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第2章 能的转化与能量守恒
宇宙间的一切物质的运动和变化都需要能。没有能，我们就无法呼吸和行走，也无法思考。没有能，一切生命将不复存在。没有能，空气将不再流动，大海将不再有起伏的波浪，太阳也将失去灿烂的光辉。
能有多种形式，不同形式
的能是否会发生相互转化？能
是如何转化的？能转化时会遵
循什么规律？
第4节 核能
从太阳射向地球的光和热是由太阳内部进行的核聚变反应产生的，也就是说由核能转化而来的。那么，核能是怎样产生的？人类是如何有效地控制和利用核能的？
第一课时 中国两弹
第4节 核能
1.物质是由分子、原子、离子等微粒构成的。
3.元素是质子数（即核电荷数）相同的一类原子的总称。
关键点：决定元素种类的是质子数。中子数不同不影响元素种类。
4.具有相同质子数，但不同中子数（即质量数不同）的同一元素的不同原子，互称为同位素。
在周期表中位于同一位置，化学性质几乎完全相同：因为最外层电子数相同。
一、裂变和聚变
原子核是由质子和中子依靠强大的核力结合而成的。
原子核发生改变时所产生的能量。
氪
原子核发生分裂
原子核的裂变和原子核的聚变是获得核能的两条途径。
质量较小的原子核相互结合
1 千克铀核全部转变为氪核和钡核时释放出的核能，超过了2000 吨煤完全燃烧时释放出的化学能。
1.核裂变（重核裂变）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，并产生2~3 个新的中子。
获得核能有两种途径
链式反应：一次裂变后产生的中子继续轰击其他铀核，就会导致越来越多的铀核不断地发生裂变。这种连锁式的铀核裂变反应称为链式反应。
中子就像“点燃”核燃料的火柴
核裂变的例子
如原子核裂变的链式反应不加控制，在短时间内形成雪崩式的裂变反应，就会放出巨大能量而核爆，原子弹就是根据这个原理制造的。
核电站是可控制的核裂变。
2.核聚变（轻核聚变）是使2个质量较小的原子核在超高温的条件下结合成较大的新核，并释放能量的过程。
核聚变需要很高的温度，所以也叫热核反应
热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，依靠自身产生的热就使核反应继续下去。
获得核能有两种途径
氘核(核内有1个质子、1个中子的氢核)和氚核(核内有1个质子、2个中子的氢核)在超高温下聚合成氦核，将向外放出核能
氢弹，
它的威力比原子弹大得多
核聚变的例子：
我国第一颗氢弹爆炸时的情景。
太阳的巨大能量就是内部核聚变产生的。在太阳的内部，氢原子核在超高温下发生核聚变，释放出巨大的核能。
这些能量再从太阳核心向外扩散到太阳表面，然后，大部分太阳能以热和光的形式向四周辐射出去，其中有一部分到达地球表面。
胜哥课程
我国的氢弹研制
1967年6月17日上午8点20分，伴随着一声巨响，在沉寂的戈壁大漠上空，宛若两颗太阳同时闪耀着万丈光芒，我国第一颗氢弹爆炸试验成功。在重重技术封锁的国际环境中，我国完全依靠自力更生研发氢弹，以最快的速度实现了从原子弹到氢弹的跨越，震惊了世界。
被称为中国氢弹之父的“两弹一星”元勋于敏曾说：氢弹是在原子弹的基础上发展起来的，但是它比原子弹性能要优越得多，所以世界上几个核大国，核武库里主要的是氢弹。在20世纪50年代，我们没有核武器的时候，美国曾经威胁对中国使用核武器，为了打破他们的核垄断，粉碎他们的核威慑，中国必须有自己的氢弹。
在氢弹爆炸成功的同时，我国政府重申：发展核武器完全是为了防御目的，任何情况下，中国都不会首先使用核武器。没有伟大领袖毛主席的英明决策与领导，就没有“两弹”的爆炸成功，就没有中国后来的国际地位，就没有全国人民在危难之时自豪和坚挺的民族脊梁。
1.原子核发生改变时所产生的能量叫核能。
2.获得核能有两种途径：重核裂变、核轻核聚变。
3.关于核裂变与核聚变的应用。
1. 2020年，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
A
2.下列有关核能及核电站的说法正确的是(　　)
A．目前核电站获得核能的途径是核聚变
B．核电站是利用核裂变释放的核能来发电的
C．核电站是利用核聚变释放的核能来发电的
D．核电站发电和原子弹爆炸时发生的链式反应，都是不加控制的
B
3． 核能是蕴藏在_________ 的能量。获得核能的主要途径有_________ 和_________。
