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第六章 能源与社会
华师大版九年级下册
第3节 核能的开发和放射性防护
教学目标
科学观念：了解放射性和放射性元素；了解裂变和聚变；了解核电
站的核心是核反应堆及其原理；了解放射性的应用与防护；
科学思维：通过核能的和平利用，了解核电站使用的核裂变技术；
形成分析、解决实际问题的能力及查阅资料获取信息的能力；
探究实践：利用图示来区分裂变与聚变；并利用网络优势，让学生
获取丰富的相关信息，引导学生自主合作讨论，扼守知识面；
态度责任：开启开发利用核能的美好前景的想象，激发学习与探究
的热情；增强爱国情感，同时认识到科学技术是不断进步的。
新知导入
1945年8月6日和8月9日，美国将两颗外号为“小男孩”和“胖子”的原子弹，分别投到日本广岛和长崎，原子弹爆炸时释放的巨大能量使这两座城市在瞬间化为废墟。
小男孩
胖子
新知讲解
一、原子的结构
1、原子：
原子在化学反应中是最小的微粒，无法再变化。
2、原子结构：
原子是由原子核和核外电子构成。
3、原子核的结构：
原子核由中子和质子构成。
其中，质子带正电，中子不带电，
电子带负电。
新知讲解
二、放射性和放射性元素
1、放射性：
某些物质的原子核能发生衰变，能自发地放出放射线，物质的这种特性叫放射性
放射性标志
用于盛放放射性物质的黑桶
新知讲解
2、放射性元素：
能自发地放出穿透力很强的射线的元素，称为放射性元素。
3、常见的放射性元素：
铀（U）、钋（Po）、镭（Ra）等，其中镭的放射性最强。
新知讲解
4、射线：
放射性元素在衰变或裂变时会放出能量很高的粒子流，这些粒子流称为射线。
α射线：带正电的高能氦核流；
β射线：带负电的高能电子流；
γ射线：电中性的高能电磁波。
注：
射线是一种不可见的光，只能直线传播。
新知讲解
5、射线都具有很强的穿透力：
射线都能贯穿物体，其中贯穿物体本领最强的是γ射线，其次为
β射线，最弱的是α射线。
新知讲解
6、原子核裂变会放出中子流和原子核碎片流：
原子核在裂变时会放出速度很大的中子流和原子核碎片流。
在日本福岛核电站事故中经常提到的131I（碘—131），就是原子核碎片。
新知讲解
三、核能和核能的释放
1、核能：
原子核在转变过程中所释放的能，叫做原子核能，简称为核能。
（1）原子核在分裂或结合时都会释放核能。
如，放射性元素镭的原子核分裂时放出放射线，并释放出能。这种能就是核能，它使含镭元素的盐发热。因此镭盐样品的温度始终比周围温度高。
（2） 核能释放出来的能量比化学反应释放的化学能更巨大。
比如，我们若能把1g氮核全部转变成氧核时，所释放出来的核能，就相当于燃烧4t煤所释放的化学能。
新知讲解
2、释放核能的途径：
核能释放的途径主要有两条：重核的裂变、轻核的聚变。
注：
①重核是指质量较大的原子核，如镭（225）和铀（235）的原子核等，轻核是指质量较小的原子核，如氘（2）和氚（3）的原子核。
②重核里的质子和中子很多,中子和质子越靠外层,能量越高,从而导致重核内部质子和中子很不稳定,如果受到外部干扰,就会发生裂变。
新知讲解
（1）重核的裂变：
①重核的裂变：
由质量较大的原子核，分裂成质量中等的原子核，并释放巨大能量的一种核反应形式。
实验室中，一般用中子去轰击铀核，使之发生核裂变，获得核能。
新知讲解
②重核裂变的特点：
＊发生链式反应：
每次铀核裂变还会放射出2～3个中子来。如果其中2个中子又击中另外2个铀核，它们分裂后又会放出4～6个中子来。这样，由中子引起的裂变铀核由2变4，4变8 ……越来越多，释放出的能量也就越来越大，这种链锁式的铀核裂变反应称为链式反应。
＊释放巨大能量：
如果原子核裂变的链式反应不加限制，形成雪崩式的裂变反应，在短时间内放出巨大的能量，就会发生猛烈的爆炸。
新知讲解
（2）重核的裂变的应用：
①应用1：制造原子弹（核武器）
如果原子核裂变的链式反应不加限制，形成雪崩式的裂变反应，在短时间内放出巨大的能量，就会发生猛烈的爆炸。
②应用2：核电站（核电）
对中子的数量及能量加以控制，使原子核的裂变反应连续而缓慢地进行，核能有控制地平稳释放，这样核能就可以得到和平利用，其中核电站就是利用重核裂变的最重要的方式。
我国第一颗原子弹
我国的秦山核电站
视频：
原子弹工作原理：
（点击图片播放）
社会科技
我国的原子弹和氢弹
1960年中国科学院建立了原子能研究所，党中央调集了我国钱三强、朱光亚、陈能宽、程开甲、王淦昌、邓稼先、周光召与王承书等一大批优秀科学家进行研究。
1964年10月16日，我国第一颗原子弹试验爆炸成功。
第一颗原子弹试爆成功后，我国科学家与工程技术人员又马不停蹄地继续进行氢弹的研制工作。
1967年6月17日，我国又成功试爆了第一颗氢弹。从第一颗原子弹到第一颗氢弹，两次爆炸仅隔两年零8个月时间。而美国用了7年，苏联用了4年，英国用了5年，法国则用了8年。氢弹爆炸的成功，说明我国核技术水平已经位居世界前列。
