九年級(jí)物理全一冊(cè)《能源與可持續(xù)發(fā)展》單元知識(shí)清單

九年級(jí)物理全一冊(cè)《能源與可持續(xù)發(fā)展》單元知識(shí)清單一、能源家族：分類、變革與辨析（一）能源的定義與核心概念▲【基礎(chǔ)】能源是指能夠提供某種形式能量的物質(zhì)資源。它既可以是天然的自然資源，如煤炭、石油，也可以是經(jīng)過人類加工轉(zhuǎn)化而來的二次能源，如電力、汽油。理解能源概念的核心在于其“提供能量”的功能性，無論是宏觀物體的機(jī)械能，還是微觀粒子內(nèi)部的核能，只要是能夠被人類利用來做功或轉(zhuǎn)化為其他所需能量形式的來源，都可歸入能源的范疇。（二）能源的分類標(biāo)準(zhǔn)與深度解析★【高頻考點(diǎn)】依據(jù)不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)，能源可以分為多種類型，這是本單元考查的基石。1、按獲取方式分類：一次能源與二次能源【重要】一次能源是指可以直接從自然界獲取而不改變其基本形態(tài)的能源。例如：煤炭、石油、天然氣、風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮堋⒑巳剂希ㄢ櫋⑩Q）、水能、生物質(zhì)能（如木材、秸稈）等。它們是大自然賦予的原始能量載體。▲【難點(diǎn)】二次能源是指無法從自然界直接獲取，必須依靠一次能源的消耗經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換才能得到的能源。最典型的就是電能，此外還包括汽油、柴油、煤油、焦炭、煤氣、沼氣、氫能等。辨析的關(guān)鍵在于是否有“人為加工轉(zhuǎn)換”這一環(huán)節(jié)。例如，天然氣是一次能源，但通過管道輸送到家中燃燒產(chǎn)生的熱，依然是利用一次能源；而天然氣發(fā)電廠輸出的電，則是二次能源。2、按再生性分類：可再生能源與不可再生能源【基礎(chǔ)】可再生能源是指在自然界中可以源源不斷地得到補(bǔ)充，或者在較短的周期內(nèi)（相對(duì)于人類歷史）能夠再生的能源。主要包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、海洋能（潮汐能、波浪能）、地?zé)崮艿取＿@些能源本質(zhì)上大多直接或間接來源于太陽(yáng)的輻射或地球內(nèi)部的發(fā)熱。【高頻考點(diǎn)】不可再生能源是指經(jīng)過千百萬年漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代才形成，在人類歷史尺度上不可能在短期內(nèi)從自然界得到補(bǔ)充的能源。主要包括化石能源（煤炭、石油、天然氣）和核燃料（如鈾礦）。這類能源的儲(chǔ)量是有限的，隨著開采和使用終將枯竭。3、按開發(fā)應(yīng)用歷史分類：常規(guī)能源與新能源常規(guī)能源是指在當(dāng)前科技水平和生產(chǎn)條件下，已被人類大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間廣泛應(yīng)用的能源，如煤炭、石油、天然氣、水能等。新能源是指尚未被大規(guī)模利用，正在積極研究、有待推廣的能源，如核能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒊毕堋淠艿取Ｐ枰鞔_的是，常規(guī)與新能源的劃分具有時(shí)代性，例如，石油在19世紀(jì)曾被視作“新能源”。（三）人類能源利用的三次革命★【熱點(diǎn)】人類文明的進(jìn)步史，也是一部能源利用的革命史。第一次能源革命：以“鉆木取火”為標(biāo)志，人類實(shí)現(xiàn)了從利用自然火到人工取火的轉(zhuǎn)變，開始以柴薪為主要能源，推動(dòng)了原始農(nóng)業(yè)和手工業(yè)的發(fā)展。第二次能源革命：以“蒸汽機(jī)”的發(fā)明為標(biāo)志，人類將化石能源（煤）的內(nèi)能大規(guī)模轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，引發(fā)了工業(yè)革命，使人類進(jìn)入機(jī)械化時(shí)代。內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明則進(jìn)一步擴(kuò)大了對(duì)石油的依賴。第三次能源革命：以“核能”的開發(fā)利用為標(biāo)志，人類開始探索和利用原子核內(nèi)部蘊(yùn)藏的巨大能量。此外，對(duì)太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔能源的大規(guī)模開發(fā)應(yīng)用也是本次革命的重要組成部分，旨在解決能源危機(jī)和環(huán)境問題。