考點(diǎn)精講：20.1、20.2 能源和能源危機(jī) 開發(fā)新能源（解析版）

學(xué)而優(yōu)教有方.1、20.2能源和能源危機(jī)開發(fā)新能源思維導(dǎo)圖思維導(dǎo)圖知識(shí)精講知識(shí)精講知識(shí)點(diǎn)01人類利用能源的歷史1．什么叫能源？答：像煤、天然氣、汽油、風(fēng)、電、太陽(yáng)光等能夠提供能量的物質(zhì)資源，我們把它們都叫做能源。2．人類利用能源的歷史經(jīng)歷了哪些變革？答：19世紀(jì)中葉以前是世界上能源的薪柴時(shí)期，到19世紀(jì)末，世界進(jìn)入煤炭時(shí)代，進(jìn)入20世紀(jì)60年代以來，世界進(jìn)入石油時(shí)代。目前，人們正致力于開發(fā)太陽(yáng)能、核能、水能、風(fēng)能、海洋能、氫能……21世紀(jì)將是太陽(yáng)能、核能時(shí)期或是多元化能源時(shí)期。3．能源按其從自然界能否直接獲得可以如何進(jìn)行分類？答：可分為一次能源和二次能源?？梢灾苯邮褂玫哪茉唇凶鲆淮文茉?，從一次能源經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換而來的能源，叫做二次能源。【即學(xué)即練1】凡是能提供的物質(zhì)資源，都可以叫能源?；剂?、水能、風(fēng)能等都是從自然界直接獲取的能源，叫做能源?！敬鸢浮磕芰?；一次【解析】凡是能夠提供能量的物質(zhì)都可以稱之為能源．一次能源是直接從自然界獲取的能源，如化石能源、風(fēng)能、太陽(yáng)能等。故答案為：能量；一次。知識(shí)點(diǎn)02能源危機(jī)的挑戰(zhàn)1．能源按能否循環(huán)再生如何分類？答：可分為不可再生能源和可再生能源。木炭、煤、石油、天然氣等一旦被消耗，是不能再生的，這類能源屬于不可再生能源；太陽(yáng)能、水能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能、潮汐能等是不?huì)隨開發(fā)利用而日益減少的，這類能源可以在自然界里源源不斷地得到，屬于可再生能源。2．我國(guó)能源消耗結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀如何？為什么存在能源危機(jī)挑戰(zhàn)？答：無論是我國(guó)還是世界，在能源消耗的結(jié)構(gòu)上，仍存在不科學(xué)、不合理的現(xiàn)象，即在人類消耗的能源中，90%以上都是不可再生的能源。我國(guó)是人口大國(guó)，每人平均擁有能源的數(shù)量還是很少的，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增長(zhǎng)，我國(guó)能源的消耗量相應(yīng)迅速增長(zhǎng)，在能源供給和需求方面的矛盾將日益突出。【即學(xué)即練2】根據(jù)我國(guó)能源發(fā)展規(guī)劃，2010年可再生能源占能源消耗的10%，到2020要達(dá)到15%，對(duì)能源的正確認(rèn)識(shí)是()A．自然界的能源是守恒的，永不枯竭B．太陽(yáng)的能量給地球帶來了云、雨、風(fēng)浪和滔滔江河C．自然界可以長(zhǎng)期為人類提供煤．石油．天然氣等可再生能源D．劇烈的核反應(yīng)會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的爆炸，人類無法利用核能【答案】B【解析】A．能量守恒定律是自然界的基本規(guī)律之一，自然界的能源守恒是指它的總量不變，但能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化是有方向性的，能源會(huì)越用越少，因此，如果不加節(jié)制，總有枯竭的一天，故A錯(cuò)誤；B．地球上水吸收太陽(yáng)能的熱量，不斷進(jìn)行著物態(tài)變化，給地球帶來了云、雨、風(fēng)浪和滔滔江河，所以水能的獲得都是由太陽(yáng)的能量提供的，故B正確；C．自然界中煤、石油、天然氣屬于化石能源，會(huì)越用越少，不可能短時(shí)間內(nèi)再?gòu)淖匀唤缰械玫剑遣豢稍偕茉?，故C錯(cuò)誤；D．目前人類主要是利用原子核裂變產(chǎn)生的核能，可以在人類的控制下緩慢釋放，能夠有控制地被人類所利用，故D錯(cuò)誤。故選B。知識(shí)點(diǎn)03太陽(yáng)能和核能1．吸收和利用太陽(yáng)能有哪四種主要途徑？