中考物理复习专题16 信息、材料、能源和可持续发展

专题十六信息、材料、能源和可持续发展７３专题十六信息、材料、能源和可持续发展对应学生用书起始页码１６９页信息是各种事物发出的①有意义的消息，语言、符号、图像是人类特有的三种信息信息与信息传播{在人类历史上，信息和信息传播活动经历五次巨大变革：语言的诞生、文字的诞生、印刷术的诞生、ìï②电磁波的应用和计算机与网络技术的应用ïïìï电磁波是在空间传播的周期性变化的③电磁场ïï④麦克斯韦首先建立了电磁场理论，并预言了电磁波的存在。⑤赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在ïï８信息电磁波在真空中的传播速度是⑥３×１０ｍ／ｓ。光波属于电磁波ïïï的í电磁波í电磁波谱：γ射线、Ｘ射线、紫外线、可见光、⑦红外线、无线电波传递ïï电磁波的特性：（１）电磁波能在真空中传播。ïïï（２）金属容器能屏蔽电磁波。ïïïî（３）电磁波也存在着一定的危害———⑧电磁污染ïì微波通信ïïîï卫星通信现代通信íï光纤通信ïî网络通信ì物理性质：导热性、导电性、磁性、密度、⑨比热容、弹性、硬度、延展性等ïïì导体：容易导电的物体ïïïì定义：介于导体和绝缘体之间的物体ïïïï特性：热敏特性、光敏特性、压敏特性等ïï半导体：íïï二极管：具有单向导电性ïï应用{ïïî三极管：用来放大电信号新ïïï绝缘体：不容易⑩导电的物体材í导电性íïïìï（１）超导现象：一些金属或合金，当温度降至某一温度时，电阻突然变为????????????零的现象称为超导现象料ïïï（２）定义：能够发生????????????超导现象的物质ïïì超导材料í（３）超导临界温度：物质的电阻变为????????????零时的温度ïïïïïïïï新材料íî（４）应用前景：超导磁悬浮、????????????超导输电ïïïïî（１）统指制成材料的基本单元大小限制在????????????１～１００ｎｍ范围的材料ïï纳米材料{î（２）纳米材料具有优良的光、力、热、????????????磁等性质，应用前景极为广泛ïî材料的开发和利用：材料的发展对人类社会的发展起了促进作用，是科技发展的物质基础，但同时也会造成浪费和环境污染,７４５年中考３年模拟中考物理ì多种形式的能量：机械能、内能、????????????电能、光能、声能、磁能、化学能、核能等ïï能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式????????????转化为另一种形式或者从一个物体转移ï到另一个物体，而能的总量保持不变能量的转ïí概念：能量从一个物体????????????传递给另一个物体的过程←ìï化与守恒ï能量转移{特征：能量的种类和特点保持????????????不变—具有方向性ïïïï定义：能量由一种形式????????????转化为另一种形式的过程←ï能量转化{ïî特征：转化前后能量的形式????????????不同能源ïì自然界存在多种能为人类提供生活、生产所需能量的能源与可ïïíïìï获取方式：一次能源、二次能源持续ïï分ï是否可再生：可再生能源、????????????不可再生能源能源与社会í发展ïìïï类í开发早晚：常规能源、新能源ïïïïïïïî使用情况：清洁能源、非清洁能源ïîïï能源与环境ïî能源的开ïíì产生：由于????????????原子核内部的变化而释放出来的能量发和利用ïï核能{ï核反应：????????????核裂变；核聚变ïïïì来源：轻核聚变的核能以????????????电磁波的形式辐射出去ïïïï利用：????????????光电转换；光热转换；光化转换ïîï太阳能í开发新能源íï优点：分布广阔、无须开采、无污染、取之不尽、用之不竭ïïî缺点：太阳能功率变化大，不稳定；转换效率????????????低；转换系统造价过高ïï风能ï地热能ïî潮汐能????续表????????