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第二十二章 能源与可持续发展
能源是人类文明进步的基础和动力，能源问题和我们每个人都息息相关。在本章的学习中，我们将从自己的家庭入手，调查能源使用情况，有针对性地制订优化能源使用的方案。
从身边的事做起，每个人都可以为全社会实现可持续发展作出贡献。
第二十二章 能源与可持续发展
第2节 新能源的发展
课时学习目标
1. 了解原子核的结构。
2. 常识性了解核能及核能的获取方式。
3. 理解核裂变和核聚变，能正确说出核裂变和核聚变的应用。
4. 了解太阳能及其利用。
1. 释放核能的两种方式：裂变和聚变。
2. 太阳能及其利用。
学习重点
学习难点
1. 了解核裂变和核聚变。
2. 太阳能的利用方式及其新进展。
学习重点、难点
导入新课
为了解决利用化石能源带来的问题，人们着手开发各种新能源。你知道的新能源有哪些？
第1节 新能源的发展
知识点一 核能
1.原子核的内部结构
分子是由原子构成的，原子的中心是原子核，原子核周围有一定数目的电子在运动。进一步的研究表明，原子核还有更精细的内部结构：原子核由质子和中子组成，质子带正电荷，其电荷量跟电子的电荷量相等，中子不带电；质子的质量大约是电子的1836倍，中子和质子的质量几乎相同。质子和中子构成非常小的原子核，就像几颗豆粒挤在一个非常大的广场中央。
原子核及核外电子
知识点一 核能
原子结构
原子
原子核（带正电）
核外电子
（带负电）
质子（带正电）
中子（不带电）
电子
质子和中子
知识点一 核能
一、核能
质子、中子依靠强大的核力紧密地结合在一起，因此原子核十分牢固，要使它们分裂或结合是极其困难的。但是，一旦质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互结合，就有可能释放出惊人的能量。这种能量就是核能。
质量较大的原子核发生分裂
质量较小的原子核结合
知识点一 核能
一、核能
质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互结合时，就有可能释放出惊人的能量，这种能量就是核能。
核裂变（重核裂变）
核聚变（轻核聚变）
释放核能的方式
知识点一 核能
2.裂变
20世纪30年代，科学家用中子轰击质量比较大的铀235原子核，使其发生裂变，变成两个质量中等大小的原子核，同时还会产生几个新的中子，这些中子又会轰击其他铀核……于是就导致一系列铀核持续裂变，释放出巨大的能量。这就是裂变中的链式反应。
1 kg铀全部裂变释放的能量相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的能量。
知识点一 核能
2.裂变
核裂变
链式反应
知识点一 核能
如果对链式反应不加控制，那么大量原子核就会在一瞬间发生裂变，释放出极大的能量，例如原子弹的爆炸。
2.裂变
知识点一 核能
如果链式反应可控，那么就可以控制核能的释放，例如核反应堆中发生的就是可控链式反应。
2.裂变
核电站利用核能发电，它的核心设备就是核反应堆。
核电站利用核反应堆产生的内能，通过汽轮机做功，带动发电机发电。
知识点一 核能
核电站的工作原理
知识点一 核能
随着我国具有完全自主知识产权的第三代百万千瓦级核电技术机组——华龙一号的建成，我国的核能发电技术已居于世界先进地位。
2.裂变
世界上最大的“华龙一号”核电基地——福建漳州核电基地，建设6台百万千瓦级“华龙一号”核电机组，总装机容量约720万千瓦，全部投产后预计年发电量超600亿千瓦时，对于优化我国能源结构、保障能源安全、推动绿色发展具有重要意义。
知识点一 核能
作为我国核电走向世界的“国家名片”，“华龙一号”是我国研发设计的具有完整自主知识产权的三代压水堆核电创新成果，满足世界最高安全要求和最新技术标准，是我国核电创新发展的重大标志性成果，对于我国实现由核电大国向核电强国的历史性跨越具有重要意义。目前，“华龙一号”已成为全球在运在建机组总数最多的三代核电技术，标志着我国核电技术与综合竞争力跻身世界第一方阵。