答：①通過植物的光合作用把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存起來，再以草木、沼氣、煤、石油、天然氣等燃料的形式釋放出來；②通過大氣和水分的蒸騰循環(huán)，再通過風(fēng)、流水、波浪、海流等釋放出來；③被海洋吸收，成為海洋的內(nèi)能；④被人們直接利用。2．太陽(yáng)能直接利用現(xiàn)有幾種方式？答：現(xiàn)有三種方式：光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換、光化轉(zhuǎn)換。3．太陽(yáng)能具有哪些優(yōu)、缺點(diǎn)？答：優(yōu)點(diǎn)：能量巨大；供應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)；分布廣；無需開采、運(yùn)輸安全；無污染。缺點(diǎn)：存在分散；功率變化大，不穩(wěn)定；轉(zhuǎn)化率低，轉(zhuǎn)化系統(tǒng)造價(jià)高。4．什么是核能？釋放核能有哪兩種方式？答：原子核內(nèi)部蘊(yùn)藏的巨大的能量，叫做原子核能，簡(jiǎn)稱核能。釋放核能的兩種方式：一是使原子核發(fā)生核裂變，二是使原子核發(fā)生核聚變。5.什么是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)？核反應(yīng)堆的作用是什么？答：用中子轟擊鈾235原子核，鈾核在分裂時(shí)，會(huì)釋放出核能，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生幾個(gè)新的中子，這些中子會(huì)繼續(xù)轟擊其他鈾核，于是就會(huì)導(dǎo)致一系列鈾核持續(xù)裂變，并釋放出大量核能，這就是裂變中的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)；核反應(yīng)堆的作用就是控制產(chǎn)生中子的數(shù)量和速度，使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可控。6．什么叫核聚變？答：在超高溫條件下，可將兩種質(zhì)量較輕的原子核(如氘和氚)，聚合成一個(gè)較重的原子核，這種反應(yīng)叫核聚變?！炯磳W(xué)即練3】中國(guó)國(guó)有核電巨頭中核工業(yè)集團(tuán)2020年11月27日宣布，中國(guó)獨(dú)立研發(fā)的新型核電機(jī)組“華龍一號(hào)”全球首堆——中核集團(tuán)福清核電5號(hào)機(jī)組首次并網(wǎng)成功。此前中國(guó)使用的核電機(jī)組主要通過從歐美引進(jìn)，未來將加速獨(dú)立研發(fā)核電機(jī)組的建設(shè)，并將大力推動(dòng)海外出口。核電站利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)備是核反應(yīng)堆。下列說法錯(cuò)誤的是（）A.目前核電站都是通過聚變反應(yīng)來利用核能B.核反應(yīng)堆中發(fā)生的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是可以控制的C.原子核分裂或聚合時(shí)釋放出核能D.核能是一種不可再生的能源【答案】A【解析】A．目前人類能夠控制的核反應(yīng)是核裂變，核聚變?nèi)祟愡€沒有能力控制其反應(yīng)速度，故目前核電站都是通過裂變反應(yīng)來利用核能，A說法錯(cuò)誤，符合題意；B．核反應(yīng)堆中發(fā)生的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)人類能夠控制反應(yīng)速度，故是可以控制的，B說法正確，不符合題意；C．核能就是原子核分裂或聚合時(shí)釋放出來的能量，C說法正確，不符合題意；D．核能一旦使用，短期內(nèi)不能再次利用，故是一種不可再生能源，D說法正確，不符合題意；故選A。能力拓展能力拓展考法01傳統(tǒng)能源的利用和開發(fā)【典例1】我國(guó)是個(gè)資源消耗大國(guó)，對(duì)石油、煤炭等資源的需求非常大。(1)液化石油氣在常溫下裝入罐中時(shí)，采取方法使氣體液化。罐中的液化石油氣在陽(yáng)光照射下溫度升高，內(nèi)能增大，壓強(qiáng)，容易發(fā)生爆炸。(2)我國(guó)每年消耗數(shù)千萬(wàn)桶原油用于制造塑料袋．已知原油的熱值為4.4×107J/kg，完全燒5kg原油的熱量，這些熱量若只有42%被水吸收，則可以使多少千克的水溫度升高20℃？