原子核中
轻核聚变
重核裂变
3.原子弹是根据 的原理制成。氢弹是
根据 的原理制成。威力比原子弹还大。
在太阳的内部， 在超高温下发生 ，释放出巨大的核能。
核聚变
核裂变
氢原子核
核聚变第 2章第 4 节 核能 1
1．2022 年 12 月，核聚变研究领域取得突破性进展。科学家在使用激光的聚变
实验中首次实现了净能量增益，即产生的能量比注入的能量还要多。这意味着，
人类未来有望结束对化石燃料的依赖，或将拥有一个安全、绿色、用之不竭的能
源选项。核聚变使用的核材料是下列中的 ( )
A．氢(H) B．氦(He) C．铀(U) D．钚(Pu)
2．小科通过微信公众号“胜哥课程”深刻理解了同位素原子的概念。下列有关
同位素原子的说法，不正确的是（ ）
A．同位素原子是指具有相同质子数、不同电子数的同类原子
B．氢有氕、氘、氚三种同位素原子
C．可以喂食含同位素的饲料来跟踪牛的消化吸收情况
D．普通的碳—14 原子可测定古代生物的死亡年代
3．如图表示用中子轰击铀-235 原子核产生氪核和
钡核的模型。下列叙述正确的是（ ）
A．该模型表示的是核聚变
B．该反应不会产生放射性物质
C．不能用该反应获得能量的方式来发电
D．该反应产生的中子可继续轰击其他铀核形成链式反应
4．氚是氢的一种同位素，氚原子含有 1 个质子和 2 个中子。下列示
意图中，能正确表示氚原子结构的是( )
A． B． C． D．
5．如图表示四种原子的结构模型 (“●”、“ ”和“ ”分别表示电子、中子、质子)，
下列说法正确的是 ( )
A．甲、丙的核电荷数不同 B．甲、丙为同一种原子
C．乙、丁属于同一种元素 D．甲、乙互为同位素原子
6．核裂变就是质量 的原子核在 轰击下分裂成 2 个新原子核，
并 巨大能量的过程。发生的是 反应。
7．核聚变就是 2 个质量 的原子核结合成质量较大的新原子核，同时释
放能量的过程。核聚变又叫 反应。
8． 如图所示是我国自主设计、建造的全超导托卡马克核反
应实验装置——东方超环(EAST)，可在 1 亿度超高温度下运
行 10s 时间。
（1）其能量产生原理与太阳类似，通过原子核 (填“聚变”或“裂变”)。
（2）核反应实验装置中，用通电线圈产生的磁场，将超高温等离子体约束在
磁场中。由于线圈自身有一定的电阻，线圈中如果有大电流通过时，会产生很高
热量的原因是：电流具有 (填“热效应”或“磁效应”)。
（3）东方超环的加热功率为 1.2×10 2W，利用其发电的效率为 30%，则工作
5 秒时间，发电量为 kW·h。
9． 1964 年 10 月 16 日，我国第一颗原子弹
爆炸成功!2003 年 10 月 16 日，我国首次载人
航天飞行圆满成功!2021 年 10 月 16 日，神舟
十三号发射圆满成功!为此，人民日报发了一条
微博——“跨越时空的同一天”。
（1）如图是地球公转示意图。10 月 16 日，地球位于图中 (填字母)
点附近。
（2）核能的释放有重核裂变和轻核聚变两种途径，其中原子弹爆炸时核能是
通过 的途径释放。
10．如图所示是释放核能的两种方式，请回答下列问题。
（1）图甲是 反应，这是核 变的原理，若不加以控制，
则是制造 弹的原理。
（2）图乙是核 变的示意图，目前还不能人为控制，是制造
弹的原理。
11． 电能因其易于运输和转化被广
泛运用，长远看利用太阳能和核能
发电将有广阔的发展空间。
（1） 图甲是“胜哥”家电能表月初、月末的两次示数，该户本月消耗的电能为
千瓦时；
（2） 原子核在转变过程中所释放出来的能量，称为核能，图乙为获得核能两条
途径的示意图。目前核电站中核反应堆提供核能的途径为 (选填“A”或
“B”)；
（3） 太阳能热水器内盛有 100 千克温度为 20℃的水，受阳光的照射水温升高
到 70℃，则这些水吸收的热量为 焦。[ = 4.2 × 103焦/(千克·℃)]
12． “追星揽月，牧星苍穹”，我国计划 2030 年前实现
中国人首次登陆月球。
（1）月球上的氦-3 储量丰富，右图是氦-3 的原子模
型示意图，B 表示 (填“质子” “中子”或“电子”)。
（2）氦-3 与氘进行核聚变反应时，能够释放出巨大的
能量，其原理与 相似(填“火药弹” “氢弹”或“原子弹”)。
13．2025 年 1 月 20 日，我国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装