2.裂变
福建福清核电华龙一号 6 号机组投入运营
“华龙一号”每台机组每年发电量超100亿度，能够满足中等发达国家100万人口的年度生产和生活用电需求；同时相当于每年减少标准煤消耗312万吨、减少二氧化碳排放816万吨，相当于植树造林7000多万棵。
知识点一 核能
如果使某些质量很小的原子核，例如氘核（由一个质子和一个中子构成）与氚核（由一个质子和两个中子构成），在超高温和高压下结合成新的原子核——氦核，也会释放出巨大的核能。这就是聚变，有时也称为热核反应。
2.聚变
氘核、氚核都是氢核的一种。大量氢核的聚变，可以在瞬间释放出惊人的能量。氢弹利用的就是这种能量。
知识点一 核能
2.聚变
在太阳内部，氢原子核在超高温下发生聚变，释放出巨大的核能 。因此可以说，太阳核心每时每刻都在发生氢弹爆炸，比原子弹爆炸的威力更大。太阳核心释放的能量向外扩散，可以传送到太阳表面。太阳表面温度约为6000℃，就像一个高温气体组成的海洋。大部分太阳能以热和光的形式向四周辐射出去。太阳这个巨大的“核能火炉”已经“燃烧”了近50亿年。目前，它正处于壮年，要再过50亿年才会燃尽自己的核燃料。那时，它将膨胀为一个巨大的红色星体……
太阳——巨大的“核能火炉”
知识点一 核能
如何实现可控核聚变，如何利用可控核聚变释放的核能，科学家正在积极地探索着。海水中蕴藏着丰富、可以实现聚变的氘核。科学家预言，通过可控核聚变来利用核能，有望彻底解决人类所面临的能源问题。我国正在采用不同方式进行可控核聚变的研究，中国科学院建造的环流器 EAST实现了1000s以上的长时间运行，中国工程物理研究院等单位建造了“神光Ⅲ”激光约束核聚变研究装置。
2.聚变
2025年1月20日，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）在安徽合肥创造新世界纪录，首次完成1亿摄氏度1000秒“高质量燃烧”，标志我国聚变能源研究实现从基础科学向工程实践的重大跨越，对人类加快实现聚变发电具有重要意义。
与化石燃料一样，核燃料在自然界中也是有限的，核能属于不可再生能源。
知识点一 核能
归纳总结
知识点一:核能
1.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。
2.核能：质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互结合时释放出的巨大能量。核能是一次能源，是不可再生能源，也是新能源。
（1）裂变 ①链式反应：中子轰击铀核时铀核发生裂变，释放大量核能，同时产生的中子又轰击其他铀核，导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能。
②应用：核电站（裂变速度加以控制，核能缓慢释放）、原子弹（裂变速度不加控制，核能瞬间释放）。
（2）聚变 ①热核反应：质量很小的原子核，在超高温和高压下结合成新的原子核时释放出巨大的核能。
②应用：氢弹（聚变速度无法控制，核能瞬间释放）；
③在太阳内部，氢原子核在超高温下发生聚变，释放出巨大的核能 。
一、家用电器的总功率对家庭电路的影响
【例题1】（2025年广东中考题）如图所示原子结构示意图中，原子核带_______电，其质量_______（选填“大于”或“小于”）电子的质量。原子整体________（选填“显”或“不显”）电性。
【解析】原子由带正电的原子核与带负电的核外电子组成，原子核内的质子带正电，中子不带电。原子核的质量大于电子的质量，原子核所带正电荷数量和核外电子所有电子总共带的负电荷数量相等，所以原子对外不显电性。
课堂练习
正
大于
不显
一、家用电器的总功率对家庭电路的影响
