第二十章能源、材料與社會(huì)

第二十章能源、材料與社會(huì)第一節(jié)__能量的轉(zhuǎn)化與守恒__能量的轉(zhuǎn)化與守恒能量轉(zhuǎn)化圖圖20－1－1能量守恒定律：能量既不會(huì)消滅，也不會(huì)創(chuàng)生，它只會(huì)從一種形式__轉(zhuǎn)化__為另一種形式，或者從一個(gè)物體__轉(zhuǎn)移__到另一個(gè)物體，而能的總量保持不變。類(lèi)型之一能量的轉(zhuǎn)化及守恒閱讀圖文，回答問(wèn)題。與偉大同行圖20－1－2這是一個(gè)著名物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)一個(gè)偉大定律的實(shí)驗(yàn)裝置！仔細(xì)觀察后回答：(1)裝置中的兩個(gè)配重的重量不等，釋放后大配重下降，小配重上升；通過(guò)反復(fù)對(duì)調(diào)左右兩個(gè)配重，會(huì)使動(dòng)葉輪不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，從而導(dǎo)致熱量計(jì)中水的溫度__升高_(dá)_(填變化情況)，原因是__對(duì)水做功，水的內(nèi)能增加__。實(shí)現(xiàn)的能量轉(zhuǎn)化是__機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能__。(2)實(shí)驗(yàn)中科學(xué)家某次測(cè)得了的數(shù)據(jù)如下：小配重重量G?。?00N，大配重重量G大＝520N，每升降一次配重各自移動(dòng)的距離h＝1m，熱量計(jì)中水的質(zhì)量m＝500g，升降次數(shù)與水溫變化的關(guān)系：升降次數(shù)123456溫度變化/℃0.20.390.590.780.981.18通過(guò)分析數(shù)據(jù)，科學(xué)家得出了結(jié)論：在上述現(xiàn)象中能量是守恒的！請(qǐng)你幫他補(bǔ)出計(jì)算、判斷過(guò)程(只需分析一次實(shí)驗(yàn))：【答案】(2)升降一次配重做功W＝G·h＝420N×1m＝420J，水增加的內(nèi)能Q＝cm(t－t0)＝4.2×103J/(kg·℃)×0.5kg×0.2℃＝420J，W＝Q，即配重做的功轉(zhuǎn)化為了水的內(nèi)能。(3)本實(shí)驗(yàn)中的誤差主要來(lái)源于__克服摩擦做功消耗一部分能量__。1．我國(guó)用自制的“長(zhǎng)征2F”捆綁式火箭將“神舟九號(hào)”宇宙飛船成功送入預(yù)定軌道，關(guān)于火箭發(fā)射過(guò)程中能量轉(zhuǎn)化的說(shuō)法，正確的是(A)A．將燃料的化學(xué)能經(jīng)過(guò)內(nèi)能，再轉(zhuǎn)化為火箭的機(jī)械能B．將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為火箭的內(nèi)能C．將燃料的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為火箭的化學(xué)能D．將燃料的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為火箭的內(nèi)能2．我國(guó)是世界上第一產(chǎn)煤大國(guó)。煤的儲(chǔ)藏量很大，直到現(xiàn)在煤在我國(guó)仍作為第一能源，煤中能量從根本上說(shuō)來(lái)源于(B)A．地?zé)崤c地壓的作用B．光合作用固定的太陽(yáng)能C．細(xì)菌的分解和侵蝕作用D．地球與其他天體的相互作用3．質(zhì)量相同的兩個(gè)重錘從同一高度自由落下，打在質(zhì)量相等的鉛塊和鐵塊上，落在鉛塊上的重錘靜止不動(dòng)，落到鐵塊上的重錘又被反彈回來(lái)，則鉛塊與鐵塊的內(nèi)能(A)A．鉛塊增加得多B．鐵塊增加得多C．增加一樣多D．都不會(huì)增加【解析】落到鐵塊上的重錘的重力勢(shì)能沒(méi)有全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。1．下列關(guān)于能量的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移過(guò)程，正確的是 (B)A．草→太陽(yáng)→兔子吃草→人吃兔子B．太陽(yáng)→樹(shù)木→鉆木取火→用火烤食C．太陽(yáng)→電能→風(fēng)能→電燈發(fā)光D．石油→太陽(yáng)→汽油→汽車(chē)載貨2．[2014?永州]以下是核電站工作情況的方框圖，關(guān)于方框圖中各裝置的能量轉(zhuǎn)化，下列說(shuō)法正確的是 (C)eq\x(核反應(yīng)堆)→eq\x(蒸汽輪機(jī))→eq\x(發(fā)電機(jī))→eq\x(各種用電器)A．核反應(yīng)堆將核能轉(zhuǎn)化為電能B．蒸汽輪機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C．發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能D．