(3)2008年6月1日起，我國(guó)開始限制塑料袋的使用，目的是(寫出一條即可)?！敬鸢浮?1)壓縮體積，增大，反射；(2)1100，(3)保護(hù)環(huán)境(或減少白色污染．節(jié)約能源等均可)【解析】(1)氣體液化的方法有兩種：一是降低溫度；二是壓縮體積。常溫下說明溫度沒有改變，所以使氣體液化的方法就一定是壓縮體積；在陽(yáng)光下照射，液化氣吸收熱量，內(nèi)能增大，因?yàn)轶w積不變，所以壓強(qiáng)會(huì)增大；(2)原油燃燒放出的熱量為由得水吸收的熱量為由得(3)為了少造成白色污染，保護(hù)環(huán)境，要限制塑料袋的使用。故答案為：(1)壓縮體積，增大；(2)1100(3)保護(hù)環(huán)境(或減少白色污染．節(jié)約能源等均可)?？挤?2二次能源的嬌子——電能【典例2】小黃車、小綠車、小藍(lán)車……今年以來，不少市民表示，曾經(jīng)熟悉的“共享單車”又回來了。不過，再次登陸島城的已是更新?lián)Q代的共享電單車了。受運(yùn)營(yíng)監(jiān)管以及利辛縣特殊地理環(huán)境等因素的影響，共享單車退出了利辛。2020年的11月份利辛接頭出現(xiàn)了共享電動(dòng)車。共享單車既節(jié)能環(huán)保又方便了我們的出行，如圖所示是其中的一款共享單車，該單車的車籃底部裝有一片太陽(yáng)能電池，它可以將_____能轉(zhuǎn)化為_____能為車鎖里面的電池充電，太陽(yáng)能屬于_____（選填“一次能源”或“二次能源”），當(dāng)我們掃碼用車的時(shí)候自行車公司通過_____（選填“電磁波”，“超聲波”或“紅外線”）為單車開鎖．【答案】電；化學(xué)；一次能源；電磁波【解析】（1）太陽(yáng)能電池為車鎖里面的電池充電是將將電能能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來；（2）太陽(yáng)能是可以直接從自然界獲得的能源屬于一次能源；（3）當(dāng)我們掃碼用車的時(shí)候自行車公司通過電磁波為單車開鎖。分層提分分層提分題組A基礎(chǔ)過關(guān)練1．（2022·全國(guó)·九年級(jí)）水是人類生存環(huán)境的重要組成部分，能夠供人類直接利用的淡水資源十分珍貴，因此我們要節(jié)約用水。下列關(guān)于水的說法正確的是（）A．水可以滋養(yǎng)萬(wàn)物，水能是不可再生能源B．水力發(fā)電無污染，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C．水的三態(tài)變化中，霜和露都是凝華現(xiàn)象D．水的比熱容較大，有利于調(diào)節(jié)氣溫【答案】D【解析】A．水能在短期內(nèi)能從自然界得到補(bǔ)充，是可再生能源，故A錯(cuò)誤；B．水力發(fā)電是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，故B錯(cuò)誤；C．霜是凝華現(xiàn)象，而露是液化現(xiàn)象，故C錯(cuò)誤；D．水的比熱容較大，在質(zhì)量相同時(shí)，與其它物質(zhì)相比較，吸收（或放出）相同熱量，水的溫度升高（或降低）較小，所以有利于調(diào)節(jié)氣溫，故D正確。故選D。2．（2022·全國(guó)·九年級(jí)專題練習(xí)）2021年4月29日，中國(guó)空間站天和核心艙成功發(fā)射，隨之太陽(yáng)翼帆板順利展開。下列能源中與太陽(yáng)能一樣屬于可再生能源的是（）A．煤 B．石油 C．風(fēng)能 D．核能【答案】C【解析】AB．煤和石油是化石能源，短期內(nèi)不能再?gòu)淖匀唤绲玫窖a(bǔ)充，屬于不可再生能源，故AB不符合題意；C．風(fēng)能可以源源不斷地從自然界獲取，屬于可再生能源，故C符合題意；D．核能使用后，短期內(nèi)不能再?gòu)淖匀唤绲玫窖a(bǔ)充，屬于不可再生能源，故D不符合題意。故選C。3．（2022·湖北·九年級(jí)專題練習(xí)）2021年4月，日本政府?dāng)M定將福島第一核電站中核廢水排入太平洋的計(jì)劃，消息一出立刻引起了亞太地區(qū)乃至世界各國(guó)的不安。如圖，媒體報(bào)道:福島核電站的廢水中含有大量具有放射性的核物質(zhì)。結(jié)合上述材料判斷以下說法錯(cuò)誤的是（）A．核電站是利用裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)電的B．