資源簡介

一、核能
原子由原子核和核外電子構成，而原子核又由質子和中子構成，質子帶正電荷，中子不帶電，對于原子來說，質子和中子幾乎集中了原子的全部質量，卻擠在原子中心非常小的空間內，構成很小的原子核，這使得原子核分裂或重新組合極其困難，但是一旦使原子核分裂或聚合，就可釋放出驚人的能量。
（一）核能的概念
原子核是可以轉變的，原子核在轉變過程中所釋放出的能量叫做核能。核裂變和核聚變是獲得核能的兩種途徑。
（二）裂變
(1)含義:核裂變是質量較大的原子核在中子轟擊下分裂成2個新原子核，并釋放出巨大能量的現象。如中子轟擊鈾235，鈾核就會分裂成2個新核，并釋放出能量，同時產生幾個新的中子，1千克鈾全部裂變，釋放的能量超過2000噸煤完全燃燒釋放的能量。
(2)鏈式反應:每個鈾核裂變時會產生幾個中子，這些中子又會繼續轟擊其他鈾核，使其他鈾核裂變并產生更多的中子，這樣就會導致一系列鈾核持續裂變，產生鏈式反應，如圖所示。快速的裂變反應可以引起猛烈的爆炸，原子彈就是利用快速裂變制成的，我們]還可以控制鏈式反應的速度，把核能用于和平建設事業。“核反應堆”就是控制裂變反應的裝置。
(3)應用:原子彈、核電站都是根據核裂變的原理制成的。原子彈屬于不加控制的鏈式反應；核電站屬于可控制的鏈式反應。
（三）聚變
(1)含義:2個質量較小的原子核結合成質量較大的新原子核，同時釋放出能量的現象。由于核聚變需要極高的溫度，所以核聚變也叫熱核反應。
如圖所示，氘核(1個質子和1個氘核中子)和氚核(1個質子和2個中子)在超高溫下聚合成新的原子核一氦核，并釋放出1個中子，同時釋放巨大的能量。
(2)釋放能量情況:質量相同的核燃料，核聚變反應釋放的核能比核裂變反應釋放的核能要多得多。
(3)應用:氫彈是根據核聚變的原理制造的，它的威力比原子彈大得多。太陽的內部在不停地發生這種核聚變，從而向外釋放出巨大的能量。
二、核電站
利用核能發電的電站叫核電站。利用核能發電是人們和平利用核能的一個重要方向。
（一）核電站的原理
(1)核反應堆:可控制地進行核反應的裝置，稱為核反應堆。核反應堆是核電站核心部分，它以鈾為核燃料。
(2)核電站的原理:利用核反應堆提供的能量，使水變成蒸汽，再利用高溫高壓的蒸汽推動汽輪發電機發電。
工作過程:如圖所示。
反應堆中放出的核能轉化為高溫蒸汽的內能,通過汽輪機帶動發電機發電，內能轉化為機械能,再轉化為電能。核電站的工作過程:第一回路中的水被泵壓人反應堆，在那里被加熱，然后進人熱交換器，把熱量傳給第二回路的水，然后又被泵壓回到反應堆里；在熱交換器內，第二回路的水經加熱生成高溫高壓蒸汽，被送入汽輪機驅動汽輪機做功后溫度降低、壓強減小，進人冷凝器，最后又由水泵把它壓回熱交換器。高速旋轉的汽輪機帶動發電機發電。
(3)核電站的能量轉化:核電站并非將核能直接轉化為電能。目前人類使用的電能大多數是通過發電機發出的，而發電機是把機械能轉化為電能的裝置，所以核電站必須把核能通過某些途徑轉化為機械能，再通過發電機轉化為電能。核反應堆以鈾235為燃料，反應堆中放出的核能轉化為高溫蒸汽的內能，通過汽輪機做功，將內能轉化為機械能，帶動發電機發電，將機械能轉化為電能。
（二）核電站的特點
(1)消耗燃料少，廢渣也少,產生的能量巨大，可以大大減少燃料的運輸量。
(2)特別適合于缺少煤、石油和水力資源的區域。
(3)核電站需防止放射性物質泄漏造成的放射性污染，因此必須采用可靠的保護措施，同時要處理好廢渣。
(4)成本低，一些發達國家的核電已占相當大的比例，我國的核電事業發展得也很快。
（三）太陽能
(1)在太陽內部，氫原子核在超高溫下發生核聚變。
(2)太陽的巨大能量是內部核聚變產生的。
(3)大部分太陽能以熱和光的形式向四周輻射出去,其中有一部分到達地球表面。
三、放射性
（一）放射性
早在100多年前，科學家貝克勒爾、居里夫婦等發現鈾、釷、鐳等元素能夠自發地放出穿透能力很強的射線。居里夫人把元素具有的這種輻射能力叫做放射性。
原子核的裂變和聚變都會產生些放射性物質，這些物質的原子核內部會向外輻射出肉眼看不見的、能量很高的射線，如a射線、β射線和γ射線。
（二）三種主要的放射線