各種用電器只能將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能【解析】核電站發(fā)電過(guò)程：核能先轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以A不正確；水受熱以后溫度上升會(huì)產(chǎn)生大量的水蒸氣，水蒸氣會(huì)推動(dòng)蒸汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，所以B不正確；蒸汽輪機(jī)又帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，最后發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，所以C正確；用電器將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能、機(jī)械能等我們需要的各種能量，所以D不正確，故選C。3．下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化的說(shuō)法正確的是 (B)A．汽車(chē)勻速上坡時(shí)，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能B．燃料燃燒過(guò)程中化學(xué)能主要轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C．太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為光能D．電風(fēng)扇正常工作時(shí)，電能主要轉(zhuǎn)化為內(nèi)能4．下面關(guān)于能量的說(shuō)法中正確的是 (D)A．用砂輪磨刀時(shí)，有內(nèi)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能B．隕石進(jìn)入大氣層成為流星時(shí)，是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C．壺中的水沸騰時(shí)壺蓋不停地跳動(dòng)，是水的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為壺蓋的動(dòng)能D．用打氣筒給輪胎打氣，打氣筒發(fā)熱是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能5．有一種壓電塑料薄膜，在壓力作用下表面會(huì)產(chǎn)生電壓。若將它用在微型揚(yáng)聲器或話筒上，可以將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為發(fā)聲振動(dòng)，或?qū)l(fā)聲振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；另外，當(dāng)它受熱時(shí)還會(huì)產(chǎn)生電流，可以用來(lái)制作火警裝置。以上信息中沒(méi)有涉及到的能量轉(zhuǎn)化過(guò)程是 (D)A．機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能B．電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C．內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能 D．內(nèi)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能【解析】“在壓力作用下表面會(huì)產(chǎn)生電壓”，這是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程；“可以將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為發(fā)聲振動(dòng)”，這是電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程；“當(dāng)它受熱時(shí)還會(huì)產(chǎn)生電流”，這是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程。6．不同的物理現(xiàn)象往往遵循同一物理規(guī)律。例如：跳傘運(yùn)動(dòng)員從空中徐徐下降；剎車(chē)后，水平路面上行駛的公交車(chē)逐漸減速?？吭谲?chē)站。這些現(xiàn)象中能量轉(zhuǎn)化有共性的是 (D)A．物體的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能B．物體的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量C．其他形式的能量轉(zhuǎn)化為物體的機(jī)械能D．物體的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量7．[2014?宜昌]2014年5月21日，中國(guó)與俄羅斯簽署了總額高達(dá)4000億美元的天然氣貿(mào)易合同，俄羅斯向中方提供30年的天然氣供應(yīng)。天然氣是__不可__(填“可”或“不可”)再生能源。目前城市公共汽車(chē)用天然氣取代汽油做燃料是因?yàn)槭褂锰烊粴庀鄬?duì)減少了二氧化碳?xì)怏w的排放，可以有效緩解__溫室__效應(yīng)?！窘馕觥刻烊粴獠荒軓淖匀唤缭丛床粩嗟玫?，不能重復(fù)利用因此是不可再生能源；使用天然氣作燃料可以有效減少空氣污染，提高空氣質(zhì)量；可以有效減緩溫室氣體的排放。8．古人的鉆木取火過(guò)程，是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為_(kāi)_內(nèi)__能；水力發(fā)電是將水的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為_(kāi)_電__能；自然界中能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能的總量保持__不變__。