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第8節(jié)核能的利用
聯(lián)想情景導入
1945年8月6日和8月9日，美國將兩顆外號為“小男孩”和“胖子”的原子彈，分別投到日本的廣島和長崎，原子彈爆炸時釋放出的巨大能量將兩座城市在瞬間化為廢墟。如此巨大的能量是怎樣產生的 這種能量可以用到我們的生產和牛活之中嗎
重點知識詳解
一、裂變和聚變
1．核能：原子核在改變的過程中釋放出的巨大的能量叫做核能。裂變和聚變是獲得核能的兩條途徑。21世紀教育網
2．裂變：裂變是質量較大的原子核在中子轟擊下分裂成2個新的原子核，并釋放出能量的過程。例如，用中子轟擊鈾235，可以使它分裂，變成兩個新核(氪和鋇)，同時向外放出能量和產生幾個新的中子。這些中子如果繼續(xù)轟擊其他鈾核，就會導致一系列鈾核持續(xù)裂變，產生鏈式反應。原子彈就是根據裂變的原理制造的。
3．聚變：聚變是使2個質量較小的原子核結合成質量較大的新核，同時釋放出能量的過程。例如，氘核和氚核在超高溫下聚合成氦核，并放出能量。聚變需要很高的能量，所以也叫做熱核反應。氫彈就是根據聚變的原理制造的。21世紀教育網
二、核能的和平利用——核電站21世紀教育網
1．核電站的工作原理：利用原子核裂變時產生的大量熱量，使水變成蒸汽，推動汽輪機運轉，再帶動發(fā)電機發(fā)電。
2．核電站工作時能量的轉化過程：核能→熱能→機械能→電能。21世紀教育網
三、放射線
1．放射線：原子核的裂變和聚變都會產生一些放射性物質，這些物質的原子核內都會向外界輻射出肉眼看不見的、能量很高的射線，如α射線、β射線、γ射線。
2．放射線的利用和危害：利用7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(yōu)良品種；可以治療腫瘤等疾病。大劑量放射線對人畜會造成很大的傷害。21世紀教育網
經典例題解析
[例1] 下列關于核能的說法正確的是 ( )
A．物質是由原子構成的，原子中有原子核，所以利用任何物質都能得到核能
B．到目前為止，人類獲得核能有兩種途徑，即重核裂變和輕核聚變
C．原子彈和氫彈都是利用原子核裂變和聚變的原理制成的
D．自然界只有在人為的條件下才會發(fā)生聚變
[解析] 核能是人們在近幾十年里發(fā)現和利用的新能源，雖然各種物質的原子里都有原子核，但在通常情況下并不能釋放能量。只有當原子核發(fā)生改變一一裂變和聚變時才伴隨巨大的能量變化。原子彈則是利用裂變的鏈式反應中能在極短的時間內釋放出巨大能量的原理制成的，而氫彈則是利用輕核的聚變制成的。自然界除了人為的聚變外．太陽和許多恒星內部都進行著大規(guī)模的聚變反映，并以光和熱的形式將核能輻射出來。
[答案] B
[例2] 關于核能的獲得，下列說法中正確的是 ( )
A．核反應堆是原子核裂變時，在極短時間內釋放出大量核能的裝置
B．當原子核內部發(fā)生變化時一定會釋放出巨大的能量，核裂變和核聚變是獲得核能的兩種方式
C．核電站是使核能轉化為內能再通過汽輪發(fā)電機轉化為電能的裝置
D．目前，在核電站的反應堆中發(fā)生的是可控制的核聚變
[解析] 核反應堆是能夠緩慢平穩(wěn)地釋放核在裂變時放出的核能的裝置，可見在核電站的反應堆中發(fā)生的是可控制的裂變。反應堆中獲得內能推動汽輪發(fā)電機發(fā)電。從而得到電能。目前，受控核聚變正在研究之中，尚未用于核電站發(fā)電。21世紀教育網
[答案] C
[例3] 關于核電站，下列說法中正確的是 ( )
A．核電站是利用輕核聚變產生的能量來發(fā)電的
B．核電站的核心是反應堆，它以鈾為燃料
C．核電站的反應堆中放出的核能可直接轉化成電能
D．核電站不適用于缺少煤、石油、水能等能源的地區(qū)
[解析] 輕核聚變還不能和平利用，A錯，鈾的重核裂變可以和平利用，B對。核能轉化為內能后才能轉化為電能，C錯，核電站特別適于缺少煤、石油、水能等能源的地區(qū)，D錯。21世紀教育網
[答案] B21世紀教育網
[例4] 社會發(fā)展到今天，能源危機開始困擾人類。人們正在尋找各種可能的未來能源，以維持人類社會的持續(xù)發(fā)展。2006年5月24日，歐盟、美國、中國、日本、韓國、俄羅斯和印度在布魯塞爾歐盟總部草簽了一系列關于國際熱核聚變實驗反應堆(ITER)的協(xié)議。這是人類開發(fā)新能源的一個重大嘗試，也是中國以完全平等的地位參加的最大的國際科技合作項目。熱核聚變是在上億攝氏度的高溫條件下利用氫的同位素氘、氚在可控情況下發(fā)生的核聚變。聚變反應中釋放出來的核能提供大量的熱量， 就像造出一個“人造太陽”。反應后的生成物是無放射性污染的氦。
預期于2010年建成的實驗反應堆，可以在16min產生1.44×1012J的熱量。據媒體報道：lL海水提取的氫的同位素，在完全聚變反應中釋放的能量，相當于300L汽油完全燃燒所釋放的熱量。請根據所提供的數據進行估算，并回答以下問題：21世紀教育網