γ射线医生用γ射线做手术考点一信息的传递????Ｘ射线用Ｘ光片判断是否骨折电磁波????用途红外线电视机、空调等设备的遥控器都是红外遥控当导体中的电流迅速变化时，导体就会向周围空间发射????微波在通信领域大显身手产生????无线电波电磁波无线电广播、电视、雷达????电磁波谱γ射线、Χ射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波????考点二新材料电磁波可以在真空中传播????电磁波在空间向各个方向传播????材料的一些物理性质对比传播光属于电磁波，电磁波在真空中的传播速度跟光在真空????概念描述举例中的传播速度一样????表示材料导热能力的各种金属有较强的导导热性波传播的快慢称为波速，电磁波在真空中的????强弱热能力波速速度用ｃ来表示，ｃ＝３．０×１０８ｍ／ｓ，在空气中的????表示材料导电能力的波速近似等于真空中的波速????导电性导体、半导体、绝缘体强弱????相邻两个波峰（或波谷）间的距离，用字母λ????表示材料具有吸引铁、表示，单位是米（ｍ）。如图所示磁性条形磁铁????钴、镍等物质的性质波长????表示材料受力后会发生????发生形变的弹簧、橡弹性形变，除去外力后材料又波的特征????胶等会自动恢复原状表示单位时间内振动的次数，用字母ｆ表示，????其单位是赫兹（Ｈｚ），常用单位还有千赫????硬度表示材料的坚硬程度金刚石最硬频率（ｋＨｚ）和兆赫（ＭＨｚ），换算关系为：１ｋＨｚ＝????材料具有被拉伸而不易３３６延展性金属有较强的延展性１０Ｈｚ，１ＭＨｚ＝１０ｋＨｚ＝１０Ｈｚ????断裂的性质????波速、波????考点三能源与可持续发展长和频率波速ｃ等于波长λ和频率ｆ的乘积，即：ｃ＝λｆ的关系????自然界的能源分类????分类标准分类说明实例,专题十六信息、材料、能源和可持续发展７５????续表续表????分类标准分类说明实例导体绝缘体半导体????煤、石油、天然气、太????各种金属、酸可以直接从自然界玻璃、橡胶、陶一次能源阳能、风能、水能、地????碱盐的水溶获取的能源举例瓷、塑料、油、纯硅、锗、砷化镓等获取方式热能、核能、潮汐能等????液、石墨、人净的水等必须消耗一次能源????体、大地等二次能源电能、沼气等才能获得的能源????用来制作传半导体的特殊性能被常用来隔离带可再生可以从自然界源源????应用导电流的广泛应用在现代电子太阳能、风能、水能等电体能源不断地得到的能源????导线技术中是否可再生????不可再一旦消耗就很难再煤、石油、天然气等????生能源生的能源????目前已经大规模生????常规能源产和广泛利用的煤、石油、天然气等材料与能源????能源“新材料”的发现和使用伴随着人类的文明进程。陶器作为开发早晚????指由于技术、经济等人造材料结束了人类的石器时代，使人类从蒙昧时代进入野蛮太阳能、核能、地热????新能源因素而迄今尚未大时代。在这个“野蛮”时代，人类“发明”了青铜。青铜制造的农能等????规模使用的能源具促进了农业发展，而青铜制造的兵器把人类带进了冷兵器时指对环境无污染或????代。铁器的发明又把人类文明向前推进。至今，钢铁产量仍是清洁能源太阳能、风能、水能等????衡量一个国家工业化水平和国防实力的标志之一。污染很小的能源使用情况????材料还深刻地影响着人类的生产生活方式。从无机材料到非清洁指对环境污染较大????煤、石油、天然气有机材料，人类文明又有了一次大的飞跃。橡胶、塑料、纤维三能源的能源????大合成材料的不断创新与发展，使人类对皮革、木材、棉花和丝????绸等自然材料的依赖性大大降低。在一些领域里，三大合成材????料部分或大部分替代了金属、木材、石材等。铝及合金的使用，????使航空航天业得到空前发展，反过来又带动了材料科学的发展。一、光纤通信与无线电通信????硅等半导体材料为信息化提供了有力支撑，人类传递、储存信息光纤通信无线电通信????的方式日新月异。科学家利用超材料正将“隐身衣”变为现实。????