1996年7月29日，我国政府郑重宣布，从1996年7月30日起中国开始暂停核试验。同时向世界各国，特别是有核武器国家呼吁实现无核武器的世界，确保各国共享和平、安全、稳定与繁荣。
新知讲解
（3）轻核的聚变：
由质量较小的原子核，结合成质量稍大的原子核，并释放巨大能量的一种核反应形式。
例如一个氘核（含1个质子与1个中子）和一个氚核（含1个质子与2个中子）都是带正电的，相互靠近时要相互排斥。但把它们加热到很高温度，可以使它们聚合为氦核，这种聚变现象只能在高温高压条件下发生，所以就称为热核反应。
＊轻核聚变释放的能量更巨大；
＊目前，轻核聚变主要应用于制造氢弹。
氢弹是一种比原子弹爆炸力更强的核武器。
新知讲解
（4）太阳利用轻核聚变而发光发热：
自然界中的太阳及许多恒星内部正进行着规模巨大的热核反应，正是热核反应为太阳提供了巨大的能量，让我们地球上的人类享用着聚变反应所释放的能量。
新知讲解
四、核电站
1、核电站：
核电站的核心： 核反应堆。
核反应堆的主要材料：核燃料、慢化剂和冷却剂。
主要的核燃料：低浓度铀或天然铀作为核燃料。
广东台山核电站
讨论交流
读图，说一说，核电站工作时是怎样防止核反应堆时的放射性泄漏的？
①核反应堆有安全壳保护着；
②核反应产生的热并不是直接导出来的；
③利用两个水循环（回路）将热量导出来发电；……
新知讲解
2、核电站工作时能量转化：
通过核反应把核能转化为热能，得到高温水蒸气；水蒸气推动气轮机转动，把热能又转化为机械能；汽轮机再带动发电机发电，使机械能转化为电能，从而得到电能。
核能 → 热能 → 机械能 → 电能
新知讲解
3、核电站的安全防护：
核裂变反应时产生的能量由循环流动的水流导出。为了保证核反应堆的放射性不会被水流带出，核反应堆中安装了两个循环水回路。
第一回路是不锈钢管组成的管道，管道通过反应堆的中心。管道里充满水，依靠泵的动力使水在管道里循环流动，把核反应放出的能量带出。
第二个回路通过热交换器，获取第一个回路的能量，使第二回路中的水转化成蒸汽，推动汽轮机运
转，把内能转化成机械能。汽轮
机带动发电机，把机械能转化成
电能。通过汽轮机后的蒸汽则进
入冷凝器，液化成水，以便循环
使用。
视频：
核电站
（点击图片播放）
阅读：
核电站的优越性
小资料：
秦山核电站
小资料：
日本福岛核电站事故及核电站的安全性
新知讲解
五、放射性的应用与防护
1、放射性的应用：
（1）工业上应用：利用放射线的穿透物体的本领，来检测控制钢板或纸张的厚度，也可以检查金属内部的砂眼及裂缝。
（2）农业上应用：通过放射线照射种子，使种子发生变异，培育出优良品种，使农业增产。
（3）医疗卫生上应用：利用射线可以检查和治疗恶性
肿瘤。这是因为放射线有很高的能量，可以使生
物细胞内的水分子、DNA分子分解，使癌细胞不
再分裂、繁殖，从而起到抑制、消除肿瘤病灶的
作用。
新知讲解
2、放射性的防护：
长期过量的放射线照射对人体是有害的。
（1）在需要利用放射线的地方，如医院、实验室，必须用铅玻璃、铅板等把放射性物质与人体隔开。
（2）严格管理放射源，不允许非专业人员接触放射源。
（3）防止放射性物质泄漏，以避免污染环境。
（4）避免与燃煤、大理石、夜光珠等直接接触；尽量少食用经煤炭直接烘烤的食物，注意室内通风排气。
随堂练习
1、关于放射性，下列说法正确的是（　　） 。
A．放射性物质在外界的影响下发出穿透能力很强的射线
B．α射线是电中性的高速运动的氦原子核流
C．β射线是带负电的高速运动的电子流
D．放射性物质产生的辐射对人体组织都有破坏作用
随堂练习
2、我们认为原子弹和核电站的根本区别是(　　）
A．原子弹利用核裂变，核电站利用核聚变
B．原子弹利用核聚变，核电站利用核裂变
C．原子弹对聚变的热核反应不加控制，核电站控制聚变的热核反应速度
D．原子弹对裂变的链式反应不加控制，核电站控制裂变的链式反应速度
D
随堂练习
3、2021年12月3日，中国南方首个核能供热项目在浙江海盐正式投运。下列相关说法错误的是（　　）
A．核电站产生的核废料对环境没有污染
B．核反应堆将核能转化为内能
C．核反应堆中链式反应是可以控制的
D．核电站利用核裂变释放的核能
A
随堂练习
4、 2020年12月，我国自主研制的核聚变关键装置“中国环流器二号M装置”实现首次放电，标志着我国核聚变发展取得重大突破。下列关于核聚变的说法，正确的是（　　）
A．原子核必须在超高温下才能发生聚变
B．任何两个原子核都可以发生聚变
C．原子弹爆炸时释放的巨大能量来自核聚变
D．目前核电站是利用核聚变释放的核能发电的
A
随堂练习
5、我国自主三代核电“华龙一号”5号机组首次达到临界状态，标志着机组正式进入带功率运行状态，向建成投产迈出了重要一步。下列关于核电站说法正确的是（　　）
A．核电站发生的能量转化是：化学能→内能→机械能→电能
B．核反应堆是核电站的“心脏”，里面发生的是核聚变
C．核电站反应堆中发生的链式反应是可以控制的
D．核电站反应堆产生的核废料对环境没有污染
C
随堂练习
6、下列关于放射现象、原子核和核能的说法中，正确的是（　　）
A．通过对放射现象的研究，可确认“原子核由质子和电子组成”