9．能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移是有方向性的。例如，冬天烤火的時(shí)候，人們?nèi)紵旱热剂汐@得__內(nèi)__能，火爐把這些能量自動(dòng)傳給周?chē)諝?，但這些能量__不能__(填“能”或“不能”)自動(dòng)聚集起來(lái)再次利用。圖20－1－310．如圖20－1－3是我國(guó)西部某地區(qū)風(fēng)力發(fā)電的外景。該地區(qū)空氣密度為1.3kg/m3，一臺(tái)風(fēng)車(chē)的輪葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以形成面積為100m2的圓面。下表給出了在不同風(fēng)速下一臺(tái)風(fēng)車(chē)獲得的能量。圖20－1－3平均風(fēng)速(m/s)510152025301s內(nèi)獲得的能量(×104J)4812162024(1)若某時(shí)間內(nèi)風(fēng)速為10m/s，一臺(tái)風(fēng)車(chē)工作1小時(shí)所產(chǎn)生的電能可供10只“220V100W”燈泡正常工作8h，求這臺(tái)風(fēng)車(chē)發(fā)電的效率。(2)若此地年平均風(fēng)速為15m/s，100臺(tái)這樣的風(fēng)車(chē)一年(工作時(shí)間按4000h計(jì)算)獲得的風(fēng)能相當(dāng)于完全燃燒多少千克煤？(煤的熱值為3×107J/kg)(3)若風(fēng)速為10m/s，則1min內(nèi)有多少千克的空氣流沖擊風(fēng)車(chē)輪葉轉(zhuǎn)動(dòng)形成的圓面？【答案】(1)風(fēng)車(chē)工作1小時(shí)獲得的能量為W總＝8×104J/s×3600s＝2.88×108J，風(fēng)車(chē)工作1小時(shí)產(chǎn)生的電能為W＝Pt＝10×100W×8×3600s＝2.88×107J，故風(fēng)車(chē)發(fā)電的效率為η＝eq\f(W電,W總)＝eq\f(2.88×107J,2.88×108J)×100%＝10%；(2)100臺(tái)風(fēng)車(chē)一年獲得的風(fēng)能為W＝100×12×104J/s×4000×3600s＝1.728×1014J，根據(jù)W＝mq得1.728×1014J＝m×3×107J/kg，解得m＝5.76×106kg；(3)空氣流質(zhì)量為m＝ρV＝ρvtS＝1.3kg/m3×10m/s×60s×100m3＝78000kg。

第二節(jié)__能源的開(kāi)發(fā)和利用__1．能源的分類(lèi)不可再生能源：煤、石油、天然氣和軸礦等化石或礦物能源，一旦消耗就很難再生的能源屬于不可再生能源。可再生能源：水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能等，可以長(zhǎng)期提供或可以再生的能源屬于可再生能源。2．新能源新能源：包括太陽(yáng)能、核能、地?zé)崮?、潮汐能、風(fēng)能等。太陽(yáng)能：太陽(yáng)內(nèi)部進(jìn)行著大規(guī)模的聚變，釋放的核能以電磁波的形式從太陽(yáng)輻射出來(lái)，地球上的生物每天都享用著聚變釋放出的能量。太陽(yáng)能利用：(1)利用太陽(yáng)能的四個(gè)渠道：第一是通過(guò)植物的光合作用把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存進(jìn)來(lái)再以草木、沼氣、煤、石油、天然氣等燃料的形式釋放出來(lái)；第二是通過(guò)大氣和水分的升騰循環(huán)，再通過(guò)風(fēng)、流水、波浪、海流等釋放出來(lái)；第三是被海洋吸收，成為海洋內(nèi)能；第四是被人們直接利用，如太陽(yáng)能熱水器等。(2)直接利用太陽(yáng)能的三種方式：一是將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化成內(nèi)能；二是將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成電能；三是將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成化學(xué)能。核能：質(zhì)子、中子依靠強(qiáng)大的核力緊密地結(jié)合在一起，因此原子核十分牢固，要使它們分裂或重新組合是極其困難的。但是，一旦使原子核分裂或聚合，就可能釋放出驚人的能量，這就是核能。裂變：核裂變是較重的原子核裂變?yōu)檩^輕的原子核的一種核反應(yīng)?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)用中子轟擊鈾235(質(zhì)量數(shù)為235的鈾)，鈾核會(huì)分裂成大小相差不很大的兩部分，這種現(xiàn)象叫做裂變。鈾核裂變時(shí)，還同時(shí)放出2～3個(gè)中子，放出的中子又可以轟擊其他鈾核，使它們也發(fā)生裂變。這樣，裂變將不斷地自行繼續(xù)下去，這種現(xiàn)象叫做鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。聚變：科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，較輕的原子核結(jié)合成較重的原子核，也能釋放能量，這種現(xiàn)象叫做聚變。