(1)若汽油的密度約為0.7×103kg/m3，300L汽油的質量是多少 (1L=1×103m3)
(2)若汽油的熱值約為5×107J/kg，300L汽油完全燃燒能釋放多少熱量
(3)需要從多少升海水中提取氫的同位素，在發(fā)生聚變時才可以產生1.44×1012J的熱量 若這些熱量轉化為電能的效率為50%，則它可以供給一臺功率是2kW的空調正常工作多少小時
(4)你知道嗎 在安徽省合肥市科學島上也有一臺“人造太陽”。這個名為托卡馬克的裝置要進行點火實驗了。閱讀了上述材料和數據后，你一定會有很多感受，談談你對“人造太陽”的認識。
[答案] (1)300L汽油的質量：
m=ρV=0.7×103kg/m3×300×103m3=210kg
(2)300L汽油完全燃燒產生的熱量：
Q=mq=210kg×5×l07J/kg=1.05×1010J
(3)因1L海水可產生熱量是l.05×1010J，所以1.44×1012J的熱量需要
海水體積V：V=1.44×l012/l.05×1010L≈1.37×102L
時間：t=W/P=1.44×1012J×50％/2×103W=3.6×108 s=1×105h
(4)略
考點應試必備
1．人類對核能的開發(fā)和利用不斷取得新的進展，根據目前的科研水平，你認為下列關于原子彈和核電站的說法正確的是 ( )
A．原子彈利用核裂變，核電站利用核聚變
B．原子彈利用核聚變，核電站利用核裂變
C．原子彈對裂變的鏈式反應加以控制
D．核電站控制裂變的鏈式反應速度
2．太陽表面溫度高達6000℃，內部不斷進行核聚變反應，并且以輻射方式向宇宙空間發(fā)射出巨大的能量。據估計，每三天太陽向地球輻射的能量，就相當于地球所有礦物燃料能量的總和。你認為以下能源中不是由太陽能轉化的是 ( )
A．煤 B．石油 C．天然氣 D．核能
3．下圖為大亞灣核電站發(fā)電流程圖。在核電站的發(fā)電過程中，核能的獲取途徑及能量轉化順序正確的是 ( )
核反應堆→ 汽輪機→ 發(fā)電機→ 電
A．聚變；核能→內能→化學能→電能
B．聚變；核能→內能→機械能→電能
C．裂變；核能→內能→機械能→電能
D．裂變；核能→內能→化學能→電能
4．為緩解電力緊張的狀況，開發(fā)利用新能源，我國陸續(xù)建成了一些核電站。關于核電站，下列說法正確的是 ( )
A．核電站使用的核燃料是石油或天然氣21世紀教育網
B．核反應堆中發(fā)生的是不可控制的核裂變21世紀教育網
C．核電站發(fā)電的能量轉化過程是：核能→內能→機械能→電能
D．核電站產生的核廢料可以像生活垃圾那樣被處理或進行二次加工利用
5．在核電站的能量轉化的詳細過程是 ( )
A．核能先轉化為水的內能、再轉化為電能
B．核能先轉化為水的內能，再轉化為機械能，最后轉化為電能
C．核能直接轉化為電能21世紀教育網21世紀教育網
D．核能先轉化為水的動能，再轉化為電能
6．下列關于核電站的說法中不正確的是 ( )
A．利用核能發(fā)電的電站叫核電站
B．核電站的核心是發(fā)電機21世紀教育網
C．核電站利用核能轉化為蒸汽的內能，再通過汽輪發(fā)電機轉化為電能
D．核電站消耗燃料少，可獲得較多的能量
7．關于我國已建成的秦山和大亞灣兩座核電站，下列說法正確的是 ( )
A．它們都是利用核裂變釋放的原子能
B．它們都是利用核聚變釋放的原子能
C．一座是利用核裂變釋放原子核能，一座是利用核聚變釋放原子核能
D．以上說法均不對
8．原子核內部蘊藏的能量，叫原子能，簡稱叫核能。獲取核能的方法有核裂變和核聚變。分別如下圖中的__________和__________。
“鏈式反應”發(fā)生在 ( )
A．核裂變時 B．氫彈爆炸時 C．核聚變時 D．鈾自發(fā)放出射線時21世紀教育網
9．核電站是和平利用原子能主要方式，下圖核電站原理示意圖。在反應堆中，核燃料發(fā)生裂變放出大量的核能，并利用循環(huán)水流生成高溫高壓水蒸氣，帶動輪機運動，使發(fā)電機發(fā)電。請描述核電站工作過程中能量的轉化情況。
你認為核電站的核心裝置是 ( )
A．反應堆 B．熱交換器 C．核燃料 D．汽輪發(fā)電機
你認為目前大多數核電站發(fā)電原理是 ( )
A．不受控制的鈾核裂變時產生能量轉化為電能
B．人工控制的鏈式反應使能量緩慢釋放發(fā)電
C．輕核結合合成較重核時產生能量發(fā)電
D．氘和氚聚變時產生能量發(fā)電
10．1kg鈾全部裂變釋放出的能量約為8.5×1013J，相當于完全燃燒多少無煙煤放出的能最 (無煙煤的熱值為3.4×107焦／千克)
參考答案
1．D 2．D 3．C 4．C 5．B 6．B 7．A 8．乙 甲 A 9．A B 10．2.5×106kg
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品資料·第 6 頁 （共 7 頁） 版權所有@21世紀教育網

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