資源簡介

一.裂變和聚變
1.核能：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，核能是從原子核內部釋放出來的，它比物質在化學反應中釋放出的化學能要大得多。
2.原子核的的裂變和聚變是獲得核能的兩條途經.
（1）核裂變：是質量較大的原子核在中子轟擊下分裂成2個新原子核并且釋放出巨大能量的現象。例如，用中子轟擊鈾-235原子核，可以使鈾核裂變變為氦核和鋇核，同時向外釋放能量，并產生2-3個新的中子。如果產生的中子繼續轟擊著其他鈾核，引起鈾核裂變，就會導致越來越多的鈾核不斷的發生裂變，放出越來越多的能量。這種連鎖式的鈾裂變反應稱為鏈式反應。原子的核裂變的鏈式反應不加以控制，在短時間內形成雪崩式的裂變反應，就會放出巨大能量而產生猛烈的核爆炸，原子彈就是運用這個原理制造的。
（2）核聚變：是2個質量較小的原子核結合成質量較大的新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。例如，氚核（核內有一個質子、一個中子的氫核）和氚核（核內有一個質子、兩個中子的氫核）在高溫下聚合成氦核，并向外放出能量，在消耗質量相同的核材料時，核聚變比核裂變釋放更多的核能。核聚變需要極高的溫度，所以也叫做熱核反應。熱核反應一旦發生，就不再需要外界給它能量，依靠自身產生的熱就會使核反應繼續下去。氫彈就是根據核聚變的原理制造的，它的威力比原子彈大得多。
二.核能的和平利用----核電站
（1）核電站：如果能夠按需求控制鏈式反應的速度，使原子核的裂變反應持續而緩慢地進行，核能有控制地平穩釋放，這樣的核能就可以為人類和平建設服務。可控制地進行核反應的裝置稱為核反應堆。核電站就是利用核反應堆提供的能量，使水變成水蒸氣，再利用高溫高壓的蒸汽推動汽輪發電機發電的。
（2）太陽：太陽巨大能量就是內部核聚變產生的。在太陽的內部，氫原子核在超高溫下發生核聚變，釋放出巨大的核能。這些能量再從太陽核心向外擴散到太陽表面，然后，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。人們雖然能夠控制核裂變的速度，但還是沒有找到實用的控制核聚變反應的方式，所以，直到現在人類還不能和平利用核聚變的能量。
3．放射性
1.放射性：早在100多年前，科學家貝克勒爾、居里夫人等發現鈾、釷、鐳等元素能夠自發的放出穿透力很強的射線。居里夫人把元素具有這種輻射能力叫做放射性。進一步研究發現，許多天然存在的元素也具有放射性。
2.原子的裂變也會產生一些放射性物質。放射性物質放出的射線到底是什么？
α射線：是帶正電的高速運動的氦原子核流
β射線：是帶負電的高速運動的電子流。
γ射線：是能量很高的電磁波。
α射線穿透能力最弱，β射線穿透能力較強，γ射線穿透能力最強能穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混凝土。
放射性現象在工業、農業、醫療領域都有廣泛應用。工業上利用放射性來測量物體厚度。農業上利用放射性照射種子，使種子變異，培育新的優良品種；利用放射性還可以殺菌。醫療上利用γ射線治療癌癥。
例1、太陽是太陽系中唯一的恒星，每時每刻向外輻射太陽能。下列關于太陽能的敘述中，錯誤的是（　　）
A．煤、石油、天然氣等化石燃料中的能量最終來自太陽能
B．生態系統的能量流動是從生產者固定太陽能開始的
C．地球上的水循環是由太陽能推動的
D．太陽能來源于太陽內部的核裂變
例2、關于核電站，小科總結了以下四種說法，其中正確的是（　　）
A．核電站是利用氫核的聚變產生的能量來發電的
B．核電站的核心是利用核反應堆控制核能平穩地釋放
C．核電站的反應堆中放出的核能可以直接轉化為電能
D．核電站產生的廢料可以直接排放到大海中
例3、如圖所示為2019年1月駛抵月球背面的嫦娥四號任務月球車“玉兔二號”，于2022年7月5日完成第44月晝工作后進入月夜休眠。在它工作期間向地球傳回大量珍貴的月面信息。

（1）“玉兔二號”通過 （選填“電磁波”或“聲波”）向地面傳遞信息；