　　【解析】A．释放核能的核燃料，如铀矿这类矿物能源，一旦消耗就很难再生，是不可再生能源；
B．核电站利用核反应堆提供的能量发电时不可避免有能量的损失，核能转化为电能的效率不可能达到100%；
C．温度越高，分子热运动越剧烈。核电站中冷却水温度升高，水分子的无规则运动加剧；
D．核反应堆产生的中子不带电。
【例题2】（2025年江苏镇江中考题）核电站利用核反应堆提供的能量发电，以下说法正确的是【 】
A. 核能属于可再生能源
B. 核能转化为电能的效率可达100%
C. 核电站中冷却水温度升高，水分子的无规则运动加剧
D. 核反应堆产生的中子带正电
课堂练习
C
一、家用电器的总功率对家庭电路的影响
【例题3】（2025年黑龙江绥化中考题）在太阳内部，氢原子核在超高温条件下发生核______（选填“裂变”或“聚变”），释放出巨大的核能。核能是______（选填“一次”或“二次”）能源。
【解析】太阳内部氢原子核在超高温下发生聚变，即轻核结合成重核，释放巨大核能。
核能可以接从自然界直获取，属于一次能源。
课堂练习
聚变
一次
二、短路对家庭电路的影响
知识点二 太阳能
二、太阳能
太阳照耀着我们的地球，人类除了间接利用储存在化石燃料中的太阳能，还设法直接利用太阳能。随着科学技术的进步，太阳能等可再生能源逐渐得到较为广泛的应用。
目前直接利用太阳能的方式主要有两种，一种是用集热器把水等物质加热，另一种是用太阳能电池把太阳能转化成电能。
二、短路对家庭电路的影响
知识点二 太阳能
二、太阳能
平板式集热器的箱面是玻璃，内部有涂黑的吸热板，可以吸收太阳辐射并将其转化为内能，从而将集热器管道内的水流加热。
太阳能电池具有使用寿命较长的优点。太阳能电池应用在航空、航天、通信等领域，在日常生活中也用于电灯、计算器、手表等用电器。
二、短路对家庭电路的影响
知识点二 太阳能
二、太阳能
风能和海洋能也是人们可以利用的新能源，它们都可以用来发电。我国建设了数座潮汐电站，也建成了许多“风车田”。
中国最大的潮汐电站——浙江温岭潮汐电站
知识点二 太阳能
归纳总结
知识点二:太阳能
1.太阳能的产生
太阳内部，每时每刻都在发生核聚变，从而释放出巨大能量。
2.太阳能的应用
（1）直接利用
① 光热转化:太阳能转化为内能。太阳能集热器、太阳炉等。
② 光电转化:太阳能转化为电能。太阳能电池。
③ 光化转化:太阳能（光能）转化为化学能。植物吸收太阳光进行光合作用。
（2）间接利用
利用化石能源、水能、风能等一次能源，实际上是间接利用太阳能。
一、家用电器的总功率对家庭电路的影响
　　【解析】可再生能源是指能够从自然界直接获取，并且消耗利用后可以从自然界不断得到补充的能源。太阳能可以从自然界源源不断地得到，所以它是一种可再生能源。
太阳能电池消耗太阳能，为电路提供电能，所以是将太阳能转化为电能，从而供月球车使用。
【例题4】（2025年广西中考题）太阳能可以从自然界源源不断地得到，它________（选填“是”或“不是”）一种可再生能源。我国月球车在月球上利用太阳能电池将太阳能转化为___________能，供月球车使用。
课堂练习
电
是
一、家用电器的总功率对家庭电路的影响
　 【解析】A．太阳能可以从自然界源源不断地得到，是可再生能源；
B．煤、石油、天然气是化石能源，地球上的化石能源储量有限，会越用越少，而且不能在短期内从自然界得到补充，是不可再生能源；
C．核电站是通过铀核裂变获取能量，是利用核裂变发电的；
D．能量的转化和转移过程中有能量损失，所以风力发电的效率不可能达到100%。
【例题5】（2025年云南中考题）能源是人类文明进步的基础和动力。关于能源，下列说法正确的是【 】
A. 太阳能属于可再生能源
B. 石油取之不尽用之不竭
C. 核电站是利用核裂变发电的
D. 风力发电的效率可以达到100%
课堂练习
AC
一、家用电器的总功率对家庭电路的影响
　　【解析】太阳能的利用就是将太阳能转化为其它形式的能量。