二、核能：原子內(nèi)部的“強(qiáng)力”釋放（一）核能的本質(zhì)▲【難點(diǎn)】核能是原子核發(fā)生結(jié)構(gòu)變化（分裂或聚合）時(shí)釋放出的巨大能量。它源于原子核內(nèi)強(qiáng)大的核力作用。與燃燒化石能源釋放化學(xué)能（涉及核外電子）不同，核能涉及的是原子核內(nèi)部質(zhì)子和中子的重新組合，因此能量密度極高。（二）核能的獲取途徑★【高頻考點(diǎn)】獲取核能主要有兩條途徑：核裂變和核聚變。1、核裂變定義：用中子轟擊質(zhì)量較大的原子核（如鈾235），使其分裂成兩個(gè)或幾個(gè)質(zhì)量較小的原子核，同時(shí)釋放出巨大能量的過程。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：鈾核裂變時(shí)，除了產(chǎn)生兩個(gè)中等質(zhì)量的核外，還會(huì)釋放出23個(gè)新的中子。這些中子又能引發(fā)其他鈾核發(fā)生裂變，使裂變反應(yīng)像鏈條一樣持續(xù)不斷地自行進(jìn)行下去，這就是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。▲【考點(diǎn)辨析】應(yīng)用：如果對(duì)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不加控制，讓其在極短時(shí)間內(nèi)釋放出巨大能量，就會(huì)發(fā)生猛烈爆炸，這是制造原子彈的原理。如果通過控制棒（如鎘棒）吸收多余的中子，使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)在人工控制下平穩(wěn)、緩慢地進(jìn)行，有控制地釋放能量，這就是核電站和核潛艇等核動(dòng)力裝置的工作原理。【熱點(diǎn)】核電站的能量轉(zhuǎn)化路徑：核能（核反應(yīng)堆）→內(nèi)能（冷卻劑，如水或液態(tài)鈉，被加熱成高溫高壓蒸汽）→機(jī)械能（蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)）→電能（發(fā)電機(jī)）。整個(gè)過程遵循能量守恒定律。2、核聚變定義：在超高溫（如數(shù)百萬度以上）條件下，兩個(gè)質(zhì)量較小的原子核（如氘核和氚核）結(jié)合成質(zhì)量較大的新核（如氦核），同時(shí)釋放出巨大能量的過程。由于聚變反應(yīng)需要極高的溫度，因此也稱為熱核反應(yīng)。【基礎(chǔ)】特點(diǎn)：核聚變比核裂變釋放的能量更大，幾乎是同等質(zhì)量核燃料裂變能的45倍。其燃料（氘和氚）在海水中的儲(chǔ)量極為豐富，且聚變產(chǎn)物是穩(wěn)定的氦核，放射性污染遠(yuǎn)小于裂變。【考點(diǎn)辨析】應(yīng)用：太陽(yáng)內(nèi)部和氫彈的爆炸，就是利用了核聚變?cè)怼鋸検抢迷訌棻óa(chǎn)生的高溫高壓來“點(diǎn)燃”聚變?nèi)剂希瑥亩鴮?shí)現(xiàn)不可控的熱核反應(yīng)。目前，人類尚未實(shí)現(xiàn)可控核聚變，但“人造太陽(yáng)”（如中國(guó)的東方超環(huán)EAST和ITER國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆）等項(xiàng)目正在為此目標(biāo)不懈努力。三、太陽(yáng)能：萬物生長(zhǎng)的“源頭”與直接利用（一）太陽(yáng)能的來源與特點(diǎn)▲【基礎(chǔ)】太陽(yáng)能是太陽(yáng)內(nèi)部氫原子核在超高溫下發(fā)生聚變反應(yīng)釋放出的巨大核能，并以光和熱的形式輻射到太空中。地球上的風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、化石能源（遠(yuǎn)古生物固定下來的太陽(yáng)能）等，歸根結(jié)底都來源于太陽(yáng)能。太陽(yáng)能的優(yōu)點(diǎn)：儲(chǔ)量巨大（取之不盡、用之不竭）、普遍存在（獲取方便，無需開采運(yùn)輸）、清潔無污染、安全可靠。太陽(yáng)能的缺點(diǎn)：雖然總量巨大，但輻射到地球表面的功率密度較低（分散性）；其能量供應(yīng)受晝夜、季節(jié)、天氣等因素影響，具有間斷性和不穩(wěn)定性；目前大規(guī)模利用的轉(zhuǎn)換效率還有待提高，初始投資成本較高。（二）太陽(yáng)能的利用方式★【高頻考點(diǎn)】人類目前直接利用太陽(yáng)能主要有三種途徑：1、光熱轉(zhuǎn)換定義：利用集熱器（如太陽(yáng)能熱水器的真空管、太陽(yáng)灶的反射鏡面）將太陽(yáng)輻射能收集起來，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能（熱能）加以利用。實(shí)例：太陽(yáng)能熱水器（將水加熱）、太陽(yáng)灶（聚焦太陽(yáng)光用于烹飪）、太陽(yáng)能溫室、太陽(yáng)能干燥器等。