核能可以直接從自然界獲得，屬于一次能源C．核能屬于不可再生能源D．核能是高風(fēng)險(xiǎn)能源，世界各國(guó)應(yīng)徹底拋棄對(duì)核能的利用【答案】D【解析】A．核電站利用的重核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)釋放出大量的能量進(jìn)行發(fā)電的，故A正確，A不符合題意；B．一次能源是指直接從自然界中獲取，不經(jīng)過加工的能源，核能屬于一次能源，故B正確，B不符合題意；C．核能消耗過之后不會(huì)自然而然的產(chǎn)生，屬于不可再生能源，故C正確，C不符合題意；D．核電站在正常情況下，對(duì)人沒有危害，通常不會(huì)發(fā)生泄漏，核能發(fā)電在很多國(guó)家已經(jīng)開始大范圍應(yīng)用，故D錯(cuò)誤，D符合題意。故選D。題組B能力提升練1．（2022·全國(guó)·九年級(jí)課時(shí)練習(xí)）2021年5月19日，中俄兩國(guó)核能合作項(xiàng)目在兩國(guó)領(lǐng)導(dǎo)人見證下正式開工。下列關(guān)于核能、原子核的說法，正確的是（）A．太陽(yáng)能來自太陽(yáng)內(nèi)部物質(zhì)的核裂變反應(yīng)B．核反應(yīng)堆發(fā)生的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是可以控制的C．核廢料可直接排放，無需任何處理試驗(yàn)D．原子核是由質(zhì)子、中子和電子組成【答案】B【解析】A．太陽(yáng)能是來自太陽(yáng)內(nèi)部物質(zhì)的核聚變反應(yīng)，故A錯(cuò)誤；B．核電站的反應(yīng)堆發(fā)生的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)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(cuò)誤；D．原子核是由質(zhì)子和中子組成，原子由原子核和電子組成，故D錯(cuò)誤。故選B。2．（2022·廣東深圳·九年級(jí)專題練習(xí)）太陽(yáng)能汽車是一種靠太陽(yáng)能來驅(qū)動(dòng)的汽車。相比傳統(tǒng)熱機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車，太陽(yáng)能汽車是真正的零排放。從某種意義上講，太陽(yáng)能汽車也是電動(dòng)汽車的一種，所不同的是電動(dòng)汽車的蓄電池靠工業(yè)電網(wǎng)充電，而太陽(yáng)能汽車用的是太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能汽車使用太陽(yáng)能電池把光能轉(zhuǎn)化成電能，用來推動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)以及用作汽車輔助設(shè)備的能源，多余電能會(huì)在鋰電池中儲(chǔ)存起來備用。如題圖甲所示為某公司設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能概念汽車，車頂和車頭蓋配置了高效率的多晶硅太陽(yáng)能電池板，該車的車速最高能達(dá)到100km/h，而無太陽(yáng)光時(shí)最大續(xù)航能力在50km左右，太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)汽車和給鋰電池充電的示意圖如題圖乙所示。據(jù)此回答以下幾個(gè)問題：（1）太陽(yáng)能屬于清潔能源，也屬于______（選填“可再生”或“不可再生”）能源；太陽(yáng)能電池板用到的多晶硅是______（選填“半導(dǎo)體”或“超導(dǎo)體”）材料；（2）單塊太陽(yáng)能電池板在陽(yáng)光的照射下輸出電壓為24V，若某時(shí)刻的輸出電流為4A，則此時(shí)單塊電池板的輸出功率為______W，電池板接收太陽(yáng)能輻射的功率______（選填“大于”“小于”或“等于”）輸出功率；（3）若鋰電池的容量為“144V100A·h”，在晚上行車時(shí)，汽車以60km/h勻速行駛，電動(dòng)機(jī)功率17kW，輔助設(shè)備功率為1kW，則理論上充滿電的汽車最大行駛路程為______km；（4）為了提高太陽(yáng)能汽車的續(xù)航能力，從太陽(yáng)能電池板的角度看，你認(rèn)為可以采取的措施是：______?！敬鸢浮?/p>

