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22.2新能源的发展
人教版九年级全册 第22章 能源与可持续发展
01
物理观念
了解核能的特点及其来源与利用；
知道太阳能的由来，了解利用太阳能的方式及其新进展；
能利用能源的知识解释生活中的有关现象。
02
科学思维
了解核能利用及核废料处理的实例，能表达自己的观点，具有初步的科学论证能力。
03
科学探究
结合实例认识地球上的大部分能源来源于太阳能，能提出问题，能用能量转化和转移的观点形成猜想与假设。
04
科学态度与责任
通过了解我国在核能利用方面的新成就，增强民族自豪感和使命感，体会新能源开发对人类生存和社会发展的推动作用
学习目标
新课导入
问题
为了解决利用化石能源带来的问题，人们着手开发各种新能源。你知道的新能源有哪些？
原子的结构
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。
一、核能
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量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。
质子、中子依靠强大的核力紧密地结合在一起
一、核能
释放核能的方式
核裂变
核聚变
裂变
20世纪30年代，科学家用中子轰击质量比较大的铀235原子核，使其发生裂变，变成两个质量中等大小的原子核，同时还会产生几个新的中子。这些中子又会轰击其他铀核……于是就导致一系列铀核持续裂变，释放出巨大的能量。这就是裂变中的链式反应。
一、核能
裂变
1kg铀全部裂变，释放的能量相当于2800t 标准煤完全燃烧时释放的能量。
1kg铀235
2800t煤
一、核能
核裂变的应用——原子弹
如果对链式反应不加控制，那么大量原子核就会在一瞬间发生裂变，释放出极大的能量，例如原子弹的爆炸。
核裂变的应用——核电站
如果链式反应可控，那么就可以控制核能的释放，例如核反应堆中发生的就是可控链式反应。核电站利用核能发电，它的核心设备就是核反应堆。
核反应堆是原子核发生链式反应的场所，它能够控制链式反应的速度，缓慢、平稳地释放核能的装置。
一、核能
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。
核能
内能
机械能
电能
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。
华龙一号
玲珑一号
如果使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，也会释放出巨大的核能。这就是聚变，有时也称为热核反应。
聚变
一、核能
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。
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。
聚变
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……
科学家预言，通过可控核聚变来利用核能，有望彻底解决人类所面临的能源问题。
一、核能
中国人造太阳—EAST
中国科学院建造的环流器EAST（图22.2-7）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”激光约束核聚变研究装置
核能是不可再生能源
与化石燃料一样，核燃料在自然界中也是有限的，核能属于不可再生能源。
铀矿
核能的优、缺点
优点：
核能十分巨大，它能极大的补充人类能源的不足；
核能能够解决能源分布不均衡的问题；
不会造成空气污染，不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。
缺点：
核能属于一次能源，会越用越少；
核能存在污染，一旦发生核泄漏，会对地球生物造成严重的危害；
核反应堆中会产生核废料，在治理核废料过程中代价较高。
一、核能
太阳参数
1.392×106km
1.9891×1030kg
1.412×1027m3
1.409x103kg/m3
50亿年
1.5×108km
6000oc
表
15000000oc
核
二、太阳能
储存在化石燃料中的太阳能
远古时期陆地和海洋中的植物，通过光合作用，将太阳能转化为生物体的化学能。在它们死后，躯体埋在地下和海底，经过几百万年的沉积、化学变化、地层的运动，在高压下渐渐变成了石油和煤。在石油形成过程中还放出天然气。
直接利用太阳能——光热转化
二、太阳能
直接利用太阳能——光电转化
太阳能热水器
人造卫星光伏供电
太阳能汽车
塔式光热发电站
太阳能路灯
太阳灶
太阳能的优、缺点
取之不尽，用之不竭
分布广获取方便
绿色环保
可再生
优点
成本高效率低
能量密度小
自然条件影响
制造光伏板不环保
缺点
二、太阳能
一些新能源——海洋能和风能
海洋能和风能也是人们可以利用的新能源，它们都可以用来发电。我国建设了数座潮汐电站，也建成了许多“风车田”，场面蔚为壮观（图是西吉县月亮山上的风力发电机组）。
三、海洋能和风能
核电站与核废料处理
科学 技术 社会 环境
新课讲授
核反应堆是通过可控裂变反应释放核能的设备。核反应堆内的铀核发生裂变时，会释放能量，也会产生射线。如果射线泄漏到反应堆外面，就会对人和其他生物造成伤害(图22.2-11)，所以核反应堆都封闭在一个厚厚的钢筋混凝土壳中。