核心原理：光的反射、聚焦以及熱傳遞。2、光電轉(zhuǎn)換定義：利用半導(dǎo)體材料的光生伏特效應(yīng)，通過太陽(yáng)能電池（光伏電池）將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)化為電能。實(shí)例：人造衛(wèi)星的太陽(yáng)能電池帆板、城市道路的太陽(yáng)能路燈、戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)、各種太陽(yáng)能計(jì)算器和充電器。核心原理：半導(dǎo)體物理效應(yīng)。多個(gè)太陽(yáng)能電池組合起來構(gòu)成太陽(yáng)能電池板，再與控制器、逆變器等設(shè)備組成光伏發(fā)電系統(tǒng)。3、光化轉(zhuǎn)換定義：通過植物的光合作用，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為生物體內(nèi)的化學(xué)能儲(chǔ)存起來。實(shí)例：綠色植物生長(zhǎng)、農(nóng)業(yè)和林業(yè)生產(chǎn)。我們使用的柴薪、糧食、甚至化石能源，本質(zhì)上都是遠(yuǎn)古或近代光化轉(zhuǎn)換的結(jié)果。四、能源與可持續(xù)發(fā)展：方向、代價(jià)與未來（一）能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性★★【難點(diǎn)與熱點(diǎn)】這是能量守恒定律的一個(gè)非常重要的補(bǔ)充，也是理解能源危機(jī)的核心。能量守恒定律告訴我們，能量的總量是守恒的，既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消滅。但是，能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移并不是可以自發(fā)地、無條件地向任何方向進(jìn)行，而是具有方向性或不可逆性。例如：①高溫物體自發(fā)地將熱量轉(zhuǎn)移給低溫物體，最終達(dá)到熱平衡。但這個(gè)過程不能自發(fā)地逆轉(zhuǎn)，即低溫物體不能自發(fā)地將熱量轉(zhuǎn)移給高溫物體（除非消耗其他能量，如電冰箱）。②汽車剎車時(shí)，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為地面和空氣的內(nèi)能，這些內(nèi)能散失在環(huán)境中，卻無法被自動(dòng)收集起來再次用于驅(qū)動(dòng)汽車。③燃料燃燒時(shí)，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這些內(nèi)能只有一部分能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，其余部分必然要散失掉。這說明：雖然能量是守恒的，但并非所有的能量都能被方便地利用。能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，其“品質(zhì)”會(huì)降低，一部分能量變成了不能再被利用的內(nèi)能（無序能）。因此，我們要節(jié)約能源，實(shí)際上節(jié)約的是可以被利用的“高品質(zhì)能量”。（二）能源利用對(duì)環(huán)境的影響★【熱點(diǎn)】化石能源的大規(guī)模利用，在推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的同時(shí)，也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境問題。溫室效應(yīng)：化石燃料燃燒產(chǎn)生大量二氧化碳，以及甲烷、氟氯烴等氣體，導(dǎo)致全球氣候變暖，引發(fā)冰川融化、海平面上升、極端氣候頻發(fā)等問題。酸雨：煤和石油燃燒排放的二氧化硫和氮氧化物，與大氣中的水蒸氣結(jié)合形成硫酸和硝酸，隨雨水降下形成酸雨，使土壤酸化、腐蝕建筑物、破壞森林和水生生態(tài)系統(tǒng)。熱污染：火電站和核電站工作時(shí)，需要大量冷卻水，排出的熱水會(huì)使局部水域溫度升高，影響水生生物的生存和繁殖。大氣與粉塵污染：燃料不充分燃燒會(huì)產(chǎn)生一氧化碳、碳?xì)浠衔铩⒐腆w顆粒物（PM2.5、PM10）等，是導(dǎo)致霧霾天氣的主要原因，嚴(yán)重危害人體健康。其他影響：煤炭開采破壞地表和地下水系，造成土地塌陷；石油開采和運(yùn)輸過程中可能發(fā)生泄漏，污染海洋；核電站產(chǎn)生的核廢料需要安全、永久地處理，存在潛在放射性風(fēng)險(xiǎn)。（三）節(jié)約能源與可持續(xù)發(fā)展之路▲【基礎(chǔ)】為了實(shí)現(xiàn)人類的可持續(xù)發(fā)展，我們必須走一條科技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少的新型能源道路。