超材料产品还可以加速信息传输和降低能耗、大幅度提高太阳以激光为信息载体，????能的利用效率，等等。而纳米科技和纳米器件的发展，可能从根以无线电波为信息传输载体利用光纤为信息载体????本上改变人类的社会生活和生产方式。通道????材料科学每前进一小步，人类文明就前进一大步。????在人类的历史长河中，新材料不断创造着人类新的生活。信息的容量容量大容量小????如果我们用新材料的涌现，以及从新材料及其技术对推动人类传输信息抗干扰能力强，信号抗干扰能力弱，信号衰????社会发展的作用来描述人类的历史，那么，自古至今，人类已经经历了它的旧石器时代、新石器时代、青铜时代、铁器时代、钢铁的质量衰减小减大????????时代、高分子材料时代、复合材料时代等，现代人类更是进入到????了一个以高性能材料为代表的多种材料并存的时代。可以说，信息→电信号→光信息→电信号→无线????新材料的使用不仅仅使生产力获得极大的解放，从而极大地推信号的处理方式信号传→输光信号→电波传→输无线电波→动了人类社会的进步，而且在人类文明进程中具有里程碑的????电信号→信息电信号→信息????意义。那么何为“新材料”？显然，它包含着这样两个层面的含义，????一是对传统材料的再开发，使其在性能上获得重大突破的材料；二、导体、绝缘体和半导体????二是采用新工艺和新技术合成，开发出具有各种新的和特殊功导体绝缘体半导体????能的材料。由此可以看出，新材料与新工艺、新技术有着密切的????容易导电的不容易导电的导电性能介于导体和关系。一方面，新工艺与新技术的使用不断地扩展了人类的技定义????物体物体绝缘体之间的物体术手段，从而使人类更加充分地开发传统材料中的各种新的性????能或功能，更重要的是，通过新的合成工艺与技术，使人类获得内部电荷几乎????导电或含有大量可种类更多、性能更佳的材料，如纳米材料、多相材料。另一方面，被束缚在原子随光照、温度、压强的不导电自由移动的核附近不能自不同，导电能力不同????诸多具有特殊性能材料的涌现，推动了高新技术的快速发展。的原因电荷????由移动这一点，在现代社会表现得尤为突出。可以说，新材料已经成为????高新技术的基础与先导。,７６５年中考３年模拟中考物理????在现代社会，新材料以及新材料中的高新技术正在为人类化石燃料的开发与利用，开创人类新的生活，推进人类的生产能????展开一个新世界的画卷。人类使用各种材料创造新的生活，建力和社会进步；通过对电能的开发与利用，推进了人类社会的现????构新的世界。新的材料也正在为人类文明提供新的行为理念，代化进程。２０世纪６０年代以来，随着人类对其生存环境的认识????建立起人类扩展自身生存与发展空间的信心。它的现代发展使不断深入和能源开发技术的发展，人类更是将能源的开发利用????一种材料从单一功能向多种功能发展，而且，它使得人类超越自的概念转向那些清洁能源与可再生能源。开发利用清洁的和可????然界，实现了根据材料来设计产品，根据产品的需要，通过新的再生的能源成为２１世纪许多国家的能源战略。????组成、结构和工艺设计来实现其所需功能的概念，也就是说，它与新材料的开发利用相同，新能源的开发利用与新工艺、新????的功能要求正在向着迎合人类在各个领域的需要而发展。由技术的发展水平同样具有相互不可或缺的关系。一方面，新工????此，可以说，它已经成为人类从“自然王国”走向“自由王国”的艺与新技术不断丰富和增强着人类开发利用新能源的技术手段????动力源泉。与能力，它不仅为人类获得更加丰富的能源，而且为人类实现可????２０世纪６０年代以来，随着材料工程技术的迅猛发展，材料持续发展的“绿色”生活理念提供了可能的机会。另一方面，新已经不仅在种类上得到拓展，而且在包括光、声、电、磁、力、超????能源的开发利用，无疑将为工业技术的可持续发展提供有力的导、高塑，以及超强、超硬、耐高温等机能与性能上获得极大的扩????支持，从而成为社会发展与人类文明的推动力量。