射線 組成 穿透本領
a射線 帶正電的高速運動的氦原子核 最弱，在空氣中只能前進幾厘米
β射線 帶負電的高速運動的電子流 較強，很容易穿透黑紙，還能穿透幾厘米厚的鋁板
γ射線 能量很高的電磁波 很強，能穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混凝土
（三）放射性的利與弊
(1)利:少量的放射線可以為人類服務，如r射線可以對機械設備進行探傷；可以使種子變異，培育出新的優良品種；利用放射線可以殺菌。醫療上利用γ射線可以治療腫瘤等疾病。
(2)弊:過量的高能量的放射線照射對人體和動植物的組織有破壞作用。
例1、下列關于核能的說法中不正確的是( )
A. 核電站是利用原子核裂變的鏈式反應產生的能量來發電的
B. 如果對裂變的鏈式反應不加控制，會在極短時間內釋放巨大的能量，發生猛烈爆炸
C. 氫彈是利用輕核聚變制成的核武器
D. 原子彈是利用輕核聚變或重核裂變制成的核武器
例2、如圖所示是三門核電站的建筑圖，下列關于核電站的說法正確的是（　　）
A．核電站發電的能量轉化形式是核能→內能→機械能→電能
B．核電站的發電原理與太陽的熱核反應相同
C．核反應產生的輻射都是有害的
D．核反應都是可以控制的
例3、閱讀嫦娥五號部分探月任務，完成相應問題。
嫦娥五號探測器，由軌道器、返回器、著陸器、上升器四部分組成，后續在經歷地月轉移、近月制動、環月飛行后，著陸器和上升器組合體將與軌道器和返回器組合體分離，軌道器攜帶返回器留軌運行，著陸器承載上升器擇機實施月球正面預選區域軟著陸，按計劃開展月面自動采樣等后續工作.
①2020年11月23日18時30分，長征五號遙五運載火箭開始加注液氧液氫低溫推進劑。
②2020年12月4日，旗開月表，五星閃耀，該面國旗以國產高性能芳綸纖維材料為主，能夠抵御月表惡劣的環境，做到不褪色、不串色、不變形。
③12月1日22時57分，嫦娥五號探測器像跳傘運動員一樣在深空完成一系列高難度動作：主動減速、快速調整、接近、懸停避障、緩速下降和自由下落階段。
④2020年12月2日4時53分，探月工程嫦娥五號著陸器和上升器組合體完成了月球土壤鉆取采樣及封裝，月壤中富集了大量的氦－3，氦-3的最重大潛在價值是用作核能發電的燃料。試分析：
（1）長征五號遙五運載火箭利用液氫做燃料，是因為液氫具有________、無污染的優點。
（2）嫦娥五號探測器所攜帶國旗的材料主要是________（“有機合成材料”、“金屬材料”、“無機非金屬材料”）。
（3）嫦娥五號探測器主動減速下降時機械能__________。
A.增大 B.減小 C.不變 D.先增大后減小
（4）對于利用氦-3進行核能發電，下列分析正確的是________。
A.需要提供超高溫條件 B.需要提供適量的中子轟擊
C.不會產生放射性射線 D.也稱為熱核反應
（5）對于留置在月面的著陸器，其表面有部分材料是鐵制品，試分析該鐵制品時間久了很是否會生銹，原因是________。
1.利用核能發電是人們和平利用核能的一個重要方向。下面有關核電站的說法正確的是( )
A. 核反應堆是利用核聚變原理工作的
B. 汽輪機將機械能轉化為內能
C. 發電機將機械能轉化為電能
D. 核電站發電和原子彈爆炸時發生的鏈式反應，都是不加控制的
2.如圖用中子轟擊鈾-235原子核產生氪核和鋇核的模型。下列敘述正確的是（ ）
A.該模型表示的是核聚變 B.該反應產生的中子可繼續轟擊其他鈾核形成鏈式反應
C.該反應不會產生放射性物質 D.不能用該反應獲得能量的方式來發電
3.近日“流浪地球”正在各大影院熱映，吸引了大量觀眾。
（1）在我們在看電影時，坐在影院中各個不同位置的觀眾都能清晰地看到熒幕上的影像，這屬于光的________反射現象。
（2）為了推動地球，影片中地球人建造了萬臺超級聚變發動機，這些發動機噴射火焰產生推力，從而推動地球逃離太陽系，下列選項中的事物原理相同的是
A.噴氣式飛機 B.火箭 C.汽車 D.輪船
（3）影片中提到地球發動機的能量來自“重元素聚變”。核聚變這個概念我們并不陌生，請例舉你所知道的一項核聚變的具體實例________.
