资源简介

(共31张PPT)
第二十二章 能源与可持续发展
第2节 新能源的发展
第3节 跨学科实践：为节约能源设计方案
1964年10月16日15时，我国第一颗原子弹爆炸成功。1967年6月17日上午8时20分，在我国西部地区新疆罗布泊上空，我国第一颗氢弹爆炸试验成功。
我国第一颗氢弹爆炸
我国第一颗原子弹爆炸
你知道氢弹和原子弹的原理相同吗？
课堂导入
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。
一、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。
带负电的电子
原子核
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。
质子和中子依靠强大的核力紧密地结合在一起，要使它们分裂或结合都是极其困难的。
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
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，发现一个核分裂成两个质量中等大小的原子核，同时释放出大量的能量。奇妙的是，铀235核在分裂成两个别的原子核的时候，又放出中子。
二、核裂变
1.裂变的能量巨大
1kg铀全部裂变，释放的能量超过2800t 标准煤完全燃烧时释放的能量。
2.发生裂变的条件:用中子轰击铀核。
当外界中子停止轰击铀核时，裂变也就停止了。怎样才能让裂变继续下去呢？
当中子轰击铀核时，铀核发生裂变，释放大量核能的同时产生出几个新的中子，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，并释放出大量核能。这就是裂变中的链式反应。
中子
铀核
3. 裂变的应用
（1）核电站
核电站利用裂变产生的核能发电，它的核心设备是核反应堆。
核反应堆是原子核发生链式反应的场所，它能够控制链式反应的速度，缓慢、平稳地释放核能的装置。
核反应堆示意图
核电站的工作原理及能量转化
核能
内能
内能
机械能
电能
核
裂变
蒸汽发生器
发
电机
汽轮机
核电站将反应堆中放出的核能转化为高温蒸汽的内能，通过汽轮机转化为机械能，再通过发电机转化为电能，核电站发电时的能量转化情况：核能→内能→机械能→电能。
链式反应如果不加以控制，大量原子核就在一瞬间发生裂变，释放出极大的能量。根据这一原理，在人类实现可控核裂变大约三年后，即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。
（2）原子弹
三、聚变
1. 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，这就是聚变，也称为热核反应。
形成氦核
氘核
氚核
被释放的中子
能量
聚变过程
2. 氢弹
氘核和氚核都属于氢核的一种。大量氢核的聚变，可以在瞬间释放惊人的能量。氢弹利用的就是聚变瞬间释放的能量。
3. 海水中的核能
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。
4. 裂变与聚变的比较
裂 变 聚 变
定义
条件
释放核能大小
是否可以控制
应用
质量较大的原子核分裂为较小原子核的过程
用中子轰击较大原子核
质量很小的原子核结合成
较大原子核的过程
超高温
巨大
更加巨大
可控制链式反应速度
目前不能人为控制
核电站、原子弹
氢弹
5.核废料的处理
核电站使用过的核燃料成为核废料。由于核废料仍具有放射性，对环境会造成相当大的危害，因此要将核废料深埋到人迹稀少的沙漠地带。
太阳能的来源——氢核聚变
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。
四、太阳能
直接利用太阳能的方式主要有两种：光热转化和光电转化。
1. 光热转换
集热器收集阳光中的能量来加热水等物质，把太阳能直接转化为内能。
转化
太阳能
内能
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转化为内能，从而将集热器管道内的水流加热。
转化
太阳能
电能
2.光电转化
太阳能电池在生活、生产、航空航天、交通、通信等领域中有着重要的应用。
太阳能路灯
太阳能汽车
卫星上的太阳能电池板
风能
潮汐能
裂变
太阳能
原子由原子核和核外电子构成，原子核由质子和中子组成
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，就可能释放出惊人的能量
质量较大的原子变成两个质量中等大小的原子核的过程
使很多个铀核在极短的时间内相继裂变
应用：核电站（可控制）、原子弹（不可控制）
质量较小的原子核在超高温下结合成新的原子核的过程
释放出更加巨大的能量。应用：氢弹
光电转换：指太阳能直接转化为电能
光热转换：把太阳能直接转化为内能
原子
新能源的发展
核 能
聚变
课堂总结
课堂反馈
1.我国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”的成功运行，标志着中国离“人造太阳”的梦想又近了一步。下列关于“人造太阳”对核能的利用，下列说法正确的是（　 ）
A．核能属于可再生能源
B．核能属于一次能源
C．“人造太阳”利用了铀核分裂释放的能量
D．“人造太阳”是利用氢核的链式反应来工作的
B
2.目前世界上很多国家把核能发电当作解决能源危机的主要措施。下列关于核能的认识，正确的是（　 　）
A．核能是二次能源
B．核能发电是利用原子核裂变释放的核能
C．核能发电是利用原子核聚变或裂变释放的核能
D．核能发电释放核能的过程与原子弹爆炸释放核能的过程相同
B

展开更多......

收起↑