22.2 核能（導(dǎo)學(xué)案）-九年級(jí)物理全一冊(cè)同步備課系列（人教版）【學(xué)生版】

22.2核能（導(dǎo)學(xué)案）【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.了解原子、原子核的結(jié)構(gòu)。2.知道核能的優(yōu)點(diǎn)和可能帶來的問題，了解我國(guó)和世界核能利用新進(jìn)展。3.了解核裂變、核聚變?！緦W(xué)習(xí)重點(diǎn)】核能的由來及其優(yōu)點(diǎn)和可能帶來的問題?！緦W(xué)習(xí)難點(diǎn)】裂變和聚變?！咀灾黝A(yù)習(xí)】閱讀教材，完成以下問題：1.任何物質(zhì)的原子都是由位于原子中心區(qū)域帶正電的和繞核旋轉(zhuǎn)帶負(fù)電的組成的；原子核又是由帶正電的和不帶電的組成的。2.核能：質(zhì)量較大的原子核發(fā)生或者質(zhì)量較小的原子核相互，就可能釋放出驚人的，這種能量被稱為核能。3.裂變：質(zhì)量較的原子變成兩個(gè)質(zhì)量中等大小的原子核的過程，釋放出。核電站利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)備是；原子彈也是利用核制造的核武器。4.聚變：質(zhì)量較的原子核在超高溫下結(jié)合成新的原子核的過程，釋放出更加巨大的能量。是利用氫核聚變釋放的能量制造的核武器?！竞献魈骄俊刻骄恳弧⒑四堋鞠胍幌搿课覀冎?，分子是由原子組成的，那么，原子是由什么組成的呢？讓我們看看物理學(xué)家研究的歷史與結(jié)論吧！1.原子模型的建立過程（1）電子的發(fā)現(xiàn)十九世紀(jì)末（1897年），英國(guó)物理學(xué)家湯姆生在對(duì)陰極射線的研究中發(fā)現(xiàn)了帶負(fù)電的，并得出電子是所有物質(zhì)中原子的組成部分。由于電子是帶負(fù)電的，而原子又是中性的，因此物理學(xué)家推斷出原子中還有帶電的物質(zhì)。（2）原子核的發(fā)現(xiàn)——α粒子散射實(shí)驗(yàn)英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福在1898年發(fā)現(xiàn)了α射線。他用準(zhǔn)直的α射線轟擊厚度為微米的金箔時(shí)，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)粒子散射角度很小，但有少數(shù)α粒子偏角很大。通過對(duì)電荷，質(zhì)量和偏轉(zhuǎn)角度等的運(yùn)算，1911年提出了原子結(jié)構(gòu)的行星模型。即原子是由和核外組成的。原子的組成原子的組成（3）原子的“電子云模型”1926年奧地利物理學(xué)家埃爾溫·薛定諤提出“電子云模型”。該模型中，在原子核外很小的空間內(nèi)做高速運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)行沒有固定的規(guī)律，電子排布，接近現(xiàn)代人類對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。【想一想】原子核還能再分嗎？隨著歷史的發(fā)展，人們對(duì)原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究逐步深入。2.原子核（1）質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)1919年，盧瑟福用速度是20000km/s的α粒子去轟擊氮元素的原子核時(shí)，發(fā)現(xiàn)在原子核中還存在一種帶正電的質(zhì)量比電子大很多的微粒—。（2）中子的發(fā)現(xiàn)中子的概念是由英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福提出，中子的存在是1932年英國(guó)物理學(xué)家詹姆斯·查德威克用鐳的α射線轟擊鈹原子時(shí)的實(shí)驗(yàn)中證實(shí)的。物理學(xué)家在實(shí)驗(yàn)中又進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)中子的質(zhì)量與相同、但是不帶電。（3）原子核的組成原子核，簡(jiǎn)稱“核”，位于原子的核心部分，由和兩種微粒構(gòu)成。原子核帶電（即質(zhì)子所帶的正電），中子電。