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浙教版九年级上册
第4节 核能
第2章 能的转化与能量守恒
引入新课
你知道哪些形式的能？
动能、势能、化学能、热能、光能、太阳能、核能......
从太阳射向地球的光和热就是太阳内部进行着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呢？人类是如何有效地控制和利用核能的？
引入新课
一、裂变和聚变
核能：
原子核是由质子和中子依靠强大的核力结合而成的。
当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，就有可能释放出能，这就是核能。
核能是从原子核内部释放出来的，它比物质在化学反应中所释放出的化学能要大得多。
核能的能量：
例如，1kg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。
那么如何使原子核发生转变而释放出核能？
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获得核能的两条途径:
原子核的裂变和原子核的聚变
（1）核裂变
质量较大的原子核在中子轰击下分裂成2个质量中等的原子核，同时释放出巨大的能的现象。
例如,科学家们用中子轰击铀235的原子核，可以使铀核分裂变为氪-89原子核和钡-144原子核，并释放能量的过程，同时产生2~3 个新的中子。
产生的中子继续轰击其他铀核，引起铀核不断地发生裂变......
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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,放出越来越多的能量,如图2.4-2所示。
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如果原子核裂变的链式反应不加以控制，在短时间内形成雪崩式的裂变反应，就会放出巨大能量而产生猛烈的核爆炸。
原子弹就是运用核裂变的原理制造的。
视频:核裂变过程
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（2）核聚变
2个质量较小的原子核结合成新原子核，同时释放出能能的现象。
例如：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，并向外放出能量,如图2.4-3所示。
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在消耗质量相同的核材料时，核聚变比核裂变释放出更多的核能。
核聚变需要极高的温度引发，所以也叫做热核反应。
热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能，依靠自身产生的热就使核反应继续下去。
氢弹就是根据轻核聚变的原理制成的，威力比原子弹大得多。
核裂变与核聚变的能量比较：
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视频:氢弹
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二、核能的和平利用――核电站
核能是巨大的，能不能被人类和平利用呢？
如果能够按需要控制链式反应的速度，使原子核的裂变反应持续进行，核能有控制地平稳释放，这样的核能就可以为人类和平建设服务。
可控制地进行核反应的装置称为核反应堆。
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核电站（如图2.4-5）就是利用核反应堆提供的能量，使水变成水蒸汽，再利用高温高压的蒸汽推动汽轮发电机发电。
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视频:核能的利用
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华龙一号
“华龙一号”核电技术是我国核电企业研发设计的具有完全自主知识产权的核电创新成果，也是中国核电走向世界的“国家名片”。
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一台“华龙一号”机组年发电量近100亿度，能够满足一个中型城市一年的用电需求，相当于每年减排二氧化碳8.16×106t或植树7000万棵。
优点：
“华龙一号”核电机组安全性高，设计寿命为60年，电厂可利用率高达90%，是国之重器。
绿色低碳：
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核电站发电时的能量转化：
热能
机械能
电能
视频：核电站
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太阳能
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，如图2.4-7所示 。
地球上消耗的能，绝大部分来自太阳，即太阳内部核聚变时释放的核能。
太阳内部每秒钟约有7×108t氢原子核参与反应。科学家估算，太阳的这种核反应还能维持几十亿年。
核聚变是一种宇宙中普遍存在的能的产生形式。
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人们虽然能够控制裂变反应的速度，但还没有找到实用的控制核聚变反应的方式，所以，直到现在人类还不能和平利用核聚变的能量。
受控核聚变能够为人类提供几乎取之不尽的理想洁净的能量，人类一旦能够稳定地获取核聚变能，将不再有“能源危机 ”。
科学家一直致力于探索核聚变的控制途径。一项重大国际合作项目--国际热核聚变实验反应堆(ITER)，是国际核聚变研究的巨型工程，其使命是展示聚变发电的可行性，并证明它可以不造成负面影响。
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三、放射性
1898年，居里夫人(M.Curie)发现，含铀矿物中还存在两种能够发出更强射线的新元素，她把一种元素命名为钋，另一种元素命名为镭，并经历几万次艰苦的提炼后，终于从8t沥青铀矿渣中提炼出0.12g纯净的氯化镭，证实了镭元素的存在。
1896年，法国科学家贝克勒尔(A.H.Becquerel)发现，铀和含铀矿物能够发出看不见的射线。
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放射性：