4.常見的射線有：α射線、β射線、γ射線。
（1）α射線：一束在電場中偏向________極板的射線，α粒子就是氦原子核。
（2）β射線：是一種帶負電的高速運動的________，具有很強的貫穿本領。
（3）γ射線：是一種波長很短的電磁波，其穿透本領最________。主要應用：可用來檢測鋼板或紙張的厚度，金屬內部的砂眼及裂縫；可用來檢查和醫治惡性腫瘤，照射種子使種子變異，培育優良品種；可用該射線做手術——________。
5．中科院的“人造太陽”EAST物理實驗獲重大突破，實驗中首次實現持續時間達102秒的超高溫長脈沖等離子體放電，為目前世界最長。
（1）“人造太陽”獲得核能的方式是　 　。
（2）我國不久前研制出一臺人造太陽的必備“移動電源”﹣﹣立式脈沖發電機組，這臺發電機組在短時運行功率達3×105千瓦，則該發電機組在該功率下36s的時間釋放電能為　 　千瓦時。
（3）“人造太陽”從上世紀50年代開始到現在已經進行了半個世紀，下列觀點支持繼續進行這項研究的是：　 （可多選）。
A．“人造太陽”實驗人力財力投入很大，得不償失。
B．“人造太陽”實驗表明可以通過核變化來提供大量的能源。
C．“人造太陽”一旦投入使用，可以緩解傳統能源危機問題
D．“人造太陽”產生的核輻射小，核廢料少，基本不污染環境。
E．“人造太陽”需要利用多種高能量方式驅動，條件苛刻，難實現持續供電。
1.2020年12月4日，新一代“人造太陽”裝置——中國環流器二號M裝(HL-2M)在成都建成并實現首次放電，標志著中國自主掌握了大型先進托卡馬克裝置的設計、建造、運行技術，為我國新型核反應堆的自主，設計與建造打下堅實基礎。該反應堆發生的核反應屬于( )
A. 核聚變
B. 核裂變
C. 有的是核聚變，有的是核裂變
D. 既不是核裂變，也不是核聚變
2.核電站發電流程如圖所示，在核電站的發電過程中，下列所述能量轉化順序正確的是( )
A. 核能→化學能→內能→電能 B. 核能→化學能→機械能→電能
C. 核能→內能→機械能→電能 D. 核能→機械能→內能→電能
3.關于放射性，下列說法正確的是( ) 。
A.放射性物質在外界的影響下發出穿透能力很強的射線
B.α射線是電中性的高速運動的氦原子核流
C.β射線是帶負電的高速運動的電子流
D.放射性物質產生的輻射對人體組織都有破壞作用
4.2020年4月2日，中科院的“人造太陽”EAST實現1億度運行近10秒，為目前世界最長，其原理如下圖。
（1）“人造太陽”獲得核能的方式是________；
（2）“人造太陽”實驗從上世紀50年代開始到現在已經進行了半個多世紀。下列觀點中，屬于支持繼續進行這項研究的是：________（可多選）。
5.核電站的核心是核反應堆，它以鈾為核燃料，反應堆中釋放出來的核能轉化為高溫蒸汽的內能，通過汽輪發電機轉化為電能，如圖所示是核電站的原理示意圖。
第一回路中的水或其他液體用泵壓入反應堆，在那里被加熱，然后進入熱交換器，把熱量傳給第二回路中的水之后又被泵壓回到反應堆里。在熱交換器內，第二回路中的水經加熱生成高溫高壓蒸汽，送入汽輪機，驅動汽輪機做功后，溫度和壓強都降低，進入冷凝器，最后又由水泵把它壓回熱交換器，高速旋轉的汽輪機帶動發電機發電。
回答下列問題：
（1）.從核反應堆到發電機，能量的轉化過程是：核燃料的 能轉化為水的 能，再轉化為汽輪機的 能，最后轉化為發電機的 能。
（2）.猜想：在第一回路中的核反應堆的外圍，有一層厚厚的水泥防護層，其作用是 。
（3）.冷凝器中發生的物態變化是 ， 這時水蒸氣要 。
（4）.在第二回路中，用水作循環劑原因是水的 較大。
答案及解析
例1、【答案】 D