展与深度发掘。此类新材料的出现，推动了高技术产品的智能????从某种意义上来说，人类正生活在一个材料与能源构建的化与微型化，从而极大地影响着人类的现代生活、社会结构与文????世界里。新材料与新能源，以及新材料与新能源中的高新技术化价值。????的发展，正在极大地丰富着人类的物质与精神生活。在这个世与材料及材料技术相比较，能源对于人类生活的影响具有????界中，新材料与新能源的价值体现，显然不仅仅是诸多新的产品某些共同的特点。自古以来，人类就生活在一个能源的世界里。????的涌现，更重要的是，它们广泛渗透于人类的生活，影响着人类大自然所提供的诸如太阳、雷电、水与火等能源曾毫不吝惜地为????的生存质量；它们奠定了工业经济与技术的物质基础，成为一个人类创造了生存的环境，成为人类生存的前提条件。而钻木取????国家经济实力的标志；它们影响着世界的政治格局，成为保障国火技术则表明了人类开始具有了掌握和控制能源的能力，从而????家安全，减少社会风险的重要因素；它们推进人类对于自然的新也开启了人类文明的进程。人类传颂着关于火的美丽故事，它????认识，拓展人类的生存能力与发展空间，打造人类对于这个世界显示着人类掌握、控制和利用大自然的信心。依靠着这种信心，????新的概念与价值观念。正是在这个意义上，我们可以说，材料与人类开始走上征服自然和改造自然的征程。人类通过水利工程????能源是人类文明的奠基石。扩展水力资源的使用空间与能力，使其造福于人类；通过对各种对应学生用书起始页码１７２页????方法一解答能量的转化和转移问题的方法????１．能量转化和转移的比较????解释实例????????电灯发光：电能转化为光能量由一种形式转变为????能量的转化能和内能；摩擦生热：机械另一种形式????能转化为内能????答案不能。因为在工作过程中，有部分机械能会转化为能量不经过变化直接由碰撞时：动能从一物体转????内能，即机械能会逐渐减少，所以机械能总量不守恒，他设想的一个物体转移到另一个移到另一物体；围着火炉能量的转移????机械装置不能一直工作下去。物体或从物体的一部分烤火：内能从火炉转移到转移到另一部分人体????知道能量的转化和守恒定律，知道机械工作????过程中要克服摩擦做功，消耗能量。２．能量转化和转移的方向性????要根据能量的转化和守恒来对机械的工作能量的转化和能量的转移，都是有方向性的，如温度不同的两个物体接触后，一部分热量从高温物体转移到低温物体上，并????过程做出分析，不能凭感觉判断。不能自发地从低温物体转移到高温物体上；燃料燃烧，化学能转????变式训练１（２０１８新疆乌鲁木齐，１３，８分）早期的风光互化为内能，但此时得到的内能并不能自发地转化为化学能；电流????补发电巧妙利用太阳光强时风速小，光弱时风速大的自然特点，通过灯泡发光，电能转化为内能和光能，但是这些内能和光能并????使风能、光能互补，从而基本保证发电功率稳定。????不能自发地重新转化为电能；汽车制动时，由于摩擦，机械能转????化为内能，但这些内能并不能自发地用来再次开动汽车。????例１（２０１７内蒙古呼和浩特，２０，４分）如图所示是某研究????小组精心设计的一种机械。高处的水通过左侧的管道向下流????动，水流冲击叶片，叶片的转动带动砂轮转动，就可以打磨需要????的工件，同时带动右侧的抽水器将水从低处抽到高处，继续向下????流动，从而永不停歇。你认为这种机械是否能够一直工作下去，????请说明原因。????,专题十六信息、材料、能源和可持续发展７７????（１）风能和光能都来源于，属于能源。若厕所相结合的三位一体８立方米沼气池，沼气池一经启动实现????太阳光弱的时候风速小，（选填“能”或“不能”）实现风人畜粪便自动流入池中发酵，每口沼气池一天能产沼气０．８立方????６３光互补发电。米。（沼气热值１８．８５×１０Ｊ／ｍ）????（２）风机功率和风速的三次方成正比，风速加倍，其功率增（１）把沼气池一天产生的沼气完全燃烧将释放热量多少????