物质具有发出射线的性质，称为放射性
具有放射性的元素称为放射性元素。
放射性元素：
研究发现，许多天然存在的元索也具有放射性，它们自发地发出射线的现象称为天然放射性现象。一种元素具有放射性，那么，无论它是以单质还是以化合物形式存在，都具有放射性。放射性的强度不受温度、外界压强的影响。
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放射性物质放出的射线:
α、β 和 γ 三种射线
α射线是带正电的高速运动的氦原子核流。
β射线是带负电的高速运动的电子流。
γ射线是能量很高的电磁波。
三种射线穿透物质的能力特点:
α射线穿透能力最弱，在空气中只能前进几厘米。
β射线穿透能力较强，能穿透几厘米厚的铝板。
γ射线穿透能力最强，能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。
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当堂检测
1、核电站利用核能发电，它的核心设备是核反应堆，下列有关核能利用说法正确的是（　　）
A．核反应堆所用的核燃料是可再生能源
B．核电站产生的核废料对环境没有污染
C．目前核电站都是通过核裂变来释放核能
D．核反应堆中发生的链式反应是无法控制的
C
2、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核聚变
B．任何两个原子核都可以发生核聚变
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
A
当堂检测
3 、中国成功研发出了先进核裂变能 针基熔盐堆的第4代核反应堆发电技术，于2021年9月底在日肃武威启动试运行，创造了又一项奇迹，其技术应用属于世界首次。针基熔盐堆具有产生的核废料非常少、使用氟化盐作为冷却剂无须耗费大量水资源和热转换效率高等显著优点。下列有关针基熔盐堆的说法正确的是( )
A.针基熔盐堆不产生核废料
B. 针基熔盐堆需要大量水作为冷却剂，因此不可以建在内陆
C. 针基熔盐堆的热转换效率比传统的核反应堆还要低
D. 针基熔盐堆是利用核裂变放出的能量
D
当堂检测
4、如图所示，“华龙一号”是由中国两大核电企业研发的先进百万千瓦级压水堆核电技术，使核能的利用更安全、更经济。下列关于核能说法正确的是（　　）
A．核能可直接转化为电能
B．核反应堆是可控的链式反应装置
C．原子由质子和中子组成
D．核能是原子内部的化学反应释放出来的能量
B
布置作业
1、复习本节课所学的主要内容；
2、完成作业本中相应练习；
3、预习“第5节能的转化与能量守恒”相关内容。2.4核能课后检测
班级 姓名
1.核电站利用核能发电，它的核心设备是核反应堆，下列有关核能利用说法正确的是（　　）
A．核反应堆所用的核燃料是可再生能源
B．核电站产生的核废料对环境没有污染
C．目前核电站都是通过核裂变来释放核能
D．核反应堆中发生的链式反应是无法控制的
2.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核聚变
B．任何两个原子核都可以发生核聚变
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
3.关于热核反应，下列描述不正确的是(　　)
A.就单位质量来说，热核反应比质量大的核裂变时释放的能量多
B.对环境的放射性污染较裂变轻，且较容易处理
C.热核反应的核原料在地球上储量丰富
D.热核反应的实现与约束控制较容易
4.能量转化或转移是自然界的普遍现象，如图所示为核电站示意图、家庭电路部分示意图及电热水壶图，下列相关叙述正确的是（　　）A．核反应堆进行的核裂变释放核能，直接转化为家庭电路所需的电能
B．发电机利用了电流磁效应发电，电热水壶利用了电流热效应烧水
C．汽轮机工作、壶内水升温两过程中，改变水的内能方式相同
D．手机充电和电热壶烧水时，两者本质都是电流做功
5.下列说法正确的是( )
A.重核裂变时放出能量，而轻核聚变时吸收能量
B.轻核聚变必须在很高的温度下才能进行
C.氢弹是利用轻核聚变制成的，因此它的威力比原子弹小
D.人类制成了原子弹，从而实现了用人工方法控制链式反应的速度，和平利用核能
6.利用核能发电是人们和平利用核能的重要方向。目前用于发电的核能来自( )
A.化学反应产生 B.原子核放射性产生
C.原子核聚变产生 D.原子核裂变产生
7.下列关于原子弹和氢弹的说法，错误的是( )
A.氢弹利用了核聚变 B.原子弹利用了核裂变
C.核废料没有污染 D.原子核是由质子和中子组成的
8. 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
9.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
10.中国成功研发出了先进核裂变能 针基熔盐堆的第4代核反应堆发电技术，于2021年9月底在日肃武威启动试运行，创造了又一项奇迹，其技术应用属于世界首次。针基熔盐堆具有产生的核废料非常少、使用氟化盐作为冷却剂无须耗费大量水资源和热转换效率高等显著优点。下列有关针基熔盐堆的说法正确的是( )
A.针基熔盐堆不产生核废料
B. 针基熔盐堆需要大量水作为冷却剂，因此不可以建在内陆
C. 针基熔盐堆的热转换效率比传统的核反应堆还要低
D. 针基熔盐堆是利用核裂变放出的能量
11.核电站的核心是核反应堆,它以铀为核燃料,核反应堆中放出的核能转化为高温蒸汽的内能,再通过蒸汽轮机和发电机把高温蒸汽的内能转化为电能。如图所示是核电站的原理示意图,第一回路中水被泵压入核反应堆,在那里被加热,然后进入热交换器,把热量传给第二回路中的水,又被泵压回到反应堆里。在热交换器内,第二回路中的水被加热成高温高压蒸汽,然后被送入汽轮机以驱动汽轮机,做功后温度和压强都降低,进入冷凝器,最后又由泵把它压回热交换器,高速旋转的汽轮机带动发电机发电。
（1）从核反应堆到发电机,能量的转化过程是:核燃料的　　　能→水的　　　能→汽轮机的　　　能→　　　　能。
（2）在第一回路的核反应堆的外围,有一层厚厚的水泥防护层,其主要作用是 　 。
（3）冷凝器中发生的物态变化是　　　　,该过程要　　　　热。
（4）在第二回路中,用水做循环液体,原因是水的　　　　　较大。
参考答案
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
C A D D B D C A B D
(1)核　内　机械　电　(2)防止核辐射 (3)液化　放　(4)比热容

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