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2.4 核能
九上 · 第2章 能的转化与能量守恒
01 情境导入·学习目标
情境导入　从广岛原子弹到切尔诺贝利、福岛，从"华龙一号"走向世界到太阳持续发光发热——核能既神秘又贴近生活。原子核内部究竟藏着怎样的能量？人类如何驾驭它？本节学习放射性、核能的两种释放方式（裂变与聚变）以及核电站的工作原理。
目标导航 方法指导
· 了解放射线及其应用，知道放射性、放射性元素的概念。 · 对比法：核裂变 vs 核聚变，从定义、条件、可控性、应用四方面列表比较。
· 说出核能的概念及其应用；知道原子核的裂变和聚变是获得核能的两种方式。 · 流程法：用能量转化流程（核能→内能→机械能→电能）理解核电站发电。
· 了解核电站的工作过程，知道核能的优点和可能带来的问题。 · 读图法：结合微观示意图理解中子轰击铀核、链式反应、氘氚聚变的过程。
· 初步建立利用核能的意识，初步建立能源可持续发展的观念。
【预习导航】教材第 2 章相关节。重点：①放射性；②核能概念与获得途径；③核裂变与核聚变；④核电站的工作过程与能量转化。
02 教材精研·内容全解
一、放射性
1. 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。·1896 年，法国科学家贝克勒尔发现：铀和含铀矿物能够发出看不见的射线。·1898 年，居里夫人发现：含铀矿物中还存在两种能发出更强射线的新元素——钋（Po）和镭（Ra）。2. 天然放射性元素研究发现，许多天然存在的元素也具有放射性；它们自发地发出射线的现象称为天然放射现象。·一种元素具有放射性，无论它是以单质形式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。
二、三种主要的放射线
3. 三种主要的放射线放射性物质发出的射线主要有三种：α 射线（高速氦核流）、β 射线（高速电子流）、γ 射线（波长极短的光子/电磁波）。·不同射线穿透能力、电离能力不同，在工农业和医疗上有广泛应用（如γ射线探伤、放疗），但过量照射对人体有害。
三、放射性的利与弊
4. 放射性的利与弊利：·工业上用于探伤、测厚、消除静电；农业上用于辐射育种、杀虫灭菌；·医疗上用于放射治疗（如γ刀）、影像诊断（如X射线、CT）。弊：·过量的放射线会破坏组织细胞，引起放射病，甚至致癌；·放射性废物处理不当会造成长期环境污染，需严格防护与隔离。
四、核能
1. 核能概念：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。获得途径：原子核的裂变 和 原子核的聚变。2. 核裂变含义：核裂变是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。·典型反应：中子轰击铀-235 原子核，铀核分裂并释放能量，同时放出 2～3 个中子。
五、链式反应
3. 链式反应每个铀核裂变时会产生几个中子，这些中子又会继续轰击其他铀核，使其他铀核裂变并产生更多的中子，这样就会导致一系列铀核持续裂变，产生链式反应。控制与应用·快速的裂变反应可引起剧烈爆炸：原子弹就是利用快速裂变制成的。·可以人为控制链式反应的速度，把核能用于和平建设事业——"核反应堆"就是控制裂变反应的装置。·原子弹、核电站都是根据核裂变的原理制成的：原子弹属于不加控制的链式反应；核电站属于可控制的链式反应。
六、核聚变
4. 核聚变含义：核聚变是 2 个质量很小的原子核结合成新原子核，同时释放出能的现象。由于核聚变需要极高的温度引发，所以核聚变也叫热核反应。·图示：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，并释放出 1 个中子，同时释放巨大的核能。
七、核聚变释放能量情况与应用
释放能量情况消耗质量相同的核材料，核聚变反应释放的核能比核裂变反应释放的核能要更多。应用·氢弹是根据核聚变的原理制造的，它的威力比原子弹大得多。·太阳的内部在不停地发生这种核聚变，从而向外释放出巨大的能量。
八、核裂变与核聚变的比较
比较维度（教材对比表）：·定义：核裂变是较大原子核分裂为较小原子核的过程；核聚变是质量较小的原子核结合成较大原子核的过程。·条件：核裂变需用中子轰击较大原子核；核聚变需超高温。·释放核能大小：核裂变巨大；核聚变更加巨大。·是否可以控制：核裂变可利用核反应堆控制链式反应的速度；目前核聚变反应速度还不能人为控制。·应用：核裂变用于原子弹、核电站；核聚变用于氢弹。
九、核电站
