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第二十二章
能源与可持续发展
第2节 核能
学习目标
难点
3.了解核裂变、核聚变。
1.了解原子、原子核的结构。
重点
2.知道核能的优点和可能带来的问题，了解我国和世界核能利用新进展。
知识讲解
新课引入
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课堂小结
布置作业
重点
核能
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布置作业
带负电的电子
原子核
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核外运动。
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核能
带负电的电子
原子核
带正电的质子
不带电的中子
原子核由质子和中子组成，质子带正电，其电荷量跟电子电荷量相等，中子不带电。
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布置作业
核能
带负电的电子
原子核
带正电的质子
不带电的中子
质子的质量大约是电子的1836倍，质子和中子的质量几乎相同。
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核能
带负电的电子
原子核
带正电的质子
不带电的中子
质子和中子构成非常小的原子核，就像几颗豆粒挤在原子这个大广场的中央。
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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，或是较小的原子核相互结合，就有可能释放出惊人的能量，这就是核能。
质量较大的原子核发生分裂
质量较小的原子核相互结合
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裂变
1.核裂变是较重的原子核裂变为较轻的原子核的一种核反应。
铀核的裂变
1kg铀全部裂变，释放的能量超过2000t煤完全燃烧时释放的能量。
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思考与讨论
用中子轰击铀核，铀核才会发生裂变，放出能量。这就好比用火柴点燃木材，木材才能燃烧。假如外界的中子停止轰击，裂变也就停止了。那么，怎样才能使裂变继续下去呢？
我们将火柴搭成右图所示的结构，想像你在点燃第一根火柴后，会发生什么情况。
其实，火柴所发生的情况与裂变中的链式反应很像。
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裂变
链式反应示意图
用中子轰击铀235原子核，铀核分裂时释放出核能，同时还会产生几个新的中子，这些中子又会轰击其他铀核……
中子
铀核
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布置作业
裂变
链式反应示意图
于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能。
中子
铀核
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布置作业
裂变
链式反应示意图
2.这种由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代接一代继续下去的过程，就是裂变中的链式反应。
中子
铀核
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模拟链式反应
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裂变
核电站中的反应堆
核电站利用核能发电，它的核心设备是反应堆。核电站利用反应堆产生的内能，通过蒸汽轮机做功，带动发电机发电。1942 年人类利用核反应堆第一次实现了可控制的铀核裂变。
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裂变
核电站中的反应堆
当时的核反应堆的功率非常小，大约需要260座这样的反应堆才能点亮一只40W的灯泡。然而，这是人类利用核能的关键一步。今天，全世界已经建成了几百座核电站，核电发电量接近全球发电量的1/5。
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中国核电建设
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裂变
原子弹爆炸
核反应堆中发生的链式反应，是可以控制的。链式反应如果不加以控制，大量原子核就会在一瞬间发生裂变，释放出极大的能量。原子弹爆炸时发生的链式反应，是不加控制的。
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裂变
原子弹爆炸
在人类实现可控核裂变大约三年后，即在1945年，利用不加控制的核裂变制造的毁灭性武器——原子弹爆炸了。
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聚变
如果将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），在超高温下结合成新的原子核——氦核，也会释放出巨大的核能。
氘核、氚核在超高温下聚合成氦核，释放出核能
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聚变
核裂变是较轻的原子核结合成为较重的原子核的一种核反应。
有时把聚变也称为热核反应。
氘核、氚核在超高温下聚合成氦核，释放出核能
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聚变
氘核、氚核都属于氢核的一种。大量氢核的聚变，可以在瞬间释放出惊人的能量。氢弹利用的就是聚变在瞬间释放的能量。
利用核聚变原理制造的氢弹爆炸时产生的巨大的蘑菇云
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中国第一颗氢弹爆炸
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聚变
如何实现可控聚变，如何利用可控聚变释放的核能，科学家正在积极地探索着。海水中蕴藏着丰富的、可以实现聚变的氘核。科学家预言，通过可控聚变来利用核能，有望彻底解决人类能源问题。
海水中蕴藏着丰富的、可以实现聚变的氘核
核电站的发电过程中，首先核反应堆将核能转化为内能，接着高温高压的水蒸气推动汽轮机转动，将内能转化为机械能，最后汽轮机带动发电机发电，将机械能转化为电能。
解析
题1．核电站发电流程如图所示，在核电站的发电过程中，下列所述能量转化顺序正确的是（ ）
A.核能→化学能→内能→电能
B.核能→化学能→机械能→电能
C.核能→内能→机械能→电能
D.核能→机械能→内能→电能
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C
原子是由原子核和电子组成的，原子核是由质子和中子组成的，选项A错误；原子核分裂或者相互结合时均有可能释放核能，选项B、C错误；核能可以直接从自然界获得，是一次能源，选项D正确。
解析
题2.关于原子、原子核和核能，下列说法正确的是（ ）
A.原子由质子和电子组成
B.原子核只有相互结合时才能释放核能
C.原子核只有分裂时才能释放核能
D.核能是一次能源
D
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核电站可以给水力资源、化石能源匮乏的地区提供能量保证，应当适度发展核电并高度重视其安全性；核电站的核废料仍具有放射性，故不能像生活垃圾那样处理或进行二次加工利用，必须进行专门的处理。
解析
题3.为缓解电力紧张的状况，需要开发利用新能源，我国陆续建成了一些核电站。关于核电站，下列说法正确的是（ ）
A.核电站使用的燃料是核原料
B.发生核事故会造成放射性污染，所以应该关闭所有核电站
C.核能高效、经济，所以应该大力发展核电
D.核电站产生的核废料可以像生活垃圾那样被处理或进行二次加工利用
A
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布置作业
题4.获取核能有两条途径——重核的裂变和轻核的聚变，如图所示，图甲表示的是 ；图乙表示的是 。其中图 （填“甲”或“乙”）展示的是制造氢弹的原理。
核裂变
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核聚变
乙
核废料的处理
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核能
核能
聚变
裂变
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布置作业
作业：
月 日
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