3.原子的組成及帶電情況原子核極小，它的直徑在10-16m～10-14m之間，體積只占原于體積的幾千億分之一，在這極小的原子核里卻集中了99.95％以上原子的質(zhì)量。4.核能（1）核能：質(zhì)量較大的原子核發(fā)生或者質(zhì)量較小的原子核相互，就有可能釋放出驚人的，這就是核能。（2）釋放核能的方式：核和核。【例題1】物質(zhì)是由分子或原子組成的，_______的發(fā)現(xiàn)，說明原子是可以再分的；原子是由原子核和核外_______組成的，原子核由質(zhì)子和_______組成。如圖所示，是不同科學(xué)家提出的原子模型，其中_____（選填“A”或“B”）是盧瑟福提出的原子核式結(jié)構(gòu)模型。探究二、裂變1.裂變（1）裂變：1934至1938年，科學(xué)家先后用中子轟擊質(zhì)量比較大的鈾235原子核，使其發(fā)生裂變，發(fā)現(xiàn)一個(gè)核分裂成兩個(gè)質(zhì)量的原子核，同時(shí)釋放出大量的。奇妙的是，鈾235核在分裂成兩個(gè)別的原子核的時(shí)候，又放出至個(gè)中子。（2）裂變的能量巨大：1kg鈾全部裂變，釋放的能量超過煤完全燃燒時(shí)釋放的能量。（3）發(fā)生裂變的條件：發(fā)生裂變的條件是用轟擊鈾核。【想一想】當(dāng)外界中子停止轟擊鈾核時(shí)，裂變也就停止了。怎樣才能讓裂變繼續(xù)下去呢？2.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（1）模擬鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：將火柴搭成下圖所示結(jié)構(gòu)，點(diǎn)燃第一根火柴后，會(huì)發(fā)生什么？第一根火柴燒完后，會(huì)點(diǎn)燃中間的2根火柴，這2根火柴燃燒完后，又會(huì)引起右面4根火柴的燃燒，如果按照這個(gè)結(jié)構(gòu)繼續(xù)下去，被點(diǎn)燃的火柴會(huì)越來越多……（2）鏈?zhǔn)椒磻?yīng)當(dāng)中子轟擊鈾核時(shí)，鈾核發(fā)生，釋放大量核能的同時(shí)產(chǎn)生出幾個(gè)新的，這些中子又會(huì)轟擊其他鈾核……于是就導(dǎo)致一系列鈾核裂變，并釋放出大量。這就是裂變中的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。模擬鏈?zhǔn)椒磻?yīng)模擬鏈?zhǔn)椒磻?yīng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)示意圖3.裂變的應(yīng)用（1）核電站核電站利用裂變產(chǎn)生的核能發(fā)電，它的核心設(shè)備是。1942年，人類利用核反應(yīng)堆第一次實(shí)現(xiàn)了可控制的鈾核裂變。①核反應(yīng)堆核反應(yīng)堆是原子核發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的場(chǎng)所，它能夠控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的，緩慢、平穩(wěn)地釋放的裝置。②核電站的工作原理及能量轉(zhuǎn)化核電站將反應(yīng)堆中放出的核能轉(zhuǎn)化為高溫蒸汽的內(nèi)能，通過汽輪機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能。核電站發(fā)電時(shí)的能量轉(zhuǎn)化情況：能→能→能→能。③我國(guó)的一些核電站下圖是我國(guó)自主設(shè)計(jì)、制造的具有世界先進(jìn)水平的核電站。其中“華龍一號(hào)”核電站是由中國(guó)核工業(yè)集團(tuán)公司和中國(guó)廣核集團(tuán)在30余年核電科研、設(shè)計(jì)、制造、建設(shè)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)福島核事故經(jīng)驗(yàn)反饋以及中國(guó)和全球最新安全要求，研發(fā)的先進(jìn)百萬千瓦級(jí)壓水堆核電技術(shù)，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三代壓水堆核電創(chuàng)新成果，是中國(guó)核電機(jī)組發(fā)展的主力堆型，是中國(guó)核電走向世界的“國(guó)家名片”，是中國(guó)核電創(chuàng)新發(fā)展的重大標(biāo)志性成果。