類(lèi)型之一能源的分類(lèi)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(guó)共同的任務(wù)，能源按不同的分類(lèi)方式可進(jìn)行不同分類(lèi)。下列四組能源中，能歸入圖20－2－1所示陰影部分的一組是(B)圖20－2－1A．煤炭、地?zé)崮?、沼氣B．太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能C．水能、木柴、天然氣D．石油、水能、核能【解析】新能源具有污染少、儲(chǔ)量大的特點(diǎn)，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、現(xiàn)代生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能以及核能、氫能等。圖中陰影部分所代表的能源應(yīng)該既是新能源、可再生能源，又是來(lái)源于太陽(yáng)輻射，四個(gè)選項(xiàng)中只有B符合條件。【點(diǎn)悟】太陽(yáng)能是地球“能源之母”，它的能量來(lái)源于熱核反應(yīng)，是一種核能。地球上除核能、地?zé)崮?、潮汐能不是?lái)源于太陽(yáng)能，其他能源均來(lái)源于太陽(yáng)能。類(lèi)型之二開(kāi)發(fā)利用新能源[2014?長(zhǎng)沙]如圖20－2－2所示是我省某高校學(xué)生設(shè)計(jì)的一款小夜燈，它的一側(cè)是太陽(yáng)能電池板，另一側(cè)是高效節(jié)能的LED燈。關(guān)于小夜燈中所應(yīng)用的物理知識(shí)，下列說(shuō)法正確的是(A)圖20－2－2A．太陽(yáng)能電池板主要是靠白天接受陽(yáng)光的照射而獲得能量B．太陽(yáng)能電池板將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C．LED燈的發(fā)光物體是由電阻很小的銅質(zhì)材料制成的D．LED燈不發(fā)光時(shí)也有電流通過(guò)【解析】因?yàn)橹挥邪滋觳庞刑?yáng)光，所以太陽(yáng)能電池板主要是靠白天接受陽(yáng)光的照射而獲得能量，A說(shuō)法正確；太陽(yáng)能電池板是將光能轉(zhuǎn)化為電能，B說(shuō)法錯(cuò)誤；二極管是由硅和鍺等材料制作成，而硅和鍺是半導(dǎo)體材料，因此LED燈的發(fā)光物體是由半導(dǎo)體材料制成的，C說(shuō)法錯(cuò)誤；LED燈不發(fā)光時(shí)沒(méi)有電流通過(guò)，D說(shuō)法錯(cuò)誤，故選A?！军c(diǎn)悟】本題考查太陽(yáng)能的利用，半導(dǎo)體的應(yīng)用等，注意從生活中領(lǐng)悟知識(shí)的無(wú)處不在。1．下列關(guān)于核能的說(shuō)法，錯(cuò)誤的是(D)A．核電站是利用核能來(lái)發(fā)電的B．核反應(yīng)堆中發(fā)生的是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)C．核電站發(fā)生泄漏時(shí)會(huì)對(duì)人和生物造成傷害D．核廢料不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染2．凡是能夠提供__能量__的物質(zhì)資源都可以叫做能源。我們常見(jiàn)的煤、石油、天然氣被稱(chēng)為_(kāi)_化石能源__。3．太陽(yáng)把空氣和地面曬熱，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為_(kāi)_內(nèi)能__，曬熱的空氣上升，空氣流動(dòng)形成風(fēng)，又轉(zhuǎn)化為_(kāi)_風(fēng)能__；太陽(yáng)使地面上一部分水蒸發(fā)，蒸發(fā)的水汽升空形成云，云又以雨雪等形式落下，流入江河，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為_(kāi)_水能__；植物吸收太陽(yáng)能，進(jìn)行光合作用，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為_(kāi)_化學(xué)能__。1．[2014?海南]下列能源中屬于可再生能源的是 (C)A．石油 B．天然氣C．太陽(yáng)能 D．核能2．[2014?巴中]下列關(guān)于能源利用的說(shuō)法中正確的是 (B)A．煤、石油、太陽(yáng)能都是不可再生資源B．風(fēng)能、太陽(yáng)能是綠色能源，應(yīng)大力開(kāi)發(fā)利用C．核電站是利用原子核聚變所釋放的能量來(lái)發(fā)電D．火箭發(fā)射利用的燃料是液態(tài)氫，是因?yàn)樗械臒崃慷唷窘馕觥刻?yáng)能是可再生能源，所以A錯(cuò)誤；風(fēng)能、太陽(yáng)能屬于可再生能源，使用起來(lái)環(huán)保無(wú)污染，所以B正確；核電站是利用原子核裂變所釋放的能量來(lái)發(fā)電，所以C錯(cuò)誤；火箭發(fā)射利用的燃料是液態(tài)氫，是因?yàn)樗臒嶂蹈?，所以D錯(cuò)誤，故選B。3．[2014?廣州]化石能源是當(dāng)今我國(guó)的主要消耗能源，下列說(shuō)法正確的是(A)A．核電站發(fā)生核泄漏會(huì)造成危害B．使用化石能源不會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞C．我國(guó)消耗的能源以可再生能源為主D．化石能源可短期內(nèi)從自然界得到補(bǔ)充4．[2014?