B．放射性有着广泛的应用，但是强剂量或长时间的辐射对人体有害
C．目前的核电站是利用核聚变释放的核能来发电的
D．核聚变的原料“铀”在地球上的储量非常有限
B
随堂练习
7、中国“人造太阳”——全超导托卡马克（EAST）东方超环，在全球首次实现了上百秒的稳态高约束运行模式，不仅创造了新的世界纪录，还为人类开发利用核聚变清洁能源奠定了重要的技术基础。
（1）在上亿度的高温状态下，物质呈现等
离子态，它们可以被磁场约束。东方超环就
是利用通过强大电流所产生的强大　 　，
把等离子体约束。
（2）如图乙是东方超环的热核反应示意图，属于　 　（选填“核聚变”或“核裂变”）。
（3）东方超环的反应原理与太阳类似，能量转化是原子核能转化为　 　。
磁场
核聚变
热能和光能
课堂总结
1、放射性元素自发放出的三种射线分别是：α射线、β射线和 γ射线。其中射线是带正电的高能氦核流；射线是带负电的高能电子流；射线是电中性的高能电磁波。
2、射线具有高能量，能贯穿物体。穿透力由强到弱是γ射线、β射线、α射线。
3、原子核在转变过程中所释放的能，叫做核能。
4、释放核能的途径有重核裂变和轻核聚变。
5、利用重核裂变可制成原子弹，利用轻核聚变可制成氢弹。目前，核电站所采用的都是可控的重核裂变技术。
6、核电站的核心是核反应堆。
7、核电站中能量的转化：核能→热能→机械能→电能
板书设计
6.3 核能的开发和放射性防护
1、放射性→放射性元素→射线
2、获取核能的途径：重核裂变（原子弹、核电站）、轻核聚变（氢弹、太阳内部）
3、核电站：
核心：核反应堆
核燃料：低浓度铀或天然铀
能量转化：核能→热能→机械能→电能
α射线：带正电的高能氦核流，贯穿能力最弱
β射线：带负电的高能电子流
γ射线：电中性的高能电磁波 ，贯穿能力最强
作业布置
1、复习本课时主要内容；
2、完成学案中的“课后练习”；
3、完成作业本中相应练习；
4、预习下一课时主要内容。
谢谢
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华师大版九下§6.3核能的开发和放射性防护学案
姓名
[学习目标]
1、了解放射性和放射性元素；
2、了解裂变和聚变；
3、了解核电站的核心是核反应堆及其原理；
4、了解放射性的应用与防护。
一、知识点梳理：
知识点1、放射性和放射性元素
1、放射性是指能自发地放出 的元素；如铀、镭等多种；并把能够自发地放射 很强射线的元素叫做放射性元素。
2、放射性元素在 或 时会放出 很高的粒子流，如会释放出带 的α射线（高能氦核流）、带 的β射线（高能电子流）和 的γ射线（高能电磁波）。
3、α、β、γ三种射线中贯穿物体本领最强的是 射线，其次为 射线，最弱的是 射线。
4、原子核在 时会放出速度很大的 和原子核碎片流。
知识点2、核能和核能的释放
1、 在转变过程中所释放的能叫做原子核能，简称核能。核能是从 释放出来的，它比化学反应中所释放出的化学能要大得多，同时也能使周围温度升高。
2、核能的释放有两条途径：重核的 和轻核的 ；前者又称 反应，后者又称 反应。
3、原子弹是利用 原理制成的，氢弹是利用 原理制成的，目前的核电站是利用 工作的。
4、 进行核反应的装置称为核反应堆。核电站就是利用 提供的能量发电的。核电站是目前 利用核能的主要途径。
5、自然界中的太阳及许多恒星（如 ）内部正进行着规模巨大的 反应，正是热核反应为太阳提供了巨大的能量，让我们地球上的人类享用着 所释放的能量。
知识点3、核电站
1、核电站的核心是 。核反应堆的主要材料是 、慢化剂和冷却剂。目前世界上的核电站大多数用 或 作为核燃料。
2、核裂变反应时产生的能量由 导出。为了保证核反应堆的放射性不会被水流带出，核反应堆中安装了 个循环水回路。
3、核电站工作时的能量转化：核能→ → →电能
知识点4、放射性的应用与防护
1、在工业上，利用放射线的 的本领，来检测控制钢板或纸张的厚度，也可以检查金属内部的砂眼及裂缝。在农业上，通过放射线照射种子，使种子发生 ，培育出优良品种，使农业增产。在医疗卫生上，利用射线可以检查和治疗 。这是因为放射线有很高的 ，可以使生物细胞内的水分子、DNA分子分解，使癌细胞不再 、 ，从而起到 、 肿瘤病灶的作用。
2、长期过量的放射线照射对人体是有害的。在需要利用放射线的地方，如医院、实验室，必须用铅玻璃、铅板等把放射性物质与人体隔开。严格管理放射源，不允许非专业人员接触放射源。防止放射性物质泄漏，以避免污染环境。
3、除了核电、医用核设施外， 、 、夜光珠等也都具有放射性，因此除避免与它们直接接触外，应尽量少食用 的食物，注意室内 。
二、例题讲解
例题1、我们认为原子弹和核电站的根本区别是(　　）
A．原子弹利用核裂变，核电站利用核聚变
B．原子弹利用核聚变，核电站利用核裂变
C．原子弹对聚变的热核反应不加控制，核电站控制聚变的热核反应速度
D．原子弹对裂变的链式反应不加控制，核电站控制裂变的链式反应速度
例题2、如图是核电站工作流程图，关于流程中各装置的能量转化，正确的是（　　）