（2）原子彈鏈?zhǔn)椒磻?yīng)如果不加以，大量原子核就在一瞬間發(fā)生裂變，釋放出極大的。根據(jù)這一原理，在人類實(shí)現(xiàn)可控核裂變大約三年后，即1945年，利用不加控制的核裂變制造的毀滅性武器——爆炸了。【例題2】如上圖中我國(guó)的大亞灣核電站，是利用核能來大規(guī)模生產(chǎn)電能的發(fā)電站。關(guān)于核能和核電站，下列相關(guān)說法中正確的是（C）A．核能是常規(guī)能源B．核能不會(huì)對(duì)人類造成危害C．核電站是利用裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)電的D．核電站發(fā)電時(shí)，把核能直接轉(zhuǎn)化為電能探究三、聚變1.聚變（1）如果將某些質(zhì)量很的原子核，例如氘核（由一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子構(gòu)成）與氚核（由一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子構(gòu)成），在超下結(jié)合成新的原子核——氦核，也會(huì)釋放出巨大的，這就是聚變。2.氫彈氘核和氚核都屬于氫核的一種。大量氫核的聚變，可以在瞬間釋放驚人的能量。利用的就是聚變瞬間釋放的能量。3.海水中的核能如何實(shí)現(xiàn)可控聚變，如何利用可控聚變釋放的核能，科學(xué)家正在積極地探索著。海水中蘊(yùn)藏著豐富的、可以實(shí)現(xiàn)聚變的氘核。科學(xué)家預(yù)言，通過來利用核能，有望徹底解決人類能源問題。1升海水所含氘產(chǎn)生的聚變能等同于升汽油所釋放的能量。海水中氘的儲(chǔ)量可使人類使用幾十億年。4.裂變與聚變的比較裂變裂變聚變定義質(zhì)量較的原子核分裂成較原子核的過程質(zhì)量很的原子核結(jié)合成較原子核的過程條件用一定速度的中子轟擊較大原子核超高溫釋放核能大小巨大更加巨大是否可以控制可鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度目前人為控制應(yīng)用、原子彈【例題3】原子核分裂或聚合，可以釋放出巨大的能量，這種能量叫作________。用中子轟擊比較大的原子核，使其變成兩個(gè)中等大小的原子核，同時(shí)釋放出巨大的能量，這是原子核的________。兩個(gè)質(zhì)量很小的原子核，在一定條件下結(jié)合成一個(gè)新的原子核，會(huì)釋放出更大的核能，這就是原子核的_______，氫彈就是利用這種變化制成的。5.核電站和核廢料處理核反應(yīng)堆是通過可控裂變反應(yīng)釋放核能的設(shè)備。反應(yīng)堆內(nèi)的鈾核發(fā)生裂變時(shí)，會(huì)釋放能量，也會(huì)產(chǎn)生放射線。如果放射線泄漏到反應(yīng)堆外面，會(huì)對(duì)人和其他生物造成傷害，所以核反應(yīng)堆都封閉在一個(gè)厚厚的鋼筋混凝土殼中。（1）核泄漏的危害核電站一旦發(fā)生核泄漏事故，就可能產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，所以核電站的安全性應(yīng)得到高度重視。為此，科學(xué)家們制訂了嚴(yán)格的安全措施和安全標(biāo)準(zhǔn)。切爾諾貝利核電站事故于1986年4月26日發(fā)生在烏克蘭境內(nèi)的普里皮亞季市，核反應(yīng)堆全部炸毀，大量放射性物質(zhì)泄漏，成為核電時(shí)代以來最大的事故。（2）科學(xué)家們制定了嚴(yán)格的安全措施和安全標(biāo)準(zhǔn)以秦山核電站為例，它有三道屏障，用于防止放射性物質(zhì)的外泄。第一道屏障是鋯-4合金包殼，它把核燃料及其裂變產(chǎn)物封閉起來。第二道屏障是壁厚為175mm鋼板制成的反應(yīng)堆壓力容器及相應(yīng)的管道設(shè)施，它把反應(yīng)堆冷卻劑包容在里面，防止有放射性的冷卻劑外泄。第三道屏障是反應(yīng)堆安全殼，它是高72.5m、外徑38m、厚1米的鋼筋混凝土制成的圓柱形建筑，內(nèi)襯6mm的鋼板。安全殼也能抵御外部破壞。（3）核廢料的處理核電站使用過的核燃料成為。由于核廢料仍具有放射性，對(duì)環(huán)境會(huì)造成相當(dāng)大的危害，因此要將核廢料深埋到人跡稀少的地帶。