隨州]長(zhǎng)期以來(lái)隨州人民的生活能源離不開(kāi)煤、石油、天然氣這些①，由于這些②在自然界中越用越少且又排放污染，人們正在尋找理想能源。隨州市的“齊星公司”正在研發(fā)太陽(yáng)能的高效利用。因?yàn)樘?yáng)能可直接從自然界中獲取，所以叫它③。太陽(yáng)能取之不盡又清潔環(huán)保！我們期待太陽(yáng)能的深度開(kāi)發(fā)，我們期待藍(lán)天白云！以上敘述中①、②、③分別是指 (A)A．化石能源、不可再生能源、一次能源B．二次能源、可再生能源、一次能源C．可再生能源、一次能源、二次能源D．化古能源、二次能源、不可再生能源【解析】像煤、石油、天然氣等是由古代動(dòng)植物的遺骸經(jīng)一系列復(fù)雜變化而形成的燃料，屬于化石能源；像煤、石油和天然氣等這些化石燃料，不能短時(shí)期內(nèi)從自然界得到補(bǔ)充，屬于不可再生能源；因?yàn)樘?yáng)能可直接從自然界中獲取，所以叫它一次能源，故選A。5．關(guān)于太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化，下面說(shuō)法不正確的是 (D)A．太陽(yáng)能可轉(zhuǎn)化為物體的內(nèi)能B．太陽(yáng)能可轉(zhuǎn)化為風(fēng)能和水能C．太陽(yáng)能可轉(zhuǎn)化為植物的化學(xué)能D．太陽(yáng)能可轉(zhuǎn)化為潮汐能和地?zé)崮堋窘馕觥康責(zé)崮軄?lái)源于地球內(nèi)部。潮汐能是太陽(yáng)、月亮對(duì)地球的萬(wàn)有引力所帶來(lái)的能量。這兩種能源與太陽(yáng)能無(wú)關(guān)。6．(多選)關(guān)于核能的獲得，下列說(shuō)法中正確的是 (BC)A．核反應(yīng)堆是原子核裂變時(shí)，在極短時(shí)間內(nèi)釋放出大量核能的裝置B．當(dāng)原子核內(nèi)部發(fā)生變化時(shí)會(huì)釋放出巨大的能量，核裂變和核聚變是獲得核能的兩種方式C．核電站是使核能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，再通過(guò)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能的裝置D．在核電站的反應(yīng)堆中發(fā)生的是可控制的核聚變7．[2014?錦州]新能源在現(xiàn)代社會(huì)中有著廣泛的應(yīng)用。太陽(yáng)能屬于__可再生__(填“可再生”或“不可再生”)能源；警用電動(dòng)車(chē)逐漸成為警察巡邏的主要交通工具，電動(dòng)車(chē)行駛時(shí)，車(chē)上的鋰離子電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為_(kāi)_電__能，再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；警察和指揮中心無(wú)線通信時(shí)是通過(guò)__電磁波__(填“超聲波”或“電磁波”)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)的?！窘馕觥刻?yáng)能是可再生能源；鋰離子電池是電源的一種，它在對(duì)外供電的時(shí)候是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；警用電動(dòng)車(chē)和地面指揮中心無(wú)線通信，是利用電磁波來(lái)工作的。8．我國(guó)實(shí)施的《可再生能源法》不僅向人們顯示了可再生能源對(duì)于未來(lái)社會(huì)生活的重大意義，同時(shí)，也為可再生能源未來(lái)的發(fā)展指出了更明確的方向。(1)目前我國(guó)常用的能源有煤炭、石油、天然氣、風(fēng)能、水能、核能、太陽(yáng)能等，其中屬于可再生能源的是__風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能__。(2)與不可再生能源相比，可再生能源的主要優(yōu)點(diǎn)是__可以從自然界里源源不斷地得到__。9．[2014?德州]太陽(yáng)能熱水器是直接利用太陽(yáng)能給水加熱的裝置，下表是小華家的太陽(yáng)能熱水器某天在陽(yáng)光照射下的相關(guān)信息。太陽(yáng)照射時(shí)間(h)裝水量(kg)水升高的溫度(℃)水的比熱容[J/(kg?℃)]太陽(yáng)能吸熱功率(J/h)10100504.2×1033.0×106求：(1)水在10h內(nèi)吸收的熱量；(2)太陽(yáng)能熱水器的能量轉(zhuǎn)化效率?！窘馕觥?1)水吸收的熱量為Q吸＝cmΔt＝4.2×103J/(kg?℃)×100kg×50℃＝2.1×107J；(2)太陽(yáng)能熱水器10h吸收的太陽(yáng)能為Q總＝Pt＝3.0×106J/h×10h＝3×107J，η＝eq\f(Q吸,Q總)×100%＝eq\f(2.1×107J,3×107J)×100%＝70%。