A．核反应堆：核能转化为电能 B．蒸汽轮机：内能转化为机械能
C．发电机：电能转化为机械能 D．电驱动：机械能转化为电能
例题3、2021年12月20日，全球首座球床模块式高温气冷堆核电站——山东荣成石岛湾高温气冷堆核电站示范工程送电成功。关于核能的应用，下列说法中正确的是（　　）
A．原子弹是根据核聚变的原理制成的
B．现有核电站核变原理与氢弹核变原理相同
C．核能有核辐射危险，我们应该完全杜绝核能发电
D．核电站发电的能量转化过程是：核能→内能→机械能→电能
例题4、2020年12月4日，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置，在成都建成并实现首次放电，这意味着我国在可控核聚变技术领域走向了世界前列。下列说法不正确的是（　　）
A． 新一代“人造太阳”的原理与氢弹的原理相同
B．目前核电站是利用核裂变反应发电的
C．任何原子内部都有原子核，所以利用任何物质都能获得核能
D．超高温是核聚变反应需要满足的条件之一
例题5、核电站的核反应堆是通过重核裂变释放核能的装置，如图是核电站的原理图。核反应堆中发生重核裂变，释放出核能传递给水，产生高温、高压水蒸气，推动蒸汽轮机带动发电机发电。请回答下列问题。
（1）核反应堆是通过可控　 　反应释放核能的设备。
（2）核电清洁、经济，但一旦发生核泄漏，会对环境造成巨大的污染。核污染的主要原因是核燃料或核废料具有　 　。
（3）根据上图，请在方框内完成核电站发电过程中能量转化的流程图：
（4）仔细观察核电站的原理图。在发电过程中，水发生的物态变化有汽化和　 　。核电站在运行过程中要产生巨大热量，常用水来冷却，这是因为水具有　 ，所以核电站一般建在海边。
三、随堂练习：
1、下列关于核能说法正确的是（　　）
A．核反应堆中发生的链式反应是不可控制的
B．核电站产生的核废料仍具有放射性，一般深埋在人烟稀少的地方
C．核反应堆可将核能直接转化成电能
D．我国已建成可控核聚变反应堆
2、下列关于放射线的说法中不正确的是（　　）
A．大量放射线会对人畜造成很大伤害
B．放射线有百害无一益
C．利用放射线时，必须注意有效防护和防止环境污染
D．放射线有很高的能量
3、关于核能的应用，下列说法中不正确的是（　　）
A．人类利用核能的途径是核裂变和核聚变
B．太阳发光发热和氢弹爆炸都是轻核聚变释放能量造成的
C．原子弹是在可控的链式反应下进行的核裂变
D．a、B、γ三种放射线中，γ射线可以治疗癌症
4、人类对核能的开发和利用不断取得新的进展，根据目前的科研水平，你认为下列说法正确的是（　　）
A．原子弹是利用核裂变，核电站是利用核聚变
B．氢弹是利用核聚变，太阳内部发生的是热核反应
C．原子弹对聚变的链式反应速度不加控制
D．核能是一种可再生资源，但它的污染较严重
5、随着“一带一路”进入世界各国，核电和高铁已经成为中国响亮的名片。下列相关说法正确的是（　　）
A．核电站利用核裂变将核能转化为电能
B．核废料不具有放射性，不需要处理
C．铁轨铺在枕木上，通过减小压力来减小压强
D．乘坐高铁，乘客要在安全线外候车，因为气流流速大的地方压强大，易发生安全事故
6、为缓解电力紧张的状况，我省正在加大核电站的建设．下列说法正确的是（　　）
A．核电站将核能最终转化为电能 B．核反应堆中发生的是不可控制的核裂变
C．核能发电使用的燃料是天然气 D．核电站利用的核能属于可再生能源
7、关于能源的开发和利用，下列说法错误的是（　　）
A．煤是可再生能源，以煤为主要燃料的火力发电容易造成环境污染
B．核能是不可再生能源，开发和利用核能是人类获取能源的一个新途径
C．太阳能是取之不尽的能源，可直接利用且不会污染环境，开发前景广阔
D．人类的生存离不开能源，社会的进步和美好生活是以消耗大量能源为代价的，我们要珍惜能源
8、图甲和图乙是释放核能的两种方式，请回答下列问题：
（1）图　 　是核电站的工作原理。
（2）图乙是　 　（选填“聚变”或“裂变”）的示意图，目前还不能人为控制。
四、课后练习：
1、太阳能是地球能量的主要来源，太阳能的实质是（　　）
A．原子核聚变产生的核能 B．原子核裂变产生的核能
C．原子核链式反应产生的核能 D．化学反应产生的化学能
2、我国第一座核电站﹣浙江秦山核电站，获得核能的途径，正确的是（　　）
A．重核的裂变 B．轻核的聚变 C．重核的聚变 D．轻核的裂变
3、美国国家点火装置(NIF) 利用激光束会聚在含有氢同位素氘和氚的胶囊上，激光输入的能量是1.9千焦，得到输出能量1350千焦。这个实验结果被誉为人造小太阳，那么胶囊中发生的变化是（　　）
A．化学反应 B．链式反应 C．核聚变 D．核裂变
4、关于核电站，小科总结了以下四种说法，其中正确的是（　　）
A．核电站是利用氢核的聚变产生的能量来发电的
B．核电站的核心是利用核反应堆控制核能平稳地释放
C．核电站的反应堆中放出的核能可以直接转化为电能
D．核电站产生的废料可以直接排放到大海中
5、如图表示用中子轰击铀-235原子核产生氪核和钡核模型。下列叙述正确的是（　　）