【精講點(diǎn)撥】1.原子結(jié)構(gòu)：原子是由原子核和核外電子組成的，原子核又是由帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子組成，電子帶負(fù)電。原子的質(zhì)量主要集中在原子核上，體積非常小。2.核能：質(zhì)量較大的原子核發(fā)生分裂或者質(zhì)量較小的原子核相互結(jié)合，就有可能釋放出驚人的能量，這就是核能。獲取核能有兩條途徑：一是原子核的裂變，二是聚變。3.裂變：質(zhì)量較大的原子核分裂成較小原子核的過程稱為裂變。通過控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度，使核能緩慢平穩(wěn)的釋放出來，就可以和平地使用核能了，核反應(yīng)堆就是基于這樣的目的建造出來的。4.聚變：質(zhì)量較小的原子核在超高溫下結(jié)合成新的原子核的過程，釋放出更加巨大的能量。【歸納整理】第2節(jié)核能【課堂練習(xí)】1．下列關(guān)于核能的說法正確的是（）A.物質(zhì)是由原子構(gòu)成的，原子中有原子核，所以利用任何物質(zhì)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的原理制成的D.自然界只有在人為的條件下才能發(fā)生聚變2．關(guān)于核電站，下列說法正確的是（）A.核電站所使用的核燃料是煤和石油B.核電站核反應(yīng)堆中發(fā)生的是可以控制的核裂變C.核電站發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化過程：核能→內(nèi)能→電能→機(jī)械能D.核電站產(chǎn)生的核廢料可以作為生活垃圾來處理3．如圖是我國(guó)目前能源使用比例圖．其中核能是我國(guó)正在大力開發(fā)和利用的一種有前途的能源，下列說法正確的是（）A．核電站利用核能發(fā)電，將核能轉(zhuǎn)化為電能B．現(xiàn)在的核電站是利用聚變反應(yīng)來產(chǎn)生電能C．核能是我國(guó)目前消耗的主要能源D．核電站產(chǎn)生的核廢料對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染4．2011年3月11日，日本東北部海域發(fā)生的海底大地震導(dǎo)致福島第一核電站二號(hào)機(jī)組受損，引發(fā)了較為嚴(yán)重的核泄漏，核電安全再次成為各國(guó)高度關(guān)注的問題。關(guān)于核能開發(fā)的說法中，你認(rèn)為正確的是（） A.停止開發(fā)核能，因?yàn)殚_發(fā)核能會(huì)帶來可怕的核泄漏，弊遠(yuǎn)大于利B.核能是一種穩(wěn)定、高效、清潔的可再生能源，是其他新能源不可能替代的C.福島第一核電站開發(fā)核能是利用可控核裂變過程中釋放的核能D.核能開發(fā)是絕對(duì)安全的，即使有核泄漏也是清潔、無污染的5．2021年1月30日，全球第一臺(tái)“華龍一號(hào)"核電機(jī)組——中核集團(tuán)福建福清核電5號(hào)機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行。下列說法正確的是（）A．核燃料發(fā)電后產(chǎn)生的廢棄物可以按照一般垃圾處理B．核電站中的能量轉(zhuǎn)化是將核能最終轉(zhuǎn)化為電能C．核電站是利用核聚變釋放能量來發(fā)電D．通過改進(jìn)科學(xué)技術(shù)，可以讓核電站的能源轉(zhuǎn)化的效率達(dá)100%6.圖是核能發(fā)電原理圖，下列說法正確的是（）A．核能是可再生能源 B．核反應(yīng)堆將核能轉(zhuǎn)化為電能C．汽輪機(jī)將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能D．發(fā)電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能7．如圖所示，中國(guó)“人造太陽”——大型核實(shí)驗(yàn)裝置“東方超環(huán)”（EAST）取得重大突破，創(chuàng)造世界新紀(jì)錄，在上億度的高溫狀態(tài)下，物質(zhì)呈現(xiàn)等離子態(tài)，它們可以被磁場(chǎng)約束?！皷|方超環(huán)”的反應(yīng)原理與太陽類似，通過______（填“裂變”或“聚變