第三節(jié)__材料的開(kāi)發(fā)和利用__1．材料與社會(huì)發(fā)展作用：簡(jiǎn)單回顧一下歷史便可知曉，正是在歷史發(fā)展過(guò)程中以及與此相聯(lián)系的人類(lèi)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的增長(zhǎng)過(guò)程中，材料的使用才得以發(fā)展。2．材料的導(dǎo)電性導(dǎo)體：容易導(dǎo)電的物體叫導(dǎo)體，如__各種金屬、酸堿鹽的水溶液、鉛筆芯、人體、大地__等是導(dǎo)體。絕緣體：不容易導(dǎo)電的物體叫絕緣體，如__純凈的水、空氣、塑料、橡膠、玻璃、陶瓷__等是絕緣體。半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一類(lèi)物質(zhì)，如__鍺、硅和砷化鉀__等都是半導(dǎo)體。3．開(kāi)發(fā)新材料超導(dǎo)現(xiàn)象：有些材料當(dāng)溫度降低到某一溫度時(shí)，材料的電阻突然變?yōu)開(kāi)_零__的現(xiàn)象。超導(dǎo)材料：能夠發(fā)生__超導(dǎo)__現(xiàn)象的材料叫超導(dǎo)材料。應(yīng)用：①運(yùn)用電阻為零的特性制作電動(dòng)機(jī)線圈、輸電導(dǎo)線等，可減少電能損失，提高電能利用率。②運(yùn)用超導(dǎo)磁浮的特性制造磁懸浮列車(chē)、超導(dǎo)船等，既減少了能量損失，又提高了交通工具的運(yùn)行速度和安全性能。納米材料：指制成材料的基本單元大小限制在__1～100__納米范圍的材料，材料的性能會(huì)發(fā)生顯著變化，如顏色、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、硬度、磁性等會(huì)產(chǎn)生很大的變化。由納米材料組成的物質(zhì)也就有了許多一般物質(zhì)沒(méi)有的特性?；締卧姆诸?lèi)：納米顆粒、納米管、納米膜。應(yīng)用：工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、國(guó)家安全等各個(gè)方面都有廣泛的應(yīng)用。類(lèi)型之一理解材料的導(dǎo)電性如圖20－3－1所示，關(guān)于閘刀開(kāi)關(guān)上的一些部件的導(dǎo)電性能，下列說(shuō)法中正確的是(A)圖20－3－1A．瓷柄是絕緣體B．膠蓋是導(dǎo)體C．動(dòng)觸頭是絕緣體D．靜觸頭是絕緣體【點(diǎn)悟】能正確理解導(dǎo)體和絕緣體的區(qū)別是解答此類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵，以同學(xué)們家里都有的閘刀開(kāi)關(guān)為題，充分考查了導(dǎo)體和絕緣體的有關(guān)知識(shí)，充分體現(xiàn)了“從生活走向物理”的理念。類(lèi)型之二認(rèn)識(shí)新材料“納米”是一種長(zhǎng)度單位，1nm＝__10－9__m，納米技術(shù)是以1nm～100nm這樣的尺度為研究對(duì)象的前沿科學(xué)。目前，我國(guó)在對(duì)納米技術(shù)的研究方面已躋身世界前列，尤其是對(duì)“超級(jí)纖維”(碳納米管的研制)走在了世界前沿。已知我國(guó)已研制成的碳納米管的強(qiáng)度(可理解為“單位面積能承受的最大壓力”)是鋼的100倍，而碳納米管的密度僅為鋼的eq\f(1,6)。假設(shè)有兩根足夠長(zhǎng)的細(xì)桿，一根由上述碳納米管制成，一根由鋼制成，將它們分別在地面附近豎直懸掛起來(lái)，設(shè)它們能承受自身重力而不斷裂的最大長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)納與L鋼，則L納∶L鋼＝__600∶1__?！窘馕觥坎牧鲜艿阶陨淼睦镕＝G＝mg＝ρVg＝ρSLg，eq\f(G納,G鋼)＝eq\f(ρ納L納,ρ鋼L鋼)，即eq\f(100,1)＝eq\f(L納,6L鋼)，所以eq\f(L納,L鋼)＝eq\f(600,1)?！军c(diǎn)悟】正確理解納米材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用，是解答此類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵。本例題中，以納米材料為背景，通過(guò)計(jì)算來(lái)說(shuō)明納米材料在抗拉力方面的優(yōu)越性能，要求學(xué)生利用數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行綜合分析。1．如果以下電器選用超導(dǎo)材料制作，不能正常工作的是(B)A．微波爐B．電飯鍋C．電動(dòng)機(jī)D．發(fā)電機(jī)2．以下物體中，屬于半導(dǎo)體材料的是(B)A．鋁線B．硅C．食鹽水溶液D．牛皮3．有一種碳納米管的直徑只有1.4nm，5萬(wàn)個(gè)這種碳納米管并排起來(lái)只有一根頭發(fā)絲那么粗，則這種碳納米管的直徑約等于__1.4×10－9__m，—根頭發(fā)絲的直徑等于__7×104__nm，合__70__μm。4．超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)是應(yīng)用超導(dǎo)體的__超導(dǎo)磁浮__現(xiàn)象，使列車(chē)懸在導(dǎo)軌上面，減小了__摩擦力__，提高了運(yùn)行速度和安全性能。1．下列說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是 (A)A．水銀在高溫時(shí)是超導(dǎo)體B．水銀的溫度降到－269℃時(shí)，可以變成超導(dǎo)體C．由納米材料制成的導(dǎo)線將大大提高計(jì)算機(jī)的性能D．當(dāng)光照射到某些半導(dǎo)體時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生電流，由此可制成太陽(yáng)能電池2．關(guān)于納米材料，下列說(shuō)法不正確的是 (B)A．納米材料的基本單元空間尺度小B．納米“機(jī)器人”已經(jīng)設(shè)計(jì)并制造出來(lái)了C．