A．该模型表示的是核聚变 B．该反应产生的中子可继续轰击其他铀核形成链式反应
C．该反应不会产生放射性物质 D．目前还不能用该反应获得能量的方式来发电
（第6题图） （第7题图）
6、2020年12月4日，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装(HL-2M)在成都建成并实现首次放电，标志着中国自主掌握了大型先进托卡马克装置的设计、建造、运行技术，为我国新型核反应堆的自主，设计与建造打下坚实基础。该反应堆发生的核反应属于（　　）
A．核聚变 B．核裂变
C．有的是核聚变，有的是核裂变 D．既不是核裂变，也不是核聚变
7、如图是核能发电原理图，下列说法正确的是（　　）
A．核能是可再生能源，核电站是利用重核裂变来释放核能
B．能量转换：核能→机械能→热能→电能
C．原子弹对裂变的链式反应不加控制，核电站控制裂变的链式反应速率
D．核电站使用的核燃料是石油或天然气
8、下列关于能量的说法正确的是（　　）
A．小孩从滑梯上滑下，机械能不变
B．太阳的巨大能量是内部核聚变产生的
C．核电站中的能量转化顺序是：核能→化学能→内能→机械能→电能
D．一个物体已做过的功越多，说明这个物体具有的能越多
9、关于放射性，下列说法正确的是（　　） 。
A．放射性物质在外界的影响下发出穿透能力很强的射线
B．α射线是电中性的高速运动的氦原子核流
C．β射线是带负电的高速运动的电子流
D．放射性物质产生的辐射对人体组织都有破坏作用
10、核电站利用核能发电，它的核心设备是核反应堆。下列说法正确的是（　　）
A．核电站是将化学能转化为内能 B．核反应堆中的链式反应是可控的
C．核反应堆就是原子弹爆炸 D．太阳内部是核裂变释放核能的
11、下列说法正确的是（　　）
A．目前人类已经大规模应用核聚变的方式发电
B．能量既不会消灭，也不会创生，但可以转化或转移
C．a射线是带负电的高速运动的氦原子核流
D．地球上90%能量来自太阳内部氢原子核的裂变
12、关于核能的获得，下列说法中正确的是（　　）
A．核反应堆是利用原子核裂变时在极短的时间内放出大量核能的装置
B．当原子核内部发生变化时，能释放巨大的能量，核裂变和核聚变是获得核能的两条途径
C．核裂变时发生热核反应，核聚变时发生链式反应
D．氢弹是利用原子核发生可控制的核裂变时能释放巨大核能的武器
13、如图所示为2019年1月驶抵月球背面的嫦娥四号任务月球车“玉兔二号”，至今已完成第44月昼工作，进入第44月夜休眠，工作期间向地球传回大量珍贵的月面信息。
（1）“玉兔二号”通过 　 　（填“电磁波”或“声波”）向地面传递信息；
（2）为了度过漫长而寒冷的月夜，月球车装有同位素温差发电器为月球车提供电能，同位素温差发电器原理与核电站相同，通过 　 　（填“轻核聚变”或“重核裂变”）释放核能发电。
（第13题图） （第14题图）
14、如图是中国自主设计的“人造太阳”实验装置——东方超环，它在1亿度超高温度下运行了近10秒。
（1）其反应原理与太阳类似，通过核 　 　，释放巨大的核能，从而获得高温。
（2）“人造太阳”加热功率超过1×1012瓦，若利用“人造太阳”发电，发电效率为60%，则每小时发电量达　 　。
15、用你学过的关键词填空。
（1）核电站是利用核能进行发电的，目前核电站的核反应堆中发生的是人工可以控制的　 　（选填“核聚变”或“核裂变”）。
（2）单缸汽油机工作的四个冲程中，将内能转化为机械能的是　 　冲程。
（3）火箭的燃料是液氢，这是由于氢气燃烧时的　 　较大。
（4）植物光合作用将太阳能转化成化学能，这些化学能无法重新变成太阳能，这说明能量的转化和转移是有　 　的。
16、阅读以下材料，回答问题：
人类生存最重要的能源--太阳能能源是人类生存与发展的基础之一.20世纪以来，全球的人口增长和经济发展，大大增加了对能源的需求．在各种能源中，化石燃料中的石油、天然气是当今世界的主要一次能源．据世界能源委员会统计，已探明的石油、天然气可采储量，按1992年各国的产量计算，分别只能开采44年和60年；虽然可采储量还可能会有新的发现，但社会需求也在增长，特别是考虑到第三世界国家的经济发展，油气燃料可供开采的时间不会很长．在化石燃料中，尽管煤的蕴藏量最丰富，但燃煤造成的严重污染使其不大可能成为世界范围的主要能源．虽然核聚变反应可提供清洁的能源，在海洋中蕴藏着的42万亿吨核聚变的主要物质氘，但核聚变堆研究的难度很大，估计要到本世纪后期核聚变电站才有可能实现商品化．因此，在展望21世纪能源问题的前景时，可能不得不面对油气资源面临枯竭、核聚变发电又未能商品化的一段时间．为保证这一时期内人类有充足的清洁能源供应，利用太阳能来发电是一种必然的选择．太阳能是最重要的可再生能源，地球上的各种能源无不与之密切相关．事实上，太阳在地球的演化、生物的繁衍和人类的发展中，起了无比重大的作用，也为人类提供了取之不尽的能源．太阳内部不断进行的高温核聚变反应释放着功率为3.8×1026兆瓦的巨大辐射能量，其中只有二十亿分之一到达地球大气高层；经过大气层时，约30%被反射，23%被吸收，仅有不到一半的能量功率8×1016兆瓦到达地球表面．尽管如此，只要能够利用其万分之几，便可满足今日人类的全部需要．
