（　　）
A．超導(dǎo)體 B．半導(dǎo)體
C．導(dǎo)體 D．絕緣體
B
LED的核心材料是用硅等半導(dǎo)體材料做的，工作時(shí)發(fā)熱量很小，發(fā)光效率很高，故ACD不符合題意，B符合題意。
故選B。
【例題6】2023年3月8日，某科學(xué)團(tuán)隊(duì)宣稱研制出室溫超導(dǎo)。如果這項(xiàng)技術(shù)成功，它將可以用于下列哪個(gè)用電器（　　）
A．電熱毯 B．電熨斗
C．電動(dòng)機(jī) D．電熱水器
C
題型訓(xùn)練
題型四、超導(dǎo)材料的性質(zhì)及應(yīng)用
超導(dǎo)體的電阻接近于0，所以只能運(yùn)用于電動(dòng)機(jī)，減小能量損耗，故C符合題意，ABD不符合題意。
故選C。
【例題7】納米陶瓷作為高科技材料應(yīng)用廣泛，它具有耐磨、耐腐蝕、耐高溫、防浸透、完全無磁性等特點(diǎn)，但它不可用于下列哪項(xiàng)技術(shù)中（　　）
A．納米陶瓷刀 B．銀行卡芯片
C．“嫦娥二號”外表涂層 D．裝濃硫酸的容器
B
題型訓(xùn)練
故選B。
題型五、納米材料的性質(zhì)及應(yīng)用
A．納米陶瓷耐磨，可用于納米陶瓷刀，故A不符合題意；
B．銀行卡芯片是電子線路，納米陶瓷不是導(dǎo)體，所以不能用納米陶瓷來做，故B符合題意；
C．納米陶瓷耐高溫，可用作“嫦娥二號”外表涂層；故C不符合意題；
D．納米陶瓷耐腐蝕，可用作裝濃硫酸的容器，故D不符合題意。
提升練習(xí)
第二十章 能源、材料與社會
1. 研究能源利用，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展已成為21世紀(jì)世界各國共同的任務(wù)。能源按不同的分類方式可進(jìn)行不同分類。下列四組能源中，能歸入圖示陰影部分的一組是（ ）
A．煤炭、地?zé)崮堋⒄託?br/>B．太陽能、風(fēng)能、海洋能
C．水能、木柴、天然氣
D．石油、海洋能、核能
B
提升練習(xí)
故選B。
A．地?zé)崮苁莵碜杂趤碜缘厍騼?nèi)部的熔巖的能量，不是來自太陽輻射的能量；
B．太陽能、風(fēng)能、海洋能都是來自于太陽輻射的能量，都屬于可再生可直接獲取的一次能源；
C．木柴不屬于新能源；D．石油不是新能源，核能屬于二次能源．
2. 近年來，全球都在密切關(guān)注能源、信息和材料的研究。下列相關(guān)說法正確的是（　　）
A．太陽能、風(fēng)能、可燃冰都是可再生能源
B．光纖通信是利用激光在光導(dǎo)纖維中不斷折射傳遞信息的
C．手機(jī)芯片的核心部分主要是由絕緣體材料制成的
D．核電站是利用核裂變釋放的核能發(fā)電的
D
故選D。
A．太陽能、風(fēng)能可從自然界不斷獲取，是可再生能源，可燃冰不是，故A錯(cuò)誤；
B．光纖通信是利用激光在光導(dǎo)纖維中不斷反射傳遞信息的，故B錯(cuò)誤；
C．手機(jī)芯片的核心部分主要是由半導(dǎo)體材料制成的，故C錯(cuò)誤；
D．利用核能的方式有核裂變和核聚變，核電站是利用核裂變釋放的核能發(fā)電的，故D正確。
提升練習(xí)
3. 下列有關(guān)能源的說法，正確的是（　 　）
A．太陽能、風(fēng)能、石油都屬于可再生能源
B．核電站發(fā)電利用的是核聚變，將核能轉(zhuǎn)化為電能
C．中科院利用太陽釋放能量的原理研發(fā)出了“小太陽”，利用的是核聚變
D．光電池將光能直接轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
C
故選C。
A．煤、石油、天然氣是化石能源，化石能源短期內(nèi)不能從自然界得到補(bǔ)充，不屬于可再生能源，故A錯(cuò)誤；
B．目前世界上的核電站發(fā)電利用的都是可控核裂變技術(shù)，故B錯(cuò)誤；
C．太陽內(nèi)部發(fā)生的是核聚變，“小太陽”利用核聚變釋放能源，故C正確；
D．光電池將光能轉(zhuǎn)化為電能后，又轉(zhuǎn)化為化學(xué)能存儲在電池中，故D錯(cuò)誤。