有的納米材料強(qiáng)度高、硬度大，有的納米材料磁性強(qiáng)D．利用納米技術(shù)可制作量子磁盤(pán)，提高存貯量3．若常溫下的超導(dǎo)體研制成功，則它將適合于作 (B)A．保險(xiǎn)絲 B．輸電線C．電爐絲 D．滑動(dòng)變阻器的線圈【解析】超導(dǎo)體電阻為零，電流通過(guò)超導(dǎo)體時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生電熱，所以電熱器中的電熱絲不能用超導(dǎo)體。輸電線用超導(dǎo)體，輸電過(guò)程中將沒(méi)有電能損失。4．以下所列各組物品，其中均屬于導(dǎo)體的一組是 (B)A．塑料瓶蓋、鐵釘、鋁箔B．鉛筆芯、鐵釘、鋁箔C．鉛筆芯、蠟紙、鐵釘D．塑料瓶蓋、蠟紙、鉛筆芯5．[2014?濟(jì)寧]為配合濟(jì)寧市“五城同創(chuàng)”活動(dòng)，小夢(mèng)提出下列環(huán)保建議：①開(kāi)發(fā)新能源，減少化石燃料的燃燒；②使用手帕，減少餐巾紙的使用；③市內(nèi)出行乘公交車(chē)或騎自行車(chē)，少開(kāi)私家車(chē)；④使用一次性發(fā)泡塑料餐具和塑料袋；⑤分類(lèi)回收垃圾。其中你認(rèn)為可行的是 (A)A．①②③⑤ B．①③④⑤C．①③⑤ D．①②③④⑤【解析】①開(kāi)發(fā)新能源，減少化石燃料的燃燒，能減少空氣污染物的排放，所以正確；②提倡使用手帕，減少餐巾紙的使用，有利于保護(hù)植被，充分利用植物的光合作用吸收大氣中的二氧化碳，防止溫室效應(yīng)，還能減少生產(chǎn)紙的能耗，所以正確；③化石燃料的燃燒能產(chǎn)生大量的空氣污染物，所以市內(nèi)出行乘公交車(chē)或騎自行車(chē)，少開(kāi)私家車(chē)，減少化石燃料的燃燒，所以正確；④大量使用一次性發(fā)泡塑料餐具和塑料袋，不僅會(huì)造成環(huán)境污染，還增加了資源和能源消耗，所以錯(cuò)誤；⑤分類(lèi)回收不僅節(jié)約資源，還可減少污染，所以正確，故選A。6．關(guān)于半導(dǎo)體，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 (D)A．有的半導(dǎo)體，在光照下電阻減小，利用這種半導(dǎo)體可以做成體積很小的光敏電阻B．常用的電器中，如收音機(jī)、電腦等都利用了半導(dǎo)體元件C．半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間D．由半導(dǎo)體材料制成的二極管的導(dǎo)電性能很特殊，它只允許電流從負(fù)極流向正極7．某些物質(zhì)在溫度突然低到某個(gè)值(臨界轉(zhuǎn)變溫度)以下時(shí)，突然變得__電阻為零__，這種現(xiàn)象叫超導(dǎo)性；從能量角度看，用超導(dǎo)體做成的輸電線的最大特點(diǎn)是__沒(méi)有電能損失__。8．納米材料統(tǒng)指制成材料的基本單元大小限制在__1～100__nm__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。9．請(qǐng)你提出一種方法，判斷一個(gè)二極管允許電流從它的哪端流入哪端流出?！敬鸢浮咳鐖D所示，用干電池、小燈泡．開(kāi)關(guān)、二極管、導(dǎo)線連接一簡(jiǎn)單電路，閉合開(kāi)關(guān)，觀察小燈泡的發(fā)光情況。若小燈泡發(fā)光，則二極管與電源正極相連的哪端為電流流入端，另一端為電流流出端。第9題答圖10．假如可以大規(guī)模地實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)體的應(yīng)用，請(qǐng)你設(shè)想一下：世界有什么變化？【答案】輸電線可以比以前制作的更細(xì)，而且也沒(méi)有電能損失；電動(dòng)機(jī)可以制造的更??；可以普及超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)，改變我們的出行方式，等等。11．人類(lèi)對(duì)新材料的探索永遠(yuǎn)不會(huì)停止。請(qǐng)運(yùn)用你豐富的想象力，設(shè)想一種神奇的新材料，指出它的特點(diǎn)與作用?！敬鸢浮颗菽饘?，它的特點(diǎn)成泡沫狀、密度小、強(qiáng)度高。可以應(yīng)用在汽車(chē)行業(yè)，我們眾所周知汽車(chē)要減少油耗，提高車(chē)速，除強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)性能、改進(jìn)車(chē)型設(shè)計(jì)外，還有一條重要途徑——降低車(chē)身自重，我們可以用泡沫金屬來(lái)制造車(chē)身。12．在科幻小說(shuō)《往日之光》中，作者鮑勃·肖幻想了一種慢透光玻璃，講述了一段美麗動(dòng)人的故事。“想象有一種玻璃，光在這種玻璃中運(yùn)動(dòng)速度極慢，通過(guò)半厘米厚需要10年，比蝸牛的速度還慢得多。當(dāng)一塊慢透光玻璃制出來(lái)時(shí)，望上去總是一片漆黑，因?yàn)檫€沒(méi)有光穿過(guò)它，把這種玻璃放在風(fēng)景秀麗的林中、湖邊，帶著這些美麗的景致的光射入慢透光玻璃中，10年也出不來(lái)。把在這種地方放了10年的玻璃鑲在城市住宅的窗戶(hù)上，那么，在下一個(gè)10年的過(guò)程中，這個(gè)窗子外面便仿佛呈現(xiàn)出林中湖泊的美景。各種動(dòng)物無(wú)聲地前來(lái)飲水，空中百鳥(niǎo)飛翔，日夜在交替，季節(jié)在變化，身居鬧市，猶如別墅?！边@確實(shí)是一個(gè)有意思的幻想，但關(guān)鍵是要降低飛馳的光?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，部分科幻已經(jīng)開(kāi)始變成現(xiàn)實(shí)。(1)本文作者進(jìn)行科學(xué)幻想的依據(jù)是什么？(2)在生活和學(xué)習(xí)中你一定也有許多奇思妙想吧，簡(jiǎn)要寫(xiě)出一種想象及其依據(jù)?！敬鸢浮?1)光在不同的介質(zhì)中傳播的速度不同。(2)常溫下制成超導(dǎo)體，依據(jù)是超導(dǎo)材料與溫度有關(guān)。