置(EAST)在安徽合肥创造新世界纪录，首次完成 1 亿摄氏度 1000 秒“高质量燃
烧”的世界纪录。
（1）“人造太阳”的反应原理与太阳类似，通过核 (填“裂变”或“聚变”)
释放巨大的核能。核能转化为内能，可获得上亿摄氏度的高温，但内能不会自动
地转化为核能，这说明能量的转化和转移具有 性。
（2）“人造太阳”能够解决人类能源问题，科学家已经进行了半个多世纪的研
究，但距真正投入商用、变成每家每户可以用的电，可能还需要较长时间研究。
下列三位同学的观点支持科学家继续进行这项研究的是 (可多选)。
A．“人造太阳”产生的核辐射小，核废料少，基本不污染环境。
B．“人造太阳”发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。
C．“人造太阳”需要利用多种高能量方式驱动，条件苛刻，投入巨大。
14．2021 年 12 月 30 日，中国科学院合肥物质科学研究院的托卡马克核聚变实
验装置持续进行了 17 分 36 秒的反应，是迄今为止持续时间最长的核聚变反应。
核聚变，即氢原子核（例如氘和氚）结合成较重原子核（例如氦），放出巨大能
量。氦原子核内的质子数量是 个，核聚变发生的这个变化是否属于化
学变化 。（选填“是”或“不是”）
15．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(图甲)，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
方超环就是利用强大电流所产生的强大 ，将等离子体进行约束的。
（2）图乙是东方超环的热核反应示意图，其属于 (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 。
16．气、氘、氚是氢的三种同位素原子，原子结 名称 符号 相对原子质量
构模型如图，相关信息如下表，试回答： 氕 H 1
氘 D 2
氚 T 3
（1）超重水有一定的放射性，一个超重水分子由两个氚原子和一个氧原子构
成，其化学式可表示为 。
（2）重水是由氘和氧组成的化合物，化学式可表示为 D2O，则 D2O 的相对分
子质量是多少 (请写出计算过程)
第 2章第 4 节 核能 1答案
1．A 2．A 3．D 4．A 5．C
6．较大； 中子； 释放； 链式
7．较小； 热核
8．（1）聚变 （2）热效应 5 （3）5×10
9．（1）C （2）重核裂变
10．（1）链式； 裂； 原子 （2）聚；氢
11．（1）150 （2）A
（3）解：这些水吸收的热量是：
Q 吸=cm（t-t0）
=4.2×103J/（kg ℃）×100kg×（70℃-20℃）
=2.1×107J。
12．（1）质子 （2）氢弹
13．（1）聚变； 方向 （2）A；B
14．2； 不是
15．（1）磁场 （2）核聚变 （3）内能和光能
16．（1）T2O
（2）根据相对分子质量计算方法，它等于各原子相对原子质量总和，D2O 中含
有 2 个氘原子和 1 个氧原子，
所以相对分子质量为
2×2 + 16 = 20。第2章第4节 核能1教学设计
一、教学目标
科学观念
了解核能的概念，知道核裂变和核聚变是获得核能的两种途径，理解链式反应和热核反应的基本原理。
科学思维
通过对比核裂变与核聚变的过程，培养学生的分析、比较和归纳能力，能够区分两种核反应的特点。
探究实践
通过观察链式反应和热核反应的实例，培养学生的观察能力和逻辑思维能力，能够解释原子弹和氢弹的原理。
态度责任
了解中国两弹一星的研制历程，感受科学家的爱国精神，增强民族自豪感和国家认同感。
二、教学重点与难点
教学重点
核裂变和核聚变的概念及其区别。
教学难点
链式反应和热核反应的原理，以及核能释放的过程。
三、教学准备
PPT课件、多媒体设备、核反应相关视频资料、原子结构模型图。
四、教学过程
（一）导入新课
从太阳射向地球的光和热是由太阳内部进行的核聚变反应产生的，也就是说由核能转化而来的。那么，核能是怎样产生的？人类是如何有效地控制和利用核能的？今天我们就来学习核能的相关知识。
（二）复习物质构成
1. 物质是由分子、原子、离子等微粒构成的。
2. 元素是质子数（即核电荷数）相同的一类原子的总称。关键点：决定元素种类的是质子数，中子数不同不影响元素种类。
3. 具有相同质子数，但不同中子数（即质量数不同）的同一元素的不同原子，互称为同位素。在周期表中位于同一位置，化学性质几乎完全相同，因为最外层电子数相同。