提升練習(xí)
（1）若閉合開關(guān)LED發(fā)光，能判斷出蓄電池有電，且a端為蓄電池的 ____ 極；
（2）若閉合開關(guān)LED不發(fā)光，還應(yīng)該進(jìn)行怎樣的實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行判斷？
4. 發(fā)光二極管是一種電子元件，簡稱為LED。圖甲是一種LED，它的兩根引腳中較長的為正極，較短的為負(fù)極。當(dāng)電流由正極經(jīng)過LED流向負(fù)極時(shí)，LED發(fā)光；反之，電流不能從負(fù)極流向正極，LED不會發(fā)光。現(xiàn)有一舊的蓄電池，它的正、負(fù)極標(biāo)示不清楚了，且不知是否“有電（能給用電器提供電壓）”。某同學(xué)連接了如圖乙所示的電路，用來判斷蓄電池是否“有電”，若蓄電池“有電”還能判斷出其正負(fù)極。
負(fù)
見解析
提升練習(xí)
（1）發(fā)光二極管有單向?qū)щ娦裕L腳為正極，短腳為負(fù)極，乙所示的電路，閉合開關(guān)，LED發(fā)光，說明電流是由靠近LED正極的電源的b端流出，依次經(jīng)過電阻、LED、開關(guān)，最后回到電源的a端，則a端是蓄電池的負(fù)極。
（2）若閉合開關(guān)LED不發(fā)光，有可能是LED的正極接了電源的負(fù)極，此時(shí)電流不能從負(fù)極流向正極，LED不會發(fā)光，要準(zhǔn)確判斷電源是否“有電”，要將LED的正負(fù)極接線柱的位置對調(diào)，重新連接，看LED是否能發(fā)光。
提升練習(xí)
5. 我國的烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩、三峽、葛洲壩水電站實(shí)現(xiàn)聯(lián)合調(diào)度，標(biāo)志著世界最大的“清潔能源走廊”已形成。水力發(fā)電是將水的______能轉(zhuǎn)化為電能，水能是_______ （選填“可再生”或“不可再生”）能源，水電站年均發(fā)電量可達(dá)1.08×1018J，若這些電量改用煤進(jìn)行火力發(fā)電，效率為40%，煤的熱值為3.0×107J/kg ，則需要用煤________ 。
機(jī)械
可再生
9×1010
水力發(fā)電是通過水沖擊渦輪機(jī)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，所以是將水的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。水能能夠從大自然源源不斷的獲取，所以水能是可再生能源。
水電站年均發(fā)電量可達(dá)1.08×1018J，若這些電量改用煤進(jìn)行火力發(fā)電，效率為40%，則需要用煤
提升練習(xí)
6. 如圖所示是利用太陽能電源工作的一種新型動(dòng)力車．它上面的太陽能接收板的有效面積為8m2，天氣晴朗且接收板正對陽光時(shí)，每平方米面積上每秒鐘能接收到太陽輻射的能量為1000J，太陽能電池提供的電壓為120V，可供電動(dòng)機(jī)正常工作的電流為10A。
（1）太陽能屬于_____（選填“可”或“不可”）再生能源；
（2）太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率是_______；
（3）電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，將電能主要轉(zhuǎn)化為______能，若轉(zhuǎn)化效率是80%，且該車沿水平路面勻速行駛時(shí)所獲得的牽引力是150N，則該車勻速行駛的速度是______ m/s。
6.4
可
15%
機(jī)械
提升練習(xí)
（1）太陽能可以源源不斷的獲得，屬于可再生能源。
（2）轉(zhuǎn)化為的電能為W=UIt=120V×10A×1s=1200J