本章復(fù)習(xí)課__類(lèi)型之一能源分類(lèi)和利用1．[2014?泰州]下列能源中屬于可再生能源的是(C)A．煤B．石油C．風(fēng)能D．天然氣2．[2014?佛山]如圖20－1所示，關(guān)于能源的描述，正確的說(shuō)法是(A)圖20－1【解析】太陽(yáng)能取之不盡，屬于可再生能源，所以A說(shuō)法正確；地?zé)崮軐儆谔烊荒茉?，所以B說(shuō)法錯(cuò)誤；煤炭是一次能源，所以C說(shuō)法錯(cuò)誤；核能發(fā)電是利用鈾原子核裂變時(shí)放出的核能來(lái)發(fā)電的，所以D說(shuō)法錯(cuò)誤，故選A。3．[2014?武漢]關(guān)于能量與能源，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(C)A．能量的轉(zhuǎn)化、能量的轉(zhuǎn)移，都是有向性的B．人類(lèi)在耗用各種能源時(shí)，不可避免地會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響C．化石能源、水能、核能，不能在短期內(nèi)從自然界得到補(bǔ)充，這類(lèi)能源稱(chēng)為不可再生能源D．可再生能源是未來(lái)理想能源的一個(gè)重要發(fā)展方向4．據(jù)悉，到2020年我國(guó)將建立自己的空間站“天宮一號(hào)”。關(guān)于空間站所使用的供電裝置，你認(rèn)為最可行的是(A)A．太陽(yáng)能電池B．化學(xué)蓄電池C．柴油發(fā)電機(jī)D．風(fēng)力發(fā)電機(jī)類(lèi)型之二能量的轉(zhuǎn)化和守恒5．[2014?通遼]如圖20－2所示為核電站發(fā)電流程圖。在核電站的發(fā)電過(guò)程中，能的轉(zhuǎn)化順序正確的是(A)圖20－2A．核能－內(nèi)能－機(jī)械能－電能B．核能－電能－機(jī)械能－內(nèi)能C．核能－機(jī)械能－內(nèi)能－電能D．核能－內(nèi)能－電能－化學(xué)能【解析】核能發(fā)電的能量傳遞和轉(zhuǎn)化過(guò)程是：核能→水和蒸汽的內(nèi)能→發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械能→電能，故選A。6．[2014?濱州]開(kāi)發(fā)新能源是本世紀(jì)人類(lèi)關(guān)注的熱點(diǎn)之一。除了開(kāi)發(fā)新能源，我們還應(yīng)該從節(jié)約身邊的能源做起。圖20－3中符合節(jié)約能源且安全的做法是(B)圖20－37．關(guān)于能源的利用，下列說(shuō)法正確的是(B)A．大量使用石油產(chǎn)品會(huì)造成大氣污染，所以應(yīng)該停止開(kāi)采石油B．和平利用核能特別要注意防止核泄漏，以免造成環(huán)境污染C．修筑攔河壩建造水電站利用水能發(fā)電，有百利而無(wú)一害D．天然氣是一種清潔能源，人類(lèi)可以無(wú)窮無(wú)盡地開(kāi)發(fā)8．[2014?德州]如圖20－4所示是獲取電能的幾種途徑，其中消耗不可再生能源又不會(huì)對(duì)大氣造成污染的是(D)圖20－4圖20－59．[2014?鎮(zhèn)江]如圖20－5是一種配有風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能電池板的新型路燈，路燈的額定功率為0.12kW，光電池接收太陽(yáng)光輻射的功率為1kW，吹向風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片上的風(fēng)功率與風(fēng)速之間的關(guān)系如下表所示，風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率為4%，光電池將光能轉(zhuǎn)化為電能的效率為η光。風(fēng)速(m/s)2468101216風(fēng)功率(W)151254201000200033758000(1)無(wú)風(fēng)的晴天，光照6h，太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的電能可使路燈正常工作10h，則路燈消耗的電能是多少？光電池將光能轉(zhuǎn)化為電能的效率為多大？(2)在有風(fēng)的晴天，經(jīng)3h的光照和風(fēng)吹，路燈可正常工作7h，則當(dāng)時(shí)的風(fēng)速為多大？【答案】已知P燈＝0.12kW，P光＝1kW，η風(fēng)＝4%，(1)路燈工作t1＝10h消耗的電能為W電1＝P燈t1＝0.12kW×10h＝1.2kW?h，光照t2＝6h，光電池接收的太陽(yáng)能為W光1＝P光×t2＝1kW×6h＝6kW?h，光電池將光能轉(zhuǎn)化為電能的效率為η電＝eq\f(W電1,W光1)＝eq\f(1.2kW·h,6kW·h)×100%＝20%；(2)路燈工作t3＝7h消耗的電能為W電2＝P燈t3＝0.12kW×7h＝0.84