核电站一旦发生核泄漏事故(图22.2-12)，就可能产生严重的危害，所以核电站的安全性应得到高度重视。为此，科学家们制定了严格的安全措施和安全标准。核电站使用过的核燃料称为核废料。由于核废料仍然具有放射性，所以一般将其放入特殊的容器封存后，深埋在人烟稀少的地方。某些发达国家将核废料运送到其他国家埋放，引起了广泛的抗议。
在化石能源供应日趋紧张之时，建设核电站是人类解决能源危机的一种可行方案。我国坚持安全有序发展核电。2021年10月，我国研发的全球首座球床模块式高温气冷堆并网发电，标志着我国成为世界少数几个掌握第四代核电技术的国家之一。高温气冷堆的安全性进一步提高，在发生异常情况时，可以在不需人为干预的情况下保持安全状态。2023年12月，我国建设的全球首座第四代核电站正式投入商业运营。迄今，我国在运核电机组总体安全状况良好。
拓展知识
1964年10月16日15时，我国第一颗原子弹爆炸功。
1967年6月17日8时，我国第一颗氢弹爆炸成功。
我国核工业的发展
1970年12月26日，中国自主研制的第一艘核潜艇成功下水。
镇国神器：东风-41洲际战略核导弹
东方快递，使命必达！
DF-41部分参数
15000km
17.5m
2.2m
30t
20000km/h
1991年12月，我国自行设计建造的秦山30万千瓦核电站并网成功。
课堂小结
1.如图是我国的大亚湾核电站，是利用核能来大规模生产电能的发电站。关于核能和核电站，下列相关说法中正确的是（　）
A．核能是可再生能源
B．核能不会对人类造成危害
C．核电站是利用裂变的链式反应发电的
D．核电站发电时，把核能直接转化为电能
2.图是“风能—太阳能”路灯示意图，下列说法正确的是（　）
A．风力发电机利用了电生磁原理
B．太阳能来自太阳内部的核聚变
C．给蓄电池充电时化学能转化为电能
D．控制器中的集成电路是用超导材料制成的
达标检测
C
B
3.太阳能是人类优先开发和利用的新能源之一，关于太阳能的利用，下列说法中正确的是（ ）
A．图甲，绿色植物通过光合作用将太阳能转化为植物的化学能
B．图乙，太阳能路灯将太阳能直接转化为路灯的光能
C．图丙，首架环球航行的太阳能飞机将太阳能直接转化为飞机上电池的化学能
D．图丁，太阳能热水器通过做功将太阳能转化为水的内能
A
达标检测
4.2025年1月20日，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造新世界纪录，首次完成1亿摄氏度1000秒“高质量燃烧”，标志我国聚变能源研究实现从基础科学向工程实践的重大跨越，对人类加快实现聚变发电具有重要意义。关于核能和核能利用下列说法正确的是（　　）
A．核能既是一次能源，又是可再生能源
B．我国的核能利用来源主要是核聚变
C．核能利用的主要装置是核反应堆，
核反应堆发生的链式反应是可控的
D．核能利用是将核能直接转化成电能
C
达标检测
1、原子、原子核、电子、中子、质子，它们之间有什么关系 哪些是不带电荷的 哪些是带电荷的 带的是哪种电荷
练习与应用-----------------------------------------
解析：
原子由原子核和核外电子构成，原子核由质子和中子构成;原子呈电中性，原子核带正电，质子带正电，电子带负电，中子不带电。
2、原子和原子核的尺寸究竟有多大 研究表明，若把它们都看成球体，原子半径的数量级为10-10m，原子核半径的数量级为10-15m。打个比方，如果原子的大小跟北京奥运会"鸟巢"体育场一样大，那么原子核该有多大 是相当于篮球、乒乓球，还是绿豆的大小
练习与应用-----------------------------------------
解析：
原子半径的数量级为10-10m，原子核半径的数量级为10-15m，
"鸟巢"体育场南北约为333m，设原子为体育场大小，原子核直径为R，
则有: , 则
R = 3.33 x 10-3m = 3.33mm,
因此，如果原子被放大到“鸟巢”体育场的规模(南北长度约330m)，原子核的直径大约为3.3mm，所以，原子核大小相当于绿豆大小。
3、什么是原子核的聚变 人类对于聚变的应用已经取得的成就是什么 还有什么问题需要解决
练习与应用-----------------------------------------
解析：
原子核的聚变是指两个较轻的原子核在超高温和高压下结合成一个较重的原子核，并在此过程中释放出大量能量的现象。氢弹是最早实现的聚变应用，但主要用于军事目的。
尽管取得了许多进展，但要实现商业化聚变能源仍面临很多挑战:需要开发能够承受极端环境的材料、维持等离子体的稳定性等。一旦这些问题得以解决，核聚变有望成为一种清洁且安全的能源形式，为人类提供能源解决方案。
4、有人说，我们现在开采的煤、石油等化石能源，实际上都来源于上亿年前太阳上的核能。请你说明这句话的道理。
练习与应用-----------------------------------------
解析：
煤、石油等能源是远古时期陆地和海洋中的植物，通过光合作用，将太阳能转化为生物体的化学能。今天，我们开采化石燃料来获取能量，实际是在开采上亿年前地球所接收的太阳能。而太阳能是在太阳内部，氢原子核在超高温下发生聚变，释放出巨大的核能。
下 课
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