（三）核裂变（重核裂变）
1. 原子核是由质子和中子依靠强大的核力结合而成的。原子核发生改变时所产生的能量叫核能。
2. 核裂变定义：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，并产生2~3个新的中子。
3. 链式反应：一次裂变后产生的中子继续轰击其他铀核，就会导致越来越多的铀核不断地发生裂变。这种连锁式的铀核裂变反应称为链式反应。中子就像"点燃"核燃料的火柴。
4. 核裂变的应用：原子核裂变的链式反应不加控制，在短时间内形成雪崩式的裂变反应，就会放出巨大能量而核爆，原子弹就是根据这个原理制造的。核电站是可控制的核裂变。
【补充】1千克铀核全部转变为氪核和钡核时释放出的核能，超过了2000吨煤完全燃烧时释放出的化学能。
（四）核聚变（轻核聚变）
1. 核聚变定义：使2个质量较小的原子核在超高温的条件下结合成较大的新核，并释放能量的过程。
2. 核聚变需要很高的温度，所以也叫热核反应。热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，依靠自身产生的热就使核反应继续下去。
3. 核聚变例子：氘核（核内有1个质子、1个中子的氢核）和氚核（核内有1个质子、2个中子的氢核）在超高温下聚合成氦核，将向外放出核能。氢弹的威力比原子弹大得多。
4. 太阳的巨大能量就是内部核聚变产生的。在太阳的内部，氢原子核在超高温下发生核聚变，释放出巨大的核能。这些能量再从太阳核心向外扩散到太阳表面，然后以热和光的形式向四周辐射出去，其中有一部分到达地球表面。
（五）中国两弹一星成就
1. 1967年6月17日上午8点20分，伴随着一声巨响，在沉寂的戈壁大漠上空，宛若两颗太阳同时闪耀着万丈光芒，我国第一颗氢弹爆炸试验成功。在重重技术封锁的国际环境中，我国完全依靠自力更生研发氢弹，以最快的速度实现了从原子弹到氢弹的跨越，震惊了世界。
2. 被称为中国氢弹之父的"两弹一星"元勋于敏曾说：氢弹是在原子弹的基础上发展起来的，但是它比原子弹性能要优越得多，所以世界上几个核大国，核武库里主要的是氢弹。在20世纪50年代，我们没有核武器的时候，美国曾经威胁对中国使用核武器，为了打破他们的核垄断，粉碎他们的核威慑，中国必须有自己的氢弹。
3. 在氢弹爆炸成功的同时，我国政府重申：发展核武器完全是为了防御目的，任何情况下，中国都不会首先使用核武器。没有伟大领袖毛主席的英明决策与领导，就没有"两弹"的爆炸成功，就没有中国后来的国际地位，就没有全国人民在危难之时自豪和坚挺的民族脊梁。
（六）课堂练习
1. 2020年，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
答案：A
2. 下列有关核能及核电站的说法正确的是（ ）
A. 目前核电站获得核能的途径是核聚变 B. 核电站是利用核裂变释放的核能来发电的
C. 核电站是利用核聚变释放的核能来发电的 D. 核电站发电和原子弹爆炸时发生的链式反应，都是不加控制的
答案：B
3. 核能是蕴藏在 中的能量。
获得核能的主要途径有 和 。
答案：原子核 轻核聚变 重核裂变
4. 原子弹是根据 的原理制成。氢弹是根据 的原理制成。在太阳的内部， 在超高温下发生 ，释放出巨大的核能。
答案：核裂变 核聚变 氢原子核 核聚变
（七）课堂小结
本节课我们学习了核能的概念，了解了获得核能的两种途径——重核裂变和轻核聚变，知道了原子弹、氢弹和核电站的原理，感受了中国两弹一星研制历程中的伟大成就。
五、板书设计
第2章 第4节 核能
一、核能：原子核发生改变时产生的能量
二、获得核能的途径
1. 重核裂变（核裂变）→ 链式反应 → 原子弹（不加控制）、核电站（可控制）
2. 轻核聚变（核聚变）→ 热核反应 → 氢弹、太阳内部
三、中国两弹一星：原子弹、氢弹 → 国防盾牌
六、教学反思
本节课通过从太阳能量引入核能，激发了学生的学习兴趣。在教学过程中，通过对比核裂变和核聚变，帮助学生建立了清晰的概念。中国两弹一星成就的介绍，增强了学生的民族自豪感。但链式反应和热核反应的原理较为抽象，部分学生理解困难，后续可借助动画演示辅助教学，并增加小组讨论环节，加深学生对核能应用的理解。

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