【解析】核能分為裂變和聚變兩種，裂變分為兩種：可控鏈式反應和不可控鏈式反應，前者主要應用在核反應堆中，后者應用在原子彈中；聚變主要應用在氫彈上。核電站是利用原子核裂變的鏈式反應釋放出大量的核能，是可控鏈式反應。
【解答】A、核電站是利用原子核裂變的鏈式反應產生的能量來發電的，A不符合題意；
B、如果對裂變的鏈式反應不加控制，會在極短時間內釋放巨大的能量，發生猛烈爆炸，B不符合題意；
C、氫彈是利用輕核聚變制成的核武器，C不符合題意；
D、原子彈是利用重核裂變（鏈式反應）而制成的核武器，D符合題意。
故答案為：D
例2、【解答】解：
A、核電站發電的過程是先將核能轉化為內能，而后再將內能轉化為機械能，最后將機械能轉化為電能的，故A正確；
B、核電站利用的是裂變，而太陽的熱核反應是聚變，故B錯誤；
C、放射性可用于醫療等方面，放射性元素還可以作為示蹤原子，故C錯誤；
D、核裂變是可控的，核聚變不可控，故D錯誤。
故選：A。
例3、【答案】（1）熱值大
（2）有機合成材料
（3）B
（4）A、D
（5）不會，因為月球上沒有水和空氣（回答沒有水或沒有空氣也可以）
【解析】液氫是無色無臭透明液體，液氫具有可燃性，液氫燃燒產生淡藍色火焰。有機合成材料簡稱合成材料，合成材料具有三大特征，有機物、合成、高分子化合物，人們通常所說的三大合成材料是指塑料、合成纖維、合成橡膠。動能與勢能的總和稱為機械能。
（1）長征五號遙五運載火箭利用液氫做燃料，是因為液氫具有熱值大、無污染的優點。（2）嫦娥五號探測器所攜帶國旗的材料采用一種新的復合材料，主要是有機合成材料。
（3）嫦娥五號探測器主動減速下降，它的質量不變，而速度減小，因此動能減小，高度減小，重力勢能減小，而動能與勢能的總和稱為機械能，因此機械能減小，B符合題意。
（4）A、需要提供超高溫條件，A符合題意；
B、未來人們可利用月球土壤中豐富的氦-3與氘核結合成新的原子核，是核聚變過程，B不符合題意；
C、會產生放射性射線，C不符合題意；
D、聚變也稱為熱核反應，D符合題意。
（5）鐵的化學性質比較活潑，在實際生活中，空氣中含有水分，水和氧氣使鐵與之發生氧化反應，生成一種叫氧化鐵的東西，這就是鐵銹，月球上沒有空氣和水，因此著陸器表面不會生銹。
1.【答案】 C
【解析】根據核反應堆的工作原理和過程分析判斷。
【解答】A.核反應堆是利用核裂變原理工作的，故A錯誤；
B.汽輪機將內能轉化為機械能，故B錯誤；
C.發電機將機械能轉化為電能，故C正確；
D.核電站發電是可控核裂變，原子彈爆炸時發生的鏈式反應，是不加控制的，故D錯誤。
故選C。
2.【答案】B
【解析】A.根據圖片可知，中子轟擊重原子核，然后分解為質量較小的輕核，所以該模型表示的是核裂變，故A錯誤；
B.該反應產生的中子仍然具有很多能量，可繼續轟擊其他鈾核形成鏈式反應，故B正確；
C.該反應肯定會產生放射性物質，故C錯誤；
D.可用該反應中的可控核裂變獲得能量的方式來發電，故D錯誤。
3.【答案】（1）漫 （2）A,B （3）氫彈
【解析】當光在兩種物質分界面上改變傳播方向又返回原來物質中的現象，叫做光的反射。只要一個物體對另一個物體施加了力，受力物體反過來也肯定會給施力物體增加一個力。
（1）我們能夠觀察到物體，是因為物體反射光線進入到我們眼中，而在各個角落都能觀察到影像是因為發生了漫反射；故答案為：漫；
（2）發動機噴射火焰產生推力，推動地球逃離太陽系，利用的是力的作用是相互的原理；AB、噴氣式飛機、火箭是利用力的作用是相互的原理；CD、汽車、輪船是利用化學能轉為機械能的原理工作；故答案為：A B；
（3）核聚變的應用主要在軍事在氫彈；故答案為：氫彈；
4.【答案】（1）負 （2）電子流 （3）強；γ刀治癌
【解析】（1）α射線：一束在電場中偏向負極板的射線，α粒子就是氦原子核。
（2）β射線：是一種帶負電的高速運動的電子流，具有很強的貫穿本領。
