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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
人教版 物理 九年级 下册
我国第一颗原子弹爆炸时的情景
我国第一颗氢弹爆炸时的情景
氢弹和原子弹能量来源于哪里？它们的原理相同吗？
1.了解核能、裂变、聚变，知道核能的优点和可能带来的环境问题，了解我国和世界核能利用新进展。
2.知道太阳能等其他新能源的开发和利用。认识科学技术对于人类生活的影响有两面性。
原子核（正）
核外电子（负）
质子（正）
中子（不带电）
知识点 1
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，这就是核能。
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。
核 能
裂变：质量较大的原子核在中子轰击下分裂成2个新原子核，并释放能量的过程。
知识点 2
裂 变
1938年，科学家用中子轰击质量比较大的铀235原子核，使其发生了裂变。
1kg铀全部裂变，释放的能量超过2 000t煤完全燃烧时释放的能量。
点击图片演示核裂变
用中子轰击铀核，铀核才能发生裂变，放出能量。
外界中子停止轰击，裂变也就停止了。
怎样才能让裂变继续下去呢？
发生裂变的条件
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，使它们也发生裂变。由此，链式裂变就是铀核持续裂变的现象。
链式反应
点击图片演示链式反应
核电站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。
核能→内能→机械能→电能
核能的和平利用——核电站
1942年，人类利用核反应堆第一次实现了可控制的铀核裂变。
核反应堆
水在核反应堆中心循环流动，吸收在核反应中产生的热量，并将这部分内能传递给蒸汽发生器内的水。
吸收了热量的水汽化变成蒸汽。
核能发电的原理
蒸汽推动发电机运转，将发电机的机械能转化为电能。
不造成空气污染
不排放CO2
消耗核能源少
发电成本低
产生放射性废料
排热量大
建厂成本大
核泄漏污染大
核能发电的利弊
核能发电的优点
核能发电的弊端
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。
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。
原子弹
1. 为缓解电力紧张的状况，我省正在加快核电站的相关建设，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
A
氘
氚
氦核
中子
氘核与氚核在超高温下结合形成氦核和一个中子，也会释放大量核能。这一过程就是聚变，也称为热核反应。
能量
聚变
知识点3
聚 变
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。
可控聚变尚未实现，海水中蕴藏着丰富的氘核，科学家预言，通过可控聚变来利用核能，将有望彻底解决人类能源问题。
核燃料的安全循环使用和处理
核电站的核废料具有放射性，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。
第一道屏障是锆-4合金的燃料包壳，它把核燃料及其裂变产物封闭起来。
核电站实施纵深防御、多重保护、多样性的设计原则，确保核安全。以秦山核电站为例，它有三道屏障，用于防止放射性物质的外泄。
第二道屏障是壁厚为175毫米钢板制成的反应堆压力容器以及相应的管道设施，它把反应堆冷却剂包容在里面，防止有放射性的反应堆冷却剂外泄。
第三道屏障是反应堆安全壳，它是高72.5米、外径38米、厚1米的钢筋混凝土制成的圆柱形建筑，内衬6毫米的钢板。安全壳也能抵御外部破坏。
核废料处理
2. 下列关于原子核聚变的说法不正确的是（ ）
A．任何两个原子核都可以发生聚变
B．原子核必须在超高温下才能发生聚变
C．大量的氢原子核聚变时释放出惊人的能量
D．目前人类还不能有效地控制原子核聚变
A
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。太阳核心每时每刻都在发生氢弹爆炸，太阳就像一个巨大的“核能火炉”。
太阳距地球1.5亿千米，直径大约是地球的110倍，体积是地球的130万倍，质量是地球的33万倍，核心温度高达1 500万摄氏度。
太阳表面温度约6 000 ℃，太阳至今已经稳定地“燃烧”了近50亿年，而且还能继续“燃烧”50亿年。
知识点 4
太阳——巨大的“核能火炉”
太阳向外辐射的能量中，只有约二十亿分之一传递到地球。
太阳光已经照耀我们的地球近50亿年，地球在这近50亿年中积累的太阳能是我们今天所用大部分能量的源泉。人类的日常生活，也无法离开阳光。
太阳能是地球上最基本的能源。
无论是生物质能、风能，还是水力、温差和潮汐能，归根结底都是太阳能的转化形式。矿物燃料蕴藏的能量，也是来自远古时期生物体所吸收利用的太阳能。
太阳是人类能源的宝库
今天我们开采化石燃料，实际上是在开采上亿年前地球接收的太阳能。
远古时期的植物通过光合作用将太阳能转化为生物体内的化学能。
经过地壳的不断运动，死后的动植物躯体埋在地下和海底。经过几百万年的复杂变化，变成了煤、石油、天然气。
化石能源的形成
用集热器收集阳光中的能量来加热水等物质，把太阳能转化为内能。
太阳能的利用——光热转化
