教科版初三物理第22讲：物理学的发展与能源技术(教师版)

物理学的发展与能源技术

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1．能的转化和守恒

2．能源的分类及新能源

3．核能的分类和应用

4．能源与可持续发展

一、能量的转化和守恒定律

1)多种形式的能：机械能、电能、光能、声能、磁能、化学能、核能、生物能等。

2)能量的转移：能量形式不变，从一个物体传递给另一个物体的过程。

3)能量的转化：能量从一种形式转化为另一种形式的过程。

4)能量转移和转化的区别：能量转移时，其形式没有变，而在转化是，能量的形式发生了变

化。

5)能量转移的方向性：能量在转移中存在一定的方向性，如热量总是从高温物体传到低温物

体，或者从同一物体的高温部分传到低温部分，而非相反。

6)能量守恒定律：能量既不会消失，也不会创生，它只会从一种形式转化成为其他形式，或

者从一个物体转移到另一上物体，而在转化的过程中，能量的总量保持不变。

7)能量守恒定律的意义：能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一，大到天体，

小到原子核，无论是物理还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过

程都遵从此定律。

8)永动机是不可能实现的：它是一种可以不消耗能量，就可以永远的运动下去，并连续不断

地做功的机器，它是由于违背科学规律而失败。永动机从反面证明了能量守恒定律的正确

性。

9)能量转化中的效率：提高能量转化利用中的效率是节能问题的核心，是可持续发展的重要

措施之一。

10)有效能量：直接（或间接）转化（或转移）为有用的能量。

11)无效能量：散发到大气，被其它物体利用的能量。

12)能量转化率=输出有效能量/输入能量（η= E有效/ E输入，η永远小于1）

二、原子能、核能

1)放射性：物质具有发射射线的性质。

2)放射性元素：具有放射性的元素（在元素周期表中原子序数大于83的所有天热存在的元素

都具有放射性，而小于83的一些元素也具有放射性）。

3)三种射线：α射线、β射线和γ射线。（α射线是带正电的氦原子核流、β射线为高速运

动的电子流，γ射线是贯穿能力很强的电磁波。放射线是从原子核里放射出的）

4)α粒子散射实验：20世纪初，人们发现了一种试验方法，即用α粒子轰击金箔，它们与金

原子会产生相互作用而发生偏转。通过观察这些α粒子穿过箔片时的偏转情况，可以获得

原子内部的信息。

5)原子核的发现及核式结构模型：1909年到1911年，卢瑟福等人无数次地用高速α粒子轰

击金箔，发现原子中带正电的物质只占了很小的体积，但密度很大，几乎集中了原子的全

部质量，他随即提出了原子核式结构模型。

6)原子核的结构：原子核由带正电的质子和不带电的中子组成。

7)同位素：具有相同质子数和不同中子数的同种元素的原子互称同位素。

8)放射性的应用：已发现的放射性元素和放射性同位素有2000多种，放射性同位素发出的射

线可现实其存在的轨迹。在工农业生产和医学上有大量的应用（如农业育种，检查水库渗

漏，农作物对肥料的吸收，炼钢过程中杂质的含量，人地内脏变异的情况，杀死癌细胞等）。

9)放射性的保护：对于辐射强度超过国家标准的放射性物质，要远离并防止其扩散，在放射

性实验室中，要用铅板、有机玻璃等材料做好隔离防护。

10)核能：由于原子核的结构发生变化而释放出的巨大能量，核能也叫原子能。

11)核能的两种来源：❶核裂变（用中子轰击铀235，使铀这种重原子核分裂成两块中等质量的

原子核）；❷核聚变（把轻核聚合成质量较大的核的反应，太阳内部发生的核反应是聚变

反应）。

12)人类目前能够控制和利用的核能来源于核裂变能。目前核裂变能已实现可控应用。核电站

都是利用可控制的核裂变能。而核聚变人类目前还无法控制其反应速度。

13)核电站的特点：消耗燃料少，减少燃料的运输量；对大气基本无污染；需要防止放射性物

质泄露。

14)核电站主要组成包括：核反应堆、热交换器、汽轮机和发电机等。

三、能源与可持续发展

1)能源：凡是能为人类提供能量的物质资源，都可以叫做能源。

2)能源的分类：❶按能源的利用方式分为一次能源（从自然界直接取得而不改变其基本形态

的能源，如煤、石油、天然气、水能、风能、太阳能、地热能、海洋能、生物能、核能等）和二次能源（无法直接获取，须通过一次能源消耗转化成另一种形态的能，如电能、酒精

和火药等）；❷按能源的利用程度分为常规能源和新能源；❸从能源的再生性分为再生能

源（太阳能、风能、潮汐能、水力和地热能等）和不可再生能源（煤、石油、天然气等）。

3)世界对能源的需求：人类的活动离不开能源的消耗，加上人口急剧增长和经济不断发展，

能源的消耗也在持续增长，目前作为人类主要能源的石化能源最终会被消耗殆尽，石化能

源危机会最终出现，所以，新能源的开发是解决能源危机的唯一手段。

4)能源利用中的问题：❶能源危机不是危言耸听；❷能源利用中的硫化物、碳氧化合物和粉

尘的大量排放造成对环境的污染和生态的破坏；❸突发事件引起的能源短缺或供应中断。

5)能源利用中要解决的问题：必须形成全民节能的意识，注重技术创新，提高能源利用率，

减少废气、废物排放；依靠科技创新开发核能、太阳能、风能、地热能等绿色新能源，加

强能源利用中的防护措施，提高能源使用安全性。

6)人类开发利用能源的历史：火→化石能源→电能→核能。

7)新能源的开发利用——核能：❶优点：a.核能巨大，可极大补充人类能源的不足，大大节

约了常规能源；b.可以解决能源分布的不平衡；❷缺点：a.属于一次能源，不可再生；b.

存在核污染，产生核辐射，会对地球生物造成伤害；c.核反应堆中产生的核废料治理代价

高；❸核电站应用地域：a.一般建立在能源需求量大，且能源十分缺乏的地区；b.建立在

人群较远的地区，避免对人畜造成伤害。

8)新能源的开发利用——太阳能：由不断发生的核聚变产生的能，为可再生能源（地球上除

核能、地热能和潮汐能以外的所有的能量，几乎都来自太阳）。❶优点：量大、供应时间

长、分布广阔，获取方便，安全、清洁无污染；❷缺点：过于分散，受气候、自转及季节

的影响较大，不稳定，转化率低；❸人类利用太阳能的三种方式是：a.光热转换（太阳能

热水器）；b.光电转换（太阳能电池）；c.光化转换（绿色植物）。

9)新能源的开发利用——地热能：指地表下10km深度以内，温度为15℃~400℃的地热能量，

对地热的利用主要是发电。

10)新能源的开发利用——其它新能源：潮汐能（涨落潮的潮汐带动水轮机发电）、风能（帆

船的动力、风力发电等）、氢能（氢气燃烧时可放出大量热量，产物只有水一中，是绝对

清洁的新能源）。

题型一：能量守恒定律

例1.（2014•南昌）能量守恒定律：能力既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式为其他形式，或者从一个物体到其他物体，在这些变化过程中，能量的总量保持不变．能源是人类社会生存和发展的重要物质，你熟悉的能源中，属于可再生能源，属于不可再生能源（各举一例）．