（2）為了度過漫長而寒冷的月夜，月球車裝有同位素溫差發電器為月球車提供電能，同位素溫差發電器原理與核電站相同，通過 （選填“輕核聚變”或“重核裂變”）釋放核能發電。
1.圖表示用中子轟擊鈾原子核產生氪核和鋇核模型。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
2．以下對于放射線的說法正確的是（　　）
A．放射線無污染，無公害，使用時十分安全簡單
B．利用放射線時，要進行有效的防護和防止污染
C．放射線對人畜傷害嚴重，有弊無利，難于利用
D．α射線和β射線是有益的，而γ射線是有害的
3．如圖為核電站發電流程圖。在發電過程中，下列所述能量轉化順序正確的是（ ）
A．核能化學能機械能電能 B．核能內能機械能電能
C．核能機械能內能電能 D．核能內能化學能電能
4.2021年10月14日，“羲和號”探日衛星順利升空，實現了我國太陽探測零的突破。
（1）太陽是一顆 （選填“恒星”或“行星”）。
（2）太陽的巨大能量是內部 （選填“核聚變”或“核裂變”）產生的。
（3）“羲和號”運行在距離地面大約517公里的太陽同步軌道上。如果你是“羲和號”的設計師，根據其工作環境，設計時需要考慮哪些方面？
5.月球上的“土壤”主要由月球巖石碎屑、粉末等物質組成。太空中長期的太陽風，使得月壤中攜帶了大量的可作為清潔能源的氦-3，規模總計有100萬至500萬噸，遠遠超過了地球的儲量。
（1）月壤中巖石碎屑、粉末這些成分相當于地球土壤中的______。（“礦物質”或“腐殖質”）
（2）氦-3是一種氦氣同位素氣體，它的核內中子比“正常”氦少一個（如圖甲，氦-3原子核外有______個電子；
（3）把兩個氦-3原子砸在一起會產生巨大的能量（如圖乙），這種現象叫做______。（填“重核裂變”或“氦核聚變”）
1.2020年9月國務院批準建設蒼南三澳核電站，該電站發電原理如圖，下列關于核電站的說法正確的是（　　）
A．核電站中的核能釋放是不可控制的 B．當前的核電站是利用核聚變原理工作的
C．核泄漏釋放的放射性物質對人體是無害的 D．核電站中能的轉化過程是：核能→內能→機械能→電能
2.太陽能是地球能量的主要來源，太陽能的實質是（　　）
A．原子核聚變產生的核能 B．原子核裂變產生的核能
C．原子核鏈式反應產生的核能 D．化學反應產生的化學能
3.我國自主設計了“人造太陽”實驗裝置——東方超環，它在1億度超高溫度下運行了近10秒。

（1）“人造太陽”原理如圖所示，通過核 釋放巨大的核能，從而獲得高溫；
（2）“人造太陽”加熱功率超過瓦，若利用其進行發電，發電效率為60%，則每小時發電量達 千瓦時。
4.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3x105千瓦，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：_________。
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。
答案及解析
例1、D
【解析】A．煤、石油、天然氣的化學能歸根結底來自太陽能，故A正確，不符合題意；
B．生態系統中能量流動具有單向流動、逐級遞減的特點，生態系統的能量流動是從生產者固定太陽能開始的，故B正確，不符合題意；
C．太陽輻射能維持地表的溫度，地球上的水循環是由太陽能推動的，故C正確，不符合題意；
D．太陽能來源于太陽內部的核聚變，故D錯誤，符合題意。
故選D。
例2、B
【解析】A．核電站是利用原子核裂變產生的能量來發電的，故A錯誤；
B．核反應堆是控制重核裂變速度，使核能緩慢地平穩地釋放出來的裝置，故B正確；
C．通過核反應堆把核能轉化為內能，得到高溫的水蒸氣，水蒸氣推動汽輪機轉動，把內能又轉化為機械能；汽輪機再帶動發電機發電，得到電能，故C錯誤；
D．核電站產生的廢料如果直接排放到大海中，會造成核污染，故D錯誤。
例3、電磁波 重核裂變
【解析】（1）[1]由于月球上是真空環境，聲波不能在真空中傳播，電磁波可以在真空中傳播，所以“玉兔二號”通過電磁波向地面傳遞信息。