（1）太阳能是　 　能源（选填“可再生”或“不可再生”）；
（2）物质氘是发生核　 　的重要材料（选填“聚变”或“裂变”）；
（3）到达地球大气层的太阳能，大概有　 　的能量功率到达地球表面（填百分比）；
（4）今日人类对能量全部需要　 　能量功率8×1012兆瓦（选填“超过”或“不超过”）。
参考答案：
一、知识点梳理：
知识点1、
1、放射线 铀 镭 穿透力 2、 衰变 裂变 正电 负电 电中性
3、γ β α 4、 裂变 中子流
知识点2、
1、原子核 原子核内部 2、 裂变 聚变 链式 热核
3、 重核裂变 轻核聚变 裂变 4、可控制地 核反应堆 和平
5、 太阳 热核 聚变反应
知识点3、
1、核反应堆 核燃料 低浓度铀 天然铀
2、循环流动的水流 两 3、 内能 机械能
知识点4、
1、穿透物体 变异 恶性肿瘤 能量 分裂、繁殖 抑制 消除
2、过量 放射性物质 放射源
3、 燃煤 大理石 经煤炭直接烘烤 通风排气
二、例题讲解：
例题1、D
解析：原子弹和核电站都是利用原子的裂变，但是前者利用的是不加控制的，后者利用的是可控制的，故D正确，而A、B、C错误。
例题2、B
解析：在核电站中，核反应堆将核能转化为内能，蒸汽轮机将内能转化为机械能，发电机将机械能转化为电能，而电驱动将电能转化为机械能，故B正确，而A、C、D错误。
例题3、D
解析：A.原子弹是根据核裂变的原理制成的，故A错误；B.氢弹的工作原理为核聚变，则核电站核变原理与氢弹核变原理不同，故B错误；C.核能有核辐射危险，因此我们在利用核能的同时要注意防护安全，故C错误；D.核电站发电的能量转化过程是：核能→内能→机械能→电能，故D正确。
例题4、C
解析：A. 新一代“人造太阳”的原理与氢弹的原理相同，都是核聚变，故A正确不合题意；B.目前核电站是利用可控核裂变反应发电的，故B正确不合题意；C.任何原子内部都有原子核，但是在当前的技术条件下，并不是任何原子能都能被释放出来利用，故C错误符合题意；D.超高温是核聚变反应需要满足的条件之一，故D正确不合题意。
例题5、（1）核裂变（2）放射性（3）内能 （4）液化；较大的比热容
解析：（1）核反应堆是通过可控核裂变反应释放核能的设备。（2）核电清洁、经济，但一旦发生核泄漏，会对环境造成巨大的污染。核污染的主要原因是核燃料或核废料具有放射性。（3）核燃料发生核裂变，释放出核能；然后水加热，将核能转化为内能，生成高温高压的水蒸气；水蒸气推动汽轮机转动，将内能转化为机械能；汽轮机带动发电机转动，将机械能转化为电能，则方框内为内能。（4）水吸热，由液态变成气态发生汽化现象；水蒸气推动汽轮机转动后，内能减小，温度降低，从气态变成液态发生液化现象。核电站在运行过程中要产生巨大热量，常用水来冷却，这是因为水具有较大的比热容 ，所以核电站一般建在海边。
三、随堂练习：
1、B 2、B 3、C 4、B 5、A 6、A 7、A 8、（1）甲（2）聚变
四、课后练习：
1、A 2、A 3、C 4、B 5、B 6、A 7、C 8、B 9、C
10、B 11、B 12、B 13、（1）电磁波（2）重核裂变 14、（1）聚变（2）2.16×1015J
15、（1）核裂变 （2）做功 （3）热值 （4）方向性
16、（1）可再生 （2）聚变 （3）47% （4）不超过
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华师大版九下科学§6.3核能的开发和放射性防护教学设计
课题 6.3核能的开发和放射性防护 单元 六 学科 科学 年级 九下
教材分析 本节内容选自华师大版九下科学第六章第3节。教材借助已有的化学知识，采用通俗描述的方法给出放射性及核能等概念，介绍核能的两条获得途径：裂变和聚变；以及核能的利用，让学生知道什么是链式反应、热核反应、核反应堆及原子弹和氢弹的基本原理；然后介绍核能的应用与防护；并对核废料、核泄漏等问题产生深入的思考。 本节内容拟用1课时完成。
学习目标 科学观念： 了解放射性和放射性元素；了解裂变和聚变；了解核电站的核心是核反应堆及其原理；了解放射性的应用与防护；科学思维：通过核能的和平利用，了解核电站使用的核裂变技术；形成分析、解决实际问题的能力及查阅资料获取信息的能力；探究实践：利用图示来区分裂变与聚变；并利用网络优势，让学生获取丰富的相关信息，引导学生自主合作讨论，拓宽知识面；态度责任：开启开发利用核能的美好前景的想象，激发学习与探究的热情；增强爱国情感，同时认识到科学技术是不断进步的。
重点 获取的两条途径、核电站的工作原理
难点 核电站运行的原理
教学环节 教师活动 设计意图
导入新课 1945年8月6日和8月9日，美国将两颗外号为“小男孩”和“胖子”的原子弹，分别投到日本广岛和长崎，原子弹爆炸时释放的巨大能量使这两座城市在瞬间化为废墟。 导入新课