利用核能发电的电站叫核电站，是人们和平利用核能的一个重要方向。1. 核反应堆可控制地进行核反应的装置称为核反应堆，是核电站的核心部分，它以铀为核燃料。2. 核电站的原理利用核反应堆提供的能，使水变成水蒸气，再利用高温高压的水蒸气推动汽轮发电机发电。3. 工作过程①第一回路：水被水泵压入反应堆，在那里被加热，然后进入热交换器，把热量传给第二回路的水以后，又被水泵压回到反应堆里。②第二回路：在热交换器内，第二回路的水经加热变成高温高压蒸汽，送入汽轮机驱动汽轮机做功后温度和压强都降低，进入冷凝器，最后又由水泵把它压回热交换器。③高速旋转的汽轮机带动发电机发电。
核电站剖面结构（保护结构/控制棒/反应堆/蒸汽发生器/热交换器/汽轮机/发电机/冷凝器）
十、核电站的能量转化与特点
能量转化流程：发生核反应释放核能 → 加热水生成高温高压蒸汽转化为内能 → 蒸汽推动汽轮机转动转化为机械能 → 带动发电机转动转化为电能。核电站的特点：①消耗燃料少，产生的能量巨大，可大大减少燃料的运输量；②特别适用于缺少化石能源和水力资源的地区；③建设成本较高、技术含量高，但原料成本相对偏低；④核电站需防止放射性物质泄漏，以免造成放射性污染，因此必须采用可靠保护措施，同时处理好废渣。
十一、核能的和平利用
可控核裂变 vs 可控核聚变人们虽然能够控制核裂变反应的速度，但还没有找到实用的控制核聚变反应的方式；直到现在人类还不能和平利用核聚变的能。科学家一直致力于探索核聚变的控制途径。受控的核聚变能够为人类提供几乎取之不尽的理想、洁净的能；人类一旦能够稳定地获取核聚变能，将不再有"能源危机"。
03 方法提炼·易错提醒
【温馨提示】 1. 放射性与状态无关——元素有放射性，无论单质还是化合物形式都有；强度不受温度、压强影响。 2. 裂变 vs 聚变——裂变=重核分裂（需中子轰击，可控制）；聚变=轻核结合（需超高温，目前不可控）。 3. 链式反应——每个铀核裂变放中子→轰击更多铀核→持续裂变；快=原子弹，控=核电站。 4. 能量大小——同质量核材料，聚变释放能量比裂变更多；太阳靠聚变，氢弹靠聚变。 5. 核电站核心——核反应堆（铀燃料）控制链式反应；能量转化：核能→内能→机械能→电能。 6. 和平利用——核裂变已可控（核电站）；核聚变尚不可控（仅氢弹），受控聚变为未来方向。 7. 污染防护——核电站须防放射性泄漏、处理好废渣，否则造成放射性污染。
04 随堂检测·分层练习
实战演练
1. 下列关于核能的说法正确的是（ ）
A．核能和煤、石油一样都是常规能源，而不是新能源
B．核能是可再生能源
C．原子核发生裂变和聚变都会释放出巨大的能量
D．氢弹爆炸就是核裂变发生链式反应的结果
2. 关于核电站和平利用核能，下列说法不正确的是（ ）
A．核反应堆是利用核裂变产生核能的
B．蒸汽发生器内通过热传递改变水的内能
C．汽轮机工作时将机械能转化为内能
D．发电机的工作原理是电磁感应
3. 核电站发电时，从核反应释放能量到最终输出电能，经历了怎样的能量转化过程？请按顺序写出各环节及对应的能量形式。
05 答题技巧·知识梳理
答题模板 1. 核能概念：重核分裂或轻核结合释放的能；途径=裂变+聚变。 2. 裂变要点：中子轰击铀-235→分裂+放中子+放能；链式反应（快=弹，控=堆）。 3. 聚变要点：轻核超高温结合（氘+氚→氦+中子+能）；更巨能、目前不可控；太阳、氢弹。 4. 核电站：核反应堆控链式反应→加热水成蒸汽→推汽轮机（机械）→发电机（电）。 5. 对比题：从定义/条件/能大小/可控性/应用五维度列表作答。
板块 核心结论
放射性 物质发射线性质；贝克勒尔发现铀、居里夫人发现钋和镭；强度不受温度压强影响
三种放射线 α、β、γ 三种；有利（探伤/医疗）有弊（伤害/污染）
核能 重核分裂或轻核结合释放的能；途径=裂变+聚变
核裂变 中子轰击重核分裂；链式反应；快=原子弹，控=核电站
核聚变 轻核超高温结合（热核反应）；氘+氚→氦+中子+能；更巨能、不可控；太阳/氢弹
裂变 vs 聚变 定义/条件/能大小/可控性/应用 五维度对比
核电站 核反应堆（铀）控链式反应；流程：核能→内能→机械能→电能
特点 燃料少能量大、适缺能地区、成本高技术高、须防泄漏
和平利用 裂变已可控；聚变尚不可控，受控聚变为未来洁净能源方向
参考答案
1. 答案：C 【核能是新能源且不可再生，A、B 错；裂变与聚变都释放巨大能量，C 对；氢弹是聚变而非裂变链式反应，D 错。】
2. 答案：C 【汽轮机将内能（蒸汽）转化为机械能，而非机械能转内能，C 错误；其余均正确。】
3. 答案：核反应释放核能 → 加热水生成高温高压蒸汽（内能） → 蒸汽推动汽轮机转动（机械能） → 带动发电机转动（电能）。 【两回路循环：第一回路在反应堆吸热、热交换器放热；第二回路吸热成蒸汽推汽轮机、冷凝器冷凝后回热交换器。】

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