1、節(jié)能提效：這是最直接、最有效的途徑。通過技術(shù)創(chuàng)新（如研發(fā)節(jié)能電器、提高內(nèi)燃機(jī)效率、推廣LED照明）、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和改變生活方式（如綠色出行、隨手關(guān)燈）來減少能源的消耗。2、開發(fā)新能源：大力開發(fā)和利用對(duì)環(huán)境影響小、可以再生的清潔能源，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、核能、生物質(zhì)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽艿龋鸩教娲找婵萁叩幕茉础?、未來理想能源的特征：【重要】①必須足夠豐富，可以保證長(zhǎng)期使用，不會(huì)枯竭；②必須足夠便宜，價(jià)格低廉，可以保證多數(shù)人用得起；③相關(guān)的開采、運(yùn)輸和應(yīng)用技術(shù)必須成熟，可以大規(guī)模使用；④必須足夠安全、清潔，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成明顯負(fù)面影響。五、考點(diǎn)、考向與解題策略（一）核心考點(diǎn)分布本單元在中考中的考查形式靈活，通常以選擇題、填空題、簡(jiǎn)答題和少量的計(jì)算題為主，重點(diǎn)考查對(duì)基本概念的理解、辨析以及運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。【高頻考點(diǎn)1】能源的分類：給出具體能源名稱，判斷其屬于一次/二次、可再生/不可再生、常規(guī)/新能源。這是每年中考必考題。【高頻考點(diǎn)2】核能的應(yīng)用：辨析核裂變與核聚變、可控與不可控，特別是原子彈、氫彈、核電站分別利用何種原理。【高頻考點(diǎn)3】太陽(yáng)能的利用方式：判斷生活中的實(shí)例（熱水器、電池、植物）屬于光熱、光電還是光化轉(zhuǎn)換。【難點(diǎn)與熱點(diǎn)】能量轉(zhuǎn)化的方向性：通常結(jié)合生活現(xiàn)象（如“永動(dòng)機(jī)”不可能實(shí)現(xiàn)、熱量傳遞的方向）進(jìn)行考查，要求理解其含義。【熱點(diǎn)】能源與環(huán)保：結(jié)合時(shí)事（如“碳中和”、“碳達(dá)峰”、霧霾治理、新能源車推廣），讓學(xué)生分析某種能源利用方式的利弊或提出環(huán)保建議。（二）常見題型與解題步驟1、分類辨析題例題：下列能源中，屬于可再生能源且是一次能源的是（）A.電能B.天然氣C.風(fēng)能D.核燃料解題步驟：第一步，確定“一次能源”，排除由其他能源轉(zhuǎn)化而來的二次能源（A電能）。第二步，在剩余選項(xiàng)中確定“可再生能源”，排除短期內(nèi)無法補(bǔ)充的不可再生能源（B天然氣、D核燃料均為不可再生）。故正確答案為C。2、核能原理題例題：關(guān)于核電站，下列說法正確的是（）A.利用核聚變?cè)戆l(fā)電B.利用可控核裂變釋放能量C.反應(yīng)堆中發(fā)生的是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，無需控制D.核廢料無污染，可直接排放解題步驟：回憶核電站原理——可控核裂變。A選項(xiàng)錯(cuò)誤（核聚變尚不可控）；C選項(xiàng)錯(cuò)誤，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)必須通過控制棒加以控制；D選項(xiàng)錯(cuò)誤，核廢料有放射性，需嚴(yán)格處理。故正確答案為B。3、簡(jiǎn)答題例題：能量是守恒的，為什么我們還要節(jié)約能源？解答要點(diǎn)：①承認(rèn)能量守恒定律的正確性。②指出能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移具有方向性。③解釋方向性的含義：很多能量轉(zhuǎn)化是不可逆的，高品質(zhì)的能源（如化學(xué)能、機(jī)械能）在利用后，最終會(huì)變成低品質(zhì)的內(nèi)能（如環(huán)境溫度升高）散失，這部分內(nèi)能很難再被收集利用。④得出結(jié)論：節(jié)約能源，實(shí)質(zhì)上是節(jié)約那些便于利用的高品質(zhì)能源，避免因過度浪費(fèi)導(dǎo)致可用能源的枯竭。4、計(jì)算題例題：某太陽(yáng)能熱水器，接收太陽(yáng)能的總功率為P，有效集熱面積為S，每天日照時(shí)間為t。問這些太陽(yáng)能若完全被水吸收，能使質(zhì)量為m的水溫度升高多少攝氏度？（水的比熱容為c，不考慮熱損失）解題步驟：第一步，計(jì)算水吸收的總熱量：Q_吸=P·t·S（注意單位