（2）[2]由于核電站是利用可控重核裂變釋放核能發電的，同位素溫差發電器原理與核電站相同，所以同位素溫差發電器也是通過重核裂變釋放核能發電。
1.B
【解析】A、該模型表示的是核裂變，該選項說法不正確；
B、該反應產生的中子可繼續轟擊其他鈾核形成鏈式反應，該選項說法正確；
C、過程中產生的氪原子具有放射性，該選項說法不正確；
D、可以通過核裂變來發電，例如核電站是利用核裂變發電，該選項說法不正確。
故選B。
2．B
【解析】A、各種放射線達到一定的強度會對各種生物都造成嚴重影響，選項錯誤；
B、利用放射線時，要進行有效的防護和防止污染，選項正確；
C、放射線對人畜雖然有傷害，但也有一定的益處，即有利有弊，選項錯誤；
D、α射線、β射線和γ射線對人類來說，都是有利有弊的，利用放射線時，要進行有效的劑量控制、嚴格防護和防止污染，選項錯誤；
故選B。
3．B
【解析】在核反應堆中，核能轉化為介質的內能，在汽輪機中蒸氣的內能轉化為汽輪機的機械能，在發電機中，機械能轉化為電能，最終輸送到電網上。
故選B。
4.恒星 核聚變 耐高溫、防輻射等
【解析】（1）太陽是一顆發光、發熱的氣體星球，屬于恒星。
（2）太陽能內部是由于較輕的氫原子核在高溫下發生聚變而釋放出核能。
（3）“羲和號”運行在距離地面大約517公里的太陽同步軌道上，距離太陽很近，所以需要的考慮耐高溫、防輻射等。
5.礦物質 2 氫核聚變
【解析】（1）腐殖質指的是被生物分解時候的剩余的富含大量對植物有有利作用的土壤所含的物質，也對整個生態系統有直接的正面作用。礦物質，是地殼中自然存在的化合物或天然元素，又稱無機鹽。月壤中巖石碎屑、粉末這些成分相當于地球土壤中的礦物質。
（2）氦-3的原子序數為2，即原子核內有2個質子。根據核外電子數等于質子數可知，它的原子內有2個電子。
（3）根據圖片可知，兩個氦-3原子結合在一起形成一個質量更大的原子，這種現象叫氦核聚變。
1.D
【解析】A.核電站中發生的是可控的核裂變，故A錯誤。
B.當前的核電站是利用核裂變的原理工作的，故B錯誤。
C.長時間接受核輻射會使正常細胞發生癌變，故C錯誤。
D.核電站能量轉化的過程是：通過核反應把核能轉化為內能，得到高溫水蒸氣；水蒸氣推動汽輪機轉動，把內能又轉化為機械能；汽輪機再帶動發電機發電，得到電能，則整個過程中能量轉化的正確順序是：核能→內能→機械能→電能，故D正確。
故選D。
2.A
【解析】太陽能是地球能量的主要來源，太陽能的實質是原子核聚變產生的核能，故A符合題意，BCD不符合題意。
故選A。
3. 聚變
【解析】（1）[1]“人造太陽”的反應原理與太陽相似，通過核聚變的途徑釋放出巨大能量，從而獲得高溫。
（2）[2]“人造太陽”每小時發電量為
4.核聚變 BCD
【解析】 “人造太陽”獲得核能的方式是核聚變；
由電能公式可得： ；
A．雖然人造太陽需要利用多種能量方式驅動，條件苛刻，投入巨大，但各國科學家都在研究，故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，故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，故觀點支持繼續進行這項研究；
D．人造小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，在反應過程中生成物為水，故對環境污染小，同時原材料也極易找到，故觀點支持繼續進行這項研究；
E．核聚變原料來自氫元素家族的氘和氚，在特定條件下發生碰撞，聚合成個頭稍大的氦元素，這個過程比鈾元素裂變產生的能量還要大得多，而產物只有無毒無放射性的氦氣，沒有棘手的高放射性廢物需要處理，原料的豐富程度也是鈾礦儲量難以企及的，太陽就是利用這樣的反應哺育了地球四五十億年，很遺憾，我們現在的科技水平還遠遠駕馭不了這種能量，故觀點不支持繼續進行這項研究。
2023-2024學年上學期浙教版科學九年級“沖刺重高”講義（二十六）
核 能

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