太阳能的间接利用：由于化石能源、水能、风能、生物质能等都来源于太阳能，所以人类利用这些能源，实际上都是间接地利用太阳能。
太阳能的直接利用：①光热转换：利用集热器直接利用太阳能加热物质，把太阳能转化为内能加以利用。②光电转换：利用太阳能电池将太阳能转化为电能，把太阳能电池作为电源为用电器提供电能。③光化转换：绿色植物吸收太阳光进行光合作用，将太阳能转化为化学能储存在植物体内。
【例题6】太阳能是人类优先开发和利用的新能源之一，关于太阳能的利用，下列说法正确的是【 】
A. 图甲中，绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能
B. 图乙中，太阳能热水器通过做功的方式将太阳能转化为水的内能
C. 图丙中，太阳能交通信号灯将太阳能直接转化为信号灯的光能
D. 图丁中，首架环球航行的太阳能飞机将太阳能直接转化为飞机的机械能
课堂练习
A
核反应堆是通过可控裂变反应释放核能的设备。核反应堆内的铀核发生裂变时，会释放能量，也会产生射线。如果射线泄漏到反应堆外面，就会对人和其他生物造成伤害，所以核反应堆都封闭在一个厚厚的钢筋混凝土壳中。
核电站与核废料处理
核电站一旦发生核泄漏事故，就可能产生严重的危害，所以核电站的安全性应得到高度重视。为此，科学家们制定了严格的安全措施和安全标准。核电站使用过的核燃料称为核废料。由于核废料仍然具有放射性，所以一般将其放入特殊的容器封存后，深埋在人烟稀少的地方。
在化石能源供应日趋紧张之时，建设核电站是人类解决能源危机的一种可行方案。我国坚持安全有序发展核电。2021年10月，我国研发的全球首座球床模块式高温气冷堆并网发电，标志着我国成为世界少数几个掌握第四代核电技术的国家之一。高温气冷堆的安全性进一步提高，在发生异常情况时，可以在不需人为干预的情况下保持安全状态。2023年12月，我国建设的全球首座第四代核电站正式投入商业运营。迄今，我国在运核电机组总体安全状况良好。
核电站与核废料处理
【例题7】(2024年湖北中考题)2024年5月25日，我国第三代核电站“华龙一号”示范工程全面建成。关于核能的利用，下列说法正确的是【 】
A．核能是可再生能源
B．“华龙一号”是利用聚变产生能量
C．核燃料中的铀原子核由大量质子和电子组成
D．核废料仍具有放射性，一般深埋在人烟稀少的地方
课堂练习
【解析】核能是原子核发生裂变或聚变时释放出的巨大能量。地球上储藏的核燃料随着消耗会越来越少，不可能在短期内得到补充，属于不可再生能源。“华龙一号”是我国具有完整自主知识产权的三代核电技术，满足全球最高安全标准。“华龙一号”核电站利用核能发电，核反应堆中核燃料发生裂变释放核能，通过汽轮机做功带动发电机发电。
核燃料中的铀原子核由带正电的质子和不带电的中子组成。
核反应堆是通过可控裂变反应释放核能的设备，反应堆中的铀核发生裂变时会释放能量，也会产生射线。如果射线泄露到反应堆外，会对人和其他生物造成伤害。核废料具有放射性，一般深埋在人烟稀少的地方，避免产生核污染。
D
课时知识总结
新能源的发展
核能
核能：原子核分裂或相互结合释放的巨大能量。核能是一次能源，也是不可再生能源。
太阳能
原子核由带正电质子和不带电中子组成
裂变（链式反应）：重核分裂成质量小的原子核释放能量的过程。核电站利用可控裂变释放核能发电。原子弹利用不加控制裂变释放核能爆炸。
产生：太阳内部发生氢核聚变释放巨大能量
聚变（热核反应）：轻核结合成质量大的原子核释放能量过程。氢弹利用氢核聚变释放核能爆炸。
直接利用：太阳能集热器、太阳能电池、植物吸收太阳光发生光合作用。
风能、海洋能等
间接利用：化石能源、生物质能、水能、风能等。
优点：清洁无污染。是一次能源，也是可再生能源。
练习与应用： 1、2、3、4、5题
课后作业

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