可再生

半導(dǎo)體

96

大于

48

增大電池板的面積【解析】（1）[1]可再生能源是可以從自然界中源源不斷地得到的能源，太陽(yáng)能是可再生能源。[2]導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料叫半導(dǎo)體，多晶硅是半導(dǎo)體材料。（2）[3]輸出功率為P=UI=24V×4A=96W[4]太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率小于100%，故電池板接收太陽(yáng)能輻射的功率大于輸出功率。（3）[5]鋰電池可提供的最大電能W=U′I′t=144V×100A×1×3600s=5.184×107J=14.4kW·h理論上充滿電的汽車最大行駛時(shí)間理論上充滿電的汽車最大行駛路s=vt′=60km/h×0.8h=48km（4）[6]為了提高太陽(yáng)能汽車的續(xù)航能力，可以增大電池板的面積，接收太陽(yáng)能輻射的功率更大。3．（2022·全國(guó)·九年級(jí)單元測(cè)試）閱讀短文，回答問題。月球太陽(yáng)能電站“嫦娥一號(hào)”的成功發(fā)射引起了人們對(duì)月球的科學(xué)興趣。隨著對(duì)月球了解的深入，一些科學(xué)家預(yù)言：月球必將成為人類未來的能源基地。按照一些科學(xué)家的設(shè)想，利用月球正面太陽(yáng)光充足、地域廣闊的特點(diǎn)，在月球上建設(shè)的大型太陽(yáng)能電站，可克服在地球上受天氣影響、提供的功率小等缺點(diǎn)。在月球上產(chǎn)生的電能經(jīng)微波轉(zhuǎn)換器將電流轉(zhuǎn)換成微波，并通過天線將電能以微波的形式向地面發(fā)送，地面接收站通過天線把微波能還原成電能，如圖甲所示，這樣就解決了電能的輸送問題。我國(guó)的“嫦娥”系列登月車?yán)锰?yáng)能電池提供能量。如圖乙所示是太陽(yáng)能電池板工作原理的示意圖：當(dāng)太陽(yáng)光照射到組成太陽(yáng)能電池疊在一起的兩片不同的半導(dǎo)體表面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)，從而使電路中產(chǎn)生電流。太陽(yáng)光照射到電池板每平方米面積上的輻射功率為1.5×104W，光電轉(zhuǎn)化效率為18%。請(qǐng)回答下列問題：（1）太陽(yáng)能是______（選填“可再生”或“不可再生”）能源。太陽(yáng)發(fā)出的巨大能量來源于太陽(yáng)內(nèi)部的氫原子核發(fā)生的______（選填“核聚變”或“核裂變”）反應(yīng)；（2）月球太陽(yáng)能電站相對(duì)于月球表面是______（選填“運(yùn)動(dòng)”或“靜止”）的。若從月球發(fā)出的微波信號(hào)經(jīng)1.28s到達(dá)地球。則月球與地球間的距離約等于______m；（設(shè)微波在真空和空氣中的傳播速度均為3.0×105km/s）（3）太陽(yáng)能電池工作時(shí)的能量轉(zhuǎn)化情況：______；（4）在月球上一塊接收面積為2m2的太陽(yáng)能電池板，它的發(fā)電功率是______W；（5）若月球電站的總發(fā)電能力為6×109kW，利用微波傳輸電能的輸電效率為80%。則地面接收站1h接收到的電能相當(dāng)于完全燃燒______kg煤放出的熱量。（煤的熱值為3.0×107J/kg）【答案】

可再生

核聚變

靜止

3.84×108

太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能

5.4×103

5.76×108【解析】（1）[1][2]太陽(yáng)能能夠短時(shí)間從自然界得到補(bǔ)充，屬于可再生能源；太陽(yáng)能內(nèi)部是由于較輕的氫原子核在高溫下發(fā)生聚變而釋放出核能。（2）[3]月球太陽(yáng)能電站相對(duì)于月球的位置沒有發(fā)生變化，月球太陽(yáng)能電站相對(duì)于月球表面是靜止的。[4]光在空氣中速度為3×108m/s，則月球與地球間的距離s＝vt＝3×108m/s×1.28s＝3.84×108m（3）[5]太陽(yáng)光照射下，太陽(yáng)能電池使用時(shí)，消耗太陽(yáng)能，產(chǎn)生電能，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。（4）[6]已知太陽(yáng)光照射到電池板時(shí)每平方米面積上的輻射功率