（3）γ射線：是一種波長很短的電磁波，其穿透本領最強。主要應用：可用來檢測鋼板或紙張的厚度，金屬內部的砂眼及裂縫；可用來檢查和醫治惡性腫瘤，照射種子使種子變異，培育優良品種；可用該射線做手術——γ刀治癌。
5．【解答】解：
（1）在太陽內部不斷發生核聚變，所以“人造太陽”獲得核能的方式是核聚變；
（2）發電機組36s釋放的電能為：W＝Pt＝3×105kWh＝3×103kW h；
（3）A、進行“人造太陽”實驗時，人力財力投入很大，得不償失，故A觀點不支持繼續進行這項研究；
B、“人造太陽”實驗表明可以通過核變化來提供大量的能源，同時原材料也極易找到，故B觀點支持繼續進行這項研究；
C、“人造太陽”一旦投入使用，可以緩解傳統能源危機問題，故C觀點支持繼續進行這項研究；
D、人造太陽是利用核聚變反應產生核能的，其反應要在超高溫、超高壓的條件下進行，由兩個較小的氫原子核結合成較重的氦原子核，同時放出能量，在反應過程中不產生產生高放射性核廢料核廢料等優點，故對環境污染小，故D觀點支持繼續進行這項研究；
E、“人造太陽”需要利用多種高能量方式驅動，條件苛刻，難實現持續供電，故E觀點不支持繼續進行這項研究。
故選BCD。
故答案為：（1）核聚變；（2）3×103；（3）BCD。
1.【答案】 A
【解析】根據核反應堆的工作原理判斷。
【解答】核反應堆應用的是可控的核裂變，故A正確，而B、C、D錯誤。
故選A。
2.【答案】 C
【解析】根據核電站的工作過程確定能量轉化的過程。
【解答】核燃料通過核反應堆將核能轉化為內能；然后給水加熱，產生大量的高壓的水蒸氣，通過汽輪機將內能轉化為機械能；汽輪機帶動發電機旋轉發電，即將機械能轉化為電能，故C正確，而A、B、D錯誤。
故選C。
3.【答案】C
【解析】A.放射性物質會自發的發出穿透能力很強的射線，不需要外界條件，故A錯誤；
B.α射線是帶正電的高速運動的氦原子核流，故B錯誤；
C.β射線是帶負電的高速運動的電子流，故C正確；
D.放射性物質產生的輻射對人體組織都有破壞作用與它的強度有關，如果劑量合適，那么不會對人體造成傷害，故D錯誤。
4.【答案】（1）核聚變 （2）ABD
【解析】核能（或稱原子能）是通過核反應從原子核釋放的能量。
（1）由圖可知，氘原子和氚原子聚合形成氦原子并釋放能量的過程，屬于核聚變；
（2）A、人造太陽產生的輻射小，對環境基本無污染，屬于支持該研究的觀點；故A符合題意；
B、核能發電不排放二氧化碳，有助于緩解溫室效應；故B符合題意；
C、核能利用投入大，條件苛刻，該觀點屬于不支持發展核能的觀點；故C不符合題意；
D、核能能服務于人類，屬于支持發展核能的觀點；故D符合題意；
5.【答案】 （1）核；內；機械；電（2）防止輻射，厚水泥層可以阻擋核反應放出的各種射線
（3）液化；放熱（4）比熱容
【解析】（1）根據能量存在的不同形式分析解答；
（2）核反應堆會產生大量的輻射，而水泥層可以阻擋射線，減小對人類的傷害；
（3）物質由液態變成氣態叫汽化，由氣態變成液態叫液化；
（4）比熱容是反映物質吸放熱本領的物理量。物質的比熱容越大，升高相同的溫度時吸收的熱量越多，據此分析判斷。
【解答】（1）從核反應堆到發電機，能量的轉化過程是：核燃料的核能轉化為水的內能，再轉化為汽輪機的機械能，最后轉化為發電機的電能。
（2）在第一回路中的核反應堆的外圍，有一層厚厚的水泥防護層，其作用是：防止輻射，厚水泥層可以阻擋核反應放出的各種射線；
（3）冷凝器中的水蒸氣由氣態變成液態發生液化現象，這時水蒸氣要放熱；
（4）第二回路中，用水作循環劑原因是水的比熱容較大。
2022-2023學年上學期浙教版科學九年級“沖刺重高”講義（三十五）
核 能

展開更多......

收起↑