讲授新课 一、原子的结构 1、原子： 原子在化学反应中是最小的微粒，无法再变化。2、原子结构： 原子是由原子核和核外电子构成。 3、原子核的结构： 原子核由中子和质子构成。 其中，质子带正电，中子不带电，电子带负电。 二、放射性和放射性元素1、放射性： 某些物质的原子核能发生衰变，能自发地放出放射线，物质的这种特性叫放射性。 2、放射性元素： 能自发地放出穿透力很强的射线的元素，称为放射性元素。 3、常见的放射性元素： 铀（U）、钋（Po）、镭（Ra）等，其中镭的放射性最强。 4、射线： 放射性元素在衰变或裂变时会放出能量很高的粒子流，这些粒子流称为射线。 α射线：带正电的高能氦核流； β射线：带负电的高能电子流； γ射线：电中性的高能电磁波。 注： 射线是一种不可见的光，只能直线传播。 5、射线都具有很强的穿透力： 射线都能贯穿物体，其中贯穿物体本领最强的是γ射线，其次为β射线，最弱的是α射线。 6、原子核裂变会放出中子流和原子核碎片流： 原子核在裂变时会放出速度很大的中子流和原子核碎片流。 在日本福岛核电站事故中经常提到的131I（碘—131），就是原子核碎片。 三、核能和核能的释放 1、核能： 原子核在转变过程中所释放的能，叫做原子核能，简称为核能。 （1）原子核在分裂或结合时都会释放核能。 如，放射性元素镭的原子核分裂时放出放射线，并释放出能。这种能就是核能，它使含镭元素的盐发热。因此镭盐样品的温度始终比周围温度高。 （2） 核能释放出来的能量比化学反应释放的化学能更巨大。 比如，我们若能把1g氮核全部转变成氧核时，所释放出来的核能，就相当于燃烧4t煤所释放的化学能。 2、释放核能的途径： 核能释放的途径主要有两条：重核的裂变、轻核的聚变。 注： ①重核是指质量较大的原子核，如镭（225）和铀（235）的原子核等，轻核是指质量较小的原子核，如氘（2）和氚（3）的原子核。 ②重核里的质子和中子很多,中子和质子越靠外层,能量越高,从而导致重核内部质子和中子很不稳定,如果受到外部干扰,就会发生裂变。 （1）重核的裂变： ①重核的裂变： 由质量较大的原子核，分裂成质量中等的原子核，并释放巨大能量的一种核反应形式。 实验室中，一般用中子去轰击铀核，使之发生核裂变，获得核能。②重核裂变的特点： ＊发生链式反应： 每次铀核裂变还会放射出2～3个中子来。如果其中2个中子又击中另外2个铀核，它们分裂后又会放出4～6个中子来。这样，由中子引起的裂变铀核由2变4，4变8 ……越来越多，释放出的能量也就越来越大，这种链锁式的铀核裂变反应称为链式反应。 ＊释放巨大能量： 如果原子核裂变的链式反应不加限制，形成雪崩式的裂变反应，在短时间内放出巨大的能量，就会发生猛烈的爆炸。 （2）重核的裂变的应用： ①应用1：制造原子弹（核武器） 如果原子核裂变的链式反应不加限制，形成雪崩式的裂变反应，在短时间内放出巨大的能量，就会发生猛烈的爆炸。 ②应用2：核电站（核电） 对中子的数量及能量加以控制，使原子核的裂变反应连续而缓慢地进行，核能有控制地平稳释放，这样核能就可以得到和平利用，其中核电站就是利用重核裂变的最重要的方式。 视频：原子弹工作原理科学技术社会：我国的原子弹和氢弹 （3）轻核的聚变： 由质量较小的原子核，结合成质量稍大的原子核，并释放巨大能量的一种核反应形式。 例如一个氘核（含1个质子与1个中子）和一个氚核（含1个质子与2个中子）都是带正电的，相互靠近时要相互排斥。但把它们加热到很高温度，可以使它们聚合为氦核，这种聚变现象只能在高温高压条件下发生，所以就称为热核反应。 ＊轻核聚变释放的能量更巨大； ＊目前，轻核聚变主要应用于制造氢弹。 氢弹是一种比原子弹爆炸力更强的核武器。 （4）太阳利用轻核聚变而发光发热： 自然界中的太阳及许多恒星内部正进行着规模巨大的热核反应，正是热核反应为太阳提供了巨大的能量，让我们地球上的人类享用着聚变反应所释放的能量。 四、核电站 1、核电站： 核电站的核心： 核反应堆。 核反应堆的主要材料：核燃料、慢化剂和冷却剂。 主要的核燃料：低浓度铀或天然铀作为核燃料。 讨论交流： 读图，说一说，核电站工作时是怎样防止核反应堆时的放射性泄漏的？2、核电站工作时能量转化： 通过核反应把核能转化为热能，得到高温水蒸气；水蒸气推动气轮机转动，把热能又转化为机械能；汽轮机再带动发电机发电，使机械能转化为电能，从而得到电能。 3、核电站的安全防护： 核裂变反应时产生的能量由循环流动的水流导出。为了保证核反应堆的放射性不会被水流带出，核反应堆中安装了两个循环水回路。 第一回路是不锈钢管组成的管道，管道通过反应堆的中心。管道里充满水，依靠泵的动力使水在管道里循环流动，把核反应放出的能量带出。 第二个回路通过热交换器，获取第一个回路的能量，使第二回路中的水转化成蒸汽，推动汽轮机运转，把内能转化成机械能。汽轮机带动发电机，把机械能转化成 电能。通过汽轮机后的蒸汽则进入冷凝器，液化成水，以便循环使用。 视频：核电站阅读：核电站的优越性 小资料：核电站 小资料：秦山日本福岛核电站事故及核电站的安全性五、放射性的应用与防护 1、放射性的应用： （1）工业上应用：利用放射线的穿透物体的本领，来检测控制钢板或纸张的厚度，也可以检查金属内部的砂眼及裂缝。 （2）农业上应用：通过放射线照射种子，使种子发生变异，培育出优良品种，使农业增产。 （3）医疗卫生上应用：利用射线可以检查和治疗恶性肿瘤。这是因为放射线有很高的能量，可以使生 物细胞内的水分子、DNA分子分解，使癌细胞不再分裂、繁殖，从而起到抑制、消除肿瘤病灶的作用。 2、放射性的防护： 长期过量的放射线照射对人体是有害的。 （1）在需要利用放射线的地方，如医院、实验室，必须用铅玻璃、铅板等把放射性物质与人体隔开。 （2）严格管理放射源，不允许非专业人员接触放射源。 （3）防止放射性物质泄漏，以避免污染环境。（4）避免与燃煤、大理石、夜光珠等直接接触；尽量少食用经煤炭直接烘烤的食物，注意室内通风排气。 核能的产生与原子核变化有关，指出化学反应中原子核不变，但原子核一定条件下也是会变化的 射线是不可见光，射线具有高能性，直线传播也为后续防护作铺垫；利用图片来形象说明贯穿力的强弱利用比较、数据等来说明特点分别对两种途径获得核能加以说明，利用图片说明裂变的特点知识运用我国的核能利用举例，增强民族自豪感满足学生的好奇心与提升学习的兴趣通过读图，讨论、归纳出核电站中的防护措施，提升自主学习与获取信息能力；能量的转化也是核电站工作的重点内容安全防护是引发学生深入思考的内容，小资料与阅读既可作为课内使用，也可作为课外阅读使用从生产、生活与日常中进行防护教育，形成学健康意识。
课堂练习 1、关于放射性，下列说法正确的是（　C　） A．放射性物质在外界的影响下发出穿透能力很强的射线B．α射线是电中性的高速运动的氦原子核流C．β射线是带负电的高速运动的电子流D．放射性物质产生的辐射对人体组织都有破坏作用2、我们认为原子弹和核电站的根本区别是(　D　） A．原子弹利用核裂变，核电站利用核聚变B．原子弹利用核聚变，核电站利用核裂变C．原子弹对聚变的热核反应不加控制，核电站控制聚变的热核反应速度D．原子弹对裂变的链式反应不加控制，核电站控制裂变的链式反应速度3、2021年12月3日，中国南方首个核能供热项目在浙江海盐正式投运。下列相关说法错误的是（　A　） A．核电站利用核裂变释放的核能B．核反应堆将核能转化为内能C．核反应堆中链式反应可以控制D．核电站产生的核废料对环境没有污染4、2020年12月，我国自主研制的核聚变关键装置“中国环流器二号M装置”实现首次放电，标志着我国核聚变发展取得重大突破。下列关于核聚变的说法，正确的是（　A　） A． 原子核必须在超高温下才能发生聚变B．任何两个原子核都可以发生聚变C．原子弹爆炸时释放的巨大能量来自核聚变D．目前核电站是利用核聚变释放的核能发电的5、近日我国自主三代核电“华龙一号”5号机组首次达到临界状态，标志着机组正式进入带功率运行状态，向建成投产迈出了重要一步。下列关于核电站说法正确的是（　C　） A．核电站发生的能量转化是：化学能→内能→机械能→电能B．核反应堆是核电站的“心脏”，里面发生的是核聚变C．核电站反应堆中发生的链式反应是可以控制的D．核电站反应堆产生的核废料对环境没有污染6、下列关于放射现象、原子核和核能的说法中，正确的是（B　　）A．通过对放射现象的研究，可确认“原子核由质子和电子组成”B．放射性有着广泛的应用，但是强剂量或长时间的辐射对人体有害C．目前的核电站是利用核聚变释放的核能来发电的D．核聚变的原料“铀”在地球上的储量非常有限7、中国“人造太阳”——全超导托卡马克（EAST）东方超环，在全球首次实现了上百秒的稳态高约束运行模式，不仅创造了新的世界纪录，还为人类开发利用核聚变清洁能源奠定了重要的技术基础。 （1）在上亿度的高温状态下，物质呈现等离子态，它们可以被磁场约束。东方超环就是利用通过强大电流所产生的强大　 　，把等离子体约束。 （2）如图乙是东方超环的热核反应示意图，属于 　 　（选填“核聚变”或“核裂变”）。 （3）东方超环的反应原理与太阳类似，能量转化是原子核能转化为 　 　。 [参考：（1）磁场（2）核聚变（3）热能和光能] 及时训练，有利于巩固刚刚学习的新知识。同时还有发现学生理解所学知识中存在的问题，便于及时纠正、修补。
课堂小结 1、放射性元素自发放出的三种射线分别是：α射线、β射线和 γ射线。其中射线是带正电的高能氦核流；射线是带负电的高能电子流；射线是电中性的高能电磁波。 2、射线具有高能量，能贯穿物体。穿透力由强到弱是γ射线、β射线、α射线。 3、原子核在转变过程中所释放的能，叫做核能。 4、释放核能的途径有重核裂变和轻核聚变。 5、利用重核裂变可制成原子弹，利用轻核聚变可制成氢弹。目前，核电站所采用的都是可控的重核裂变技术。 6、核电站的核心是核反应堆。 7、核电站中能量的转化：核能→热能→机械能→电能 帮助学生掌握重点，更加容易的学习。
板书
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21世纪教育网（www.21cnjy.com） 21清风明月

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