接收的太陽能總量為Q=8000J，所以太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率是
（3）電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，將電能主要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，若轉(zhuǎn)化效率是80%，則每秒鐘轉(zhuǎn)化為的機(jī)械能為1200J×80%=960J
也就是電動(dòng)機(jī)的功率為960W，根據(jù)公式P=Fv，可得該車勻速行駛的速度是
提升練習(xí)
7. 如圖是一種太陽能LED路燈的電路圖，光控開關(guān)S白天與觸點(diǎn)a接觸，太陽能電池板為蓄電池充電；晚上與觸點(diǎn)b接觸，給電路供電，平均每晚路燈工作10h。太陽光照射5h能使規(guī)格是“24V 30W”的路燈正常工作3個(gè)晚上。求：
（1）路燈正常工作時(shí)的電阻；
（2）路燈正常工作時(shí)每晚消耗的電能；
（3）若太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為18%，
求電池板吸收太陽能的功率。
19.2Ω
1kW
0.3kW h
提升練習(xí)
（1）由路燈的規(guī)格是“24V 30W”可知其正常工作時(shí)的電阻為
（2）燈正常工作時(shí)每晚消耗的電能為
W=Pt=0.03kW×10h=0.3kW h
（3）路燈正常工作3晚需消耗電能為
W'=3W=3×0.3kW h=0.9kW h
若設(shè)太陽能電池吸收太陽能的功率為 ，則有W'=18%×P't‘ 即
提升練習(xí)
8. 如圖是潮汐發(fā)電機(jī)的簡化示意圖，發(fā)電機(jī)組平均功率達(dá)到1.8×104kW。該電站在某次漲潮前水庫的水量為106m3，漲潮后水庫的水量為7×106m3，潮差為10m，整個(gè)過程持續(xù)2小時(shí)。海水密度為1.03×103kg/m3。試求：
與火力發(fā)電相比，潮汐發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)是成本低、環(huán)保
（1）潮汐發(fā)電是將海水的_______ 能轉(zhuǎn)化為電能．
（2）一次漲潮過程中發(fā)電機(jī)組可以發(fā)電多少？（g＝10N/kg）
（3）一次漲潮經(jīng)過電機(jī)組的海水的重力做功是多少？
（4）請寫出一條潮汐發(fā)電相比火力發(fā)電的優(yōu)勢．
機(jī)械
3.6×104kW h
3.09×1011 J
提升練習(xí)
（1）因海水具有很大的機(jī)械能，故潮汐發(fā)電是將海水的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；
（2）根據(jù)題意知，發(fā)電機(jī)組平均功率約是：P=1.8×104 kw，某次漲潮整個(gè)過程持續(xù)2小時(shí)，所以，這次漲潮過程中發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電能約是：
W=Pt=1.8×104 kw×2h=3.6×104 kw h
（3）由于漲潮前水庫的水量為106 m3，漲潮后水庫的水量為7×106m3，所以，增加的海水的重力是：
G=mg=ρVg=1.03×103kg/m3×(7×106 m3-106 m3)×10N/kg=6.18×1010 N
又因?yàn)槌辈顬?0m，所以上漲的海水重心上升的高度約是5m，即一次漲潮經(jīng)過電機(jī)組的海水的重力做功約是：W=Gh=6.18×1010 N×5m=3.09×1011J
（4）與火力發(fā)電相比，潮汐發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)是成本低、環(huán)保。
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