加到原来的倍。光伏功率和光的辐射量有关，单位面焦耳？????积光能的功率叫光的辐射量，其单位是。（２）如果沼气炉的燃烧效率是９０％，一年３６５天约相当于多????（３）用风光互补发的电对额定功率为Ｐ的用电器供电，风机少度电产生的能量？????功率为Ｐ１，光伏功率为Ｐ２，当Ｐ１＋Ｐ２＝，用电器正常工解析（１）沼气燃烧释放的热量????３６３７作。如图是某风光互补发电系统一段时间内功率变化的图线，Ｑ＝Ｖｑ＝０．８ｍ×１８．８５×１０Ｊ／ｍ＝１．５０８×１０Ｊ????＝Ｑ×３６５×９０％＝１．５０８×１０７×３６５×９０％＝４．９５３７８×在（选填“９”或“１１”）点钟左右，光伏功率最大。对于（２）Ｑ总额定功率为１ｋＷ的用电器，在１３点～１６点这段时间里，风光互????１０９Ｊ≈１３７６度补发的电（选填“能”或“不能”）满足其工作。????７答案（１）１．５０８×１０Ｊ（２）１３７６度????第（２）问中注意沼气燃烧放出的热量有９０％????能有效利用，因此Ｑ总＝Ｑ×９０％×３６５。????沼气是利用一次能源发酵而产生的能源，属????于二次能源。????变式训练２如图所示是利用太阳能电池工作的一种新型????２动力车，它上面的太阳能接收板的有效面积为８ｍ，天气晴朗且????接收板正对阳光时，每平方米面积上每秒钟能接收到太阳辐射????的能量为１０００Ｊ，太阳能电池提供的电压为１２０Ｖ，可供电动机????正常工作的电流为１０Ａ。答案（１）太阳可再生（或一次、清洁均可）不能????２（２）８Ｗ／ｍ????（３）Ｐ１１能????解析（１）风能和光能都来源于太阳，属于可再生能源；由????题意可知，太阳光弱、风速小时，不能实现风光互补发电。（２）由????３＝８题意可知，风速为原来的２倍，则风机功率增加为原来的２????２倍；面积单位为ｍ，功率的单位为Ｗ，故根据光的辐射量定义可（１）太阳能属于（选填“可”或“不可”）再生能源。????２＋Ｐ＝Ｐ时，用电器两知，光的辐射量的单位为Ｗ／ｍ。（３）当Ｐ１２????（２）太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是。端电压等于额定电压，用电器正常工作；由图像得，１１点钟左右（３）电动机正常工作时，将电能主要转化为能，若????光伏功率最大；１３点～１６点这段时间里，风光互补发电的总功率转化效率是８０％，且该车沿水平路面匀速行驶时所获得的牵引????大于或等于１ｋＷ，故能满足用电器工作。力是１５０Ｎ，则该车匀速行驶的速度是ｍ／ｓ。????答案（１）可方法二能源利用中的效率问题????（２）１５％Ｑ有用????（３）机械６．４１．热效率：η＝×１００％，Ｑ有用是有效利用的热量，Ｅ指总????Ｅ解析（１）太阳能取之不尽，用之不竭，可以供人类长期使能量。如果是炉子，则Ｅ为燃料完全燃烧放出的能量（Ｅ＝Ｑ总＝????用，是可再生能源。ｍｑ）；如果是太阳能热水器，则Ｅ为接收到的太阳能；如果是电????（２）太阳能电池每秒钟接收的太阳能Ｅ＝１０００×８Ｊ＝８０００Ｊ热器，则Ｅ为电流做功放出的热量。????ＷＥ８０００Ｊ????接收太阳能的功率Ｐ＝＝＝＝８０００ＷＷｔｔ１ｓ有用２．热机效率：η＝×１００％，其中Ｗ有用是指输出的有用功Ｑ总????太阳能电池提供的电功率Ｐ电＝ＵＩ＝１２０Ｖ×１０Ａ＝１２００Ｗ（Ｗ有用＝Ｐｔ），Ｑ总为燃料完全燃烧放出的总能量（Ｑ总＝ｍｑ）。????Ｐ电１２００Ｗ光电转换效率η＝×１００％＝×１００％＝１５％能源利用的效率问题，关键是分清有效利用的能量和总????Ｐ８０００Ｗ能量。????（３）电动机工作时，将电能转化为机械能；例２（２０１７贵州黔东南州第一次模拟，２１）农村沼气厕所????Ｐ电×８０％＝Ｐ机械＝Ｆ·ｖ改造工程是新农村建设的具体方案之一，是一种综合、再生、高????Ｐ电×８０％１２００Ｗ×８０％所以ｖ＝＝＝６．４ｍ／ｓ。效、廉价的优质清洁能源。３～５口人的农户修建一个同畜禽舍Ｆ１５０Ｎ