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第二十二章 能源与可持续发展
第2节 新能源的发展
课前准备
学习目标
1.了解核能、核裂变和核聚变。
2.了解如何利用太阳能。
课前准备
学习重点 ：核裂变、核聚变及其应用。
学习难点 ：核裂变、核聚变及其应用。
学习方法 ：合作学习，讨论交流，归纳总结，学以致用。
相关准备：火柴。
教学内容
01
情境引入
02
互动新授
03
巩固拓展
04
课堂小结
点我喔
情境引入
想一想
经过上一节课的学习，我们知道化石能源是一次能源，也是我们现代社会使用最多的能源，化石能源的使用给我们带来巨大便利，同时也带来了很多问题，例如，环境污染、温室效应等等。所以我们人类开始着手开发新的能源，你知道的新能源有哪些？
太阳能、地热能、风能、潮汐能等等。
刚才大家说的都很好，我们今天就来学习——核能和太阳能。
互动新授
一、核能
互动新授
1.原子由什么组成？
分子是由原子构成的，而原子由原子核、电子组成。原子核带正电，电子带负电。
互动新授
原子核及核外电子图。
互动新授
2.原子核还能再分吗？
原子核通常是由质子和中子组成的。
原子核通常是由质子和中子组成，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。
互动新授
互动新授
3.什么是核能？
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最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，又称原子能。
互动新授
二、裂变
1964年10月16日，我国自行制造的第一颗原子弹在西部地区爆炸成功，这是国家国防和科学技术方面取得的一次重大的突破。一颗这样的原子弹爆炸相当于约2万吨TNT炸药释放出的能量。原子弹释放出的就是核能。那原子弹是如何释放出核能的呢？
请大家阅读教材P195～196的“裂变”部分。
互动新授
用中子轰击质量较大的原子核，使它变成两个质量中等大小的原子核，同时释放出巨大的能量，称为原子核的裂变。
核裂变能够释放出大量能量，1kg的铀全部裂变，释放的能量相当于多少吨标准煤完全燃烧时释放的能量？
2800t。
核裂变是通过“链式反应”来释放能量的，下面是用火柴演示的“链式反应”。
互动新授
互动新授
互动新授
链式反应就像一场精心设计的“多米诺骨牌”游戏：当中子撞击铀235原子核时，原子核会分裂成两个较小的原子核，同时释放出2～3个新中子和大量能量；这些新中子又去撞击其他铀235原子核，引发更多原子核分裂，就像推倒第一块骨牌后引发连锁反应一样。
若“链式反应”不加以控制，则大量原子核就会在瞬间释放出大量能量，即形成“不可控核裂变”，其最典型的应用是什么？
原子弹。
互动新授
我们当然还是希望能控制核裂变，让它能更好地为我们人类服务，这就是“可控核裂变”，“可控核裂变”主要应用到了哪里？
核电站。
核电站利用核裂变释放出的核能发电，它的核心设备就是核反应堆。核反应堆中发生的就是可控链式反应。工程师们通过控制棒来调节中子的数量，让反应以稳定的速度进行，就像给骨牌游戏设置“刹车”一样，让核裂变在人们的控制下，以我们需要的速度来释放能量。
互动新授
互动新授
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（如下图）。
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。
互动新授
三、聚变
我国第一颗氢弹于1967年6月17日在新疆罗布泊试验场成功爆炸，爆炸当量约330万吨TNT，标志着中国成为继美国、苏联和英国之后，第四个掌握氢弹技术的国家。
互动新授
与原子弹（裂变原理）不同，氢弹利用核聚变反应，威力更大。我国从第一颗原子弹到氢弹的成功仅用了2年8个月，速度远超其他国家。
那么什么是“核聚变"呢？请大家阅读教材P196～197相关内容。
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），在超高温和高压下结合成新的原子核——氦核，也会释放出大的核能。这就是聚变，有时也把聚变称为热核反应。
互动新授
互动新授
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。
互动新授
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……
互动新授
无论是“氢弹”还是“太阳”，都发生的是
“不可控核聚变”，“核聚变”能不能也像
“核裂变"那样做到人工可控呢？现在科学
家正在为此做大量的努力。我国科学院建造
的环流器（tokaak）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“神光服”激光约束核聚变研究装置。这些都在“可控核聚变"的探索中处于领先地位，相信不久的将来“可控核聚变”一定能够实现。
互动新授
核能通过“核裂变”或者“核聚变”得以释放，核能属于不可再生能源。
互动新授
四、太阳能
我们现在知道了太阳能是核能，通过“核聚变”得以释放。到达地球的太阳能是如何被利用的呢？
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。
互动新授
平板式集热器是一种常见的太阳能热利用装置，主要由吸热板、透明盖板、隔热层和外壳等几部分组成。吸热板的材料种类很多，表面涂有太阳能吸收涂层，用于高效吸收太阳辐射能并将其转化为热能；透明盖板覆盖在吸热板上，既能透光又能减少热量散失；隔热层位于吸热板底部和四周，用于减少热量向环境散失；外壳则起到支撑和保护作用。
互动新授
其工作原理是：太阳辐射透过透明盖板照射到吸热板上，吸热板吸收辐射能并转化为热能，加热流经吸热板内部管道的工作介质（如水或防冻液），将热能传递出去。平板式集热器结构简单、成本较低、维护方便，广泛应用于太阳能热水器、采暖系统等领域，是实现太阳能热利用的重要设备。
互动新授
互动新授
太阳能电池是一种利用光伏效应将光能直接转化为电能的半导体器件，核心材料多为硅晶体（单晶硅、多晶硅或非晶硅）。当太阳光照射电池时，光子能量使半导体中的电子获得能量形成空穴--电子对，在p-n结内建电场作用下分离，接通电路后，产生电流。其特点是清洁无污染。无运转部件、寿命长达20年以上等，但转换效率受材料限制。目前广泛应用于光伏电站、屋顶发电、航天器供电等领域，是可再生能源利用的关键技术之一。
互动新授
目前太阳能是最典型的，也是应用最广泛的“新能源”，但除了“太阳能”之外，风能、海洋能也是人们可以利用的新能源。例如，我们国家就建有很多大型“风力发电站”，以及数座潮汐电站。
【例】 2024年，我国第三代核电站“华龙一号”示范工程全面建成。下列关于核能的说法正确的是（ ）
A.核能是可再生能源，核电站利用核聚变产生能量
B.核能是可再生能源，核电站利用核裂变产生能量
C.核能是不可再生能源，核电站利用核聚变产生能量
D.核能是不可再生能源，核电站利用核裂变产生能量
巩固拓展
D
课堂小结
1.核能：质量较大的原子核发生分裂或质量较小的原子核相互结合，就有可能释放出惊人能量。这种能量就是核能。核能是不可再生能源。
2.核能的产生有两种方式：核裂变与核聚变。
3.直接利用太阳能有两种方式：集热器和太阳能电池。

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