太阳能电池可以将太阳能转变为电能；在航空、航天、交通、通信等领域中有较为广泛的应用。
太阳能的利用——光电转化
热水
冷水
水箱
集热器
太阳光
集热器的原理
集热塔加热水，通过水蒸气推动汽轮机发电。
太阳能热发电站
定日镜追着太阳转，反射阳光。
太阳能技术的优缺点
能源易获取
不排放CO2
能源量大
可持续性强
能源分散
受自然条件限制
转化效率低
成本较高
太阳能技术的优点
太阳能技术的缺点
3. 下列关于太阳能的说法，错误的是（　　）
A．太阳能是一次能源
B．太阳能是由核聚变产生的
C．当前我国能源消费以直接利用太阳能为主
D．太阳能清洁，无污染
C
连接中考
1.（内江中考）关于核聚变，下列说法正确的是（　）
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．目前人类已经建成核电站，利用核聚变发电
自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素——氘与氚的聚变，不是任意的原子核就能发生核聚变
√
×
核裂变
核裂变
×
×
A
连接中考
2.（2025·连云港）如图所示为谋核电站的发电流程图，关于核电站发电的过程，下列说法正确的是（ ）
A.核反应堆中，发生的核裂变
B.核反应堆中，将核能转化为电能
C.汽轮机工作时，将内能转化为电能
D.发电机工作时，将内能转化为电能
A
内能
机械能
机械能
连接中考
3.（2024·武汉）绿色发展是高质量发展的底色，为了更好践行绿色发展和“双碳目标”，武汉市区某高架桥上修建了一段全封闭“光伏声屏障”试验路段，如图所示。“光伏声屏障”既可以控制噪声，
又可以提供电能，比传统的声屏
障设备更节能环保。（q无烟煤=
3.4×107J/kg）
（1）“光伏声屏障”是通过 阻断噪声 的方式来控制噪声的。
（2）“光伏声屏障”路段的每一块玻璃上贴满了81个小光伏电池板，这些光伏电池板利用太阳能的方式是将太阳能转化为 。这段“光伏声屏障”试验路段每年发电约1.7×105kW·h，相当于完全燃烧 kg的无烟煤释放的能量。
传播
电能
1.8×104
1.核能是________________发生变化的过程中释放出的能量，它又叫______能。获得核能的两条途径是__________和__________。
2.核电站是利用_____________________________的能量来发电的。核电站的核心是__________，它的优点是只需消耗很少_______，就可以产生大量的____能。
轻核聚变
原子
原子核内部结构
重核裂变
原子核裂变的链式反应所产生
燃料
核反应堆
电
基础巩固题
3. 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
B
基础巩固题
4.哈密熔盐塔式光热发电站利用太阳能发电，太阳能源于（ ）
A.可控链式反应 B.不可控链式反应
C.可控热核反应 D.不可控热核反应
D
基础巩固题
5.如图所示的情况会发生在下列哪种场景（ ）
A.可控核聚变实验 B.核电站
C.摩擦生电 D.化石燃料燃烧
B
阅读材料，回答问题。
在常规化石能源非常紧缺的今天，核能受到越来越高的重视。如今美国电力的21%是来自核电站。核材料在原子反应堆中发生核反应产生大量的热能，冷却剂将这些热能带到热交换器将水变成水蒸气，水蒸气推动蒸汽轮机，蒸汽轮机带动发电机发电，最终实现了核能到电能的转换。
请在下面的空格中填上适当的内容：
（1）发电机发电时是让线圈在_________中旋转而产生电流，这种现象在物理学中称之为_____________现象。
（2）核电站所需的核能是利用原子核_________（选填“裂变”或“聚变”）所产生的。
（3）核电站的核废料具有__________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。在开发新能源时，如何保护环境是人类面临的一大课题。
磁场
电磁感应
裂变
放射
能力提升题
（2025·佛山一模）“追星揽月，牧星苍穹”，2024年2月
24日，我国新一代载人登月任务中使用的载人飞船命名为
“梦舟”，月面着陆器命名为“揽月”，计划2030年前实
现中国人首次登陆月球。请运用有关的物理知识，完成下
列问题。
（1）月球上的氦-3储量丰富，如图所示的是氦-3的原子
模型示意图，A带 电，B是质子，带 电，
C是 。
（2）氦-3与氚进行核聚变反应时，能够释放出巨大能量，其原理与 （选填“氢弹”或“原子弹”）相似。核能是 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。很乐观发电是将很核能最终转化为 能。
负
能力提升题
正
中子
氢弹
不可再生
电
（3）飞船与着陆器在环月轨道交会对接后，相对 （选填“静止”或“运动”）。着陆前，着陆器自由下落的过程中，着陆器势能 ，动能
（ 以上两空均选填“增大”或“减小”）。
（4）航天员与嗲面指挥部之间的通信是通过 （选填“电磁波”或“超声波”）进行的。“揽月”启动发动机，产生高温高压气体乡下喷，从而使“揽月”向上升，说明力的作用是 的，推进剂燃料具有热值
的特点。
能力提升题
静止
减小
增大
电磁波
相互
高
核能
裂变
聚变
原子弹
核反应堆
氢弹
太阳能
目前直接利用太阳能的两种方式：
①用集热器把水等物质加热；
②用太阳能电池把太阳能转化成电能

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