3.7核能（講義）（解析版）

浙教版九年級上冊第三章第七節(jié)核能【知識點分析】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(jīng).（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(xiàn)象。例如，用中子轟擊鈾-235原子核，可以使鈾核裂變變?yōu)楹ず撕弯^核，同時向外釋放能量，并產(chǎn)生2-3個新的中子。如果產(chǎn)生的中子繼續(xù)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(fā)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(chǎn)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(xiàn)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(fā)生，就不再需要外界給它能量，依靠自身產(chǎn)生的熱就會使核反應繼續(xù)下去。氫彈就是根據(jù)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(xù)而緩慢地進行，核能有控制地平穩(wěn)釋放，這樣的核能就可以為人類和平建設服務?？煽刂频剡M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(fā)電機發(fā)電的。（2）太陽：太陽巨大能量就是內部核聚變產(chǎn)生的。在太陽的內部，氫原子核在超高溫下發(fā)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(xiàn)在人類還不能和平利用核聚變的能量。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(fā)現(xiàn)鈾、釷、鐳等元素能夠自發(fā)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(fā)現(xiàn)，許多天然存在的元素也具有放射性。2.原子的裂變也會產(chǎn)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(xiàn)象在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療領域都有廣泛應用。工業(yè)上利用放射性來測量物體厚度。農(nóng)業(yè)上利用放射性照射種子，使種子變異，培育新的優(yōu)良品種；利用放射性還可以殺菌。醫(yī)療上利用γ射線治療癌癥?！纠}分析】【例1】電影《厲害了，我的國》在全國各大影院火爆上映。特別是作為大國工程“一帶一路”國家名片的“華龍一號”核電機組（如圖），代表創(chuàng)新成果的人造太陽，在影片中亮相，再次彰顯了大國實力。下列關于“華龍一號”核電中核能說法正確的是（）A．核能直接轉化為電能B．該原理與太陽釋放能量的原理相同C．利用核裂變原理D．核能是原子內部的化學反應釋放出來的能量【答案】C【解析】A核反應堆是一個能維持和控制核裂變鏈式反應，從而實現(xiàn)核能轉換為熱能的裝置，故A錯誤。A.B選項，核電站發(fā)電是利用核裂變原理，太陽釋放能量是核聚變原理，故B錯誤，C正確。D核能是原子核分裂或聚合時，釋放出的能量，故D錯誤?！纠?】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(fā)電的能量轉化形式是核能→內能→機械能→電能B．核電站的發(fā)電原理與太陽的熱核反應相同C．核反應產(chǎn)生的輻射都是有害的D．核反應都是可以控制的【答案】A【解析】A．核電站發(fā)電的能量轉化形式是核能→內能→機械能→電能，故A正確；B．核電站的發(fā)電原理是核裂變，太陽的熱核反應是核聚變，故B錯誤；C．核反應產(chǎn)生的輻射的輻射量達到一定的程度才是有害的，故C錯誤；D．核裂變是可控的，核聚變是不可控的，故D錯誤?！纠?】電影《流浪地球》開啟了中國科幻電影元年，影片中涉及到許多我們學過的科學知識，以下觀點正確（

）A．在太陽內部，發(fā)生核裂變產(chǎn)生光和熱B．地球發(fā)動機噴射的燃氣推動地球前進，說明物體間力的作用是相互的C．關閉地球發(fā)動機后地球仍能向前運動，這是由于受到慣性的作用D．開啟地球發(fā)動機使地球加速前進的過程中機械能守恒【答案】B【解析】A、在太陽內部發(fā)生的是核聚變產(chǎn)生光和熱，而核裂變是原子彈的原理，故A錯誤；B、地球發(fā)動機向后噴射的燃氣，燃氣推動地球前進，這說明物體間的力的作用是相互的，所以B正確；C、關閉地球發(fā)動機后地球仍能向前移運動，這是由于地球具有慣性，慣性不是力，所以不能說受到慣性的作用，故C錯誤；D、地球發(fā)動機使地球加速前進，地球的速度不斷增加，而質量減少較少可忽略不計，所以說機械能在不斷的增加，故D錯。【例4】2020年9月2日，經(jīng)國家批準，正式同意建設溫州蒼南核電站。核電站就是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(fā)電機發(fā)電的。在核電站的發(fā)電過程中，能量轉化順序正確的是()A．核能→內能→機械能→電能 B．化學能→內能→機械能→電能C．核能→內能→電能→機械能 D．核能→化學能→機械能→電能【答案】A【解析】核能發(fā)電是利用鈾原子核裂變時放出的核能來加熱水，用產(chǎn)生的高溫、高壓蒸汽作為動力，推動蒸汽渦輪機轉動，從而帶動發(fā)電機發(fā)電的，故A符合題意。【例5】電影《厲害了，我的國》自3月2日在全國上映來燃爆各大影院。特別是作為大國工程和“一帶一路”國家名片的“華龍一號”核電機組（如圖），代表創(chuàng)新成果的人造太陽在影片中亮相，再次彰顯了大國實力很是搶鏡！目前關于核電站說法正確的是（）A．利用核聚變原理B．利用核裂變原理C．核能直接轉化為電能D．核能是原子內部的化學反應釋放出來的能量【答案】B【解析】AB.核電站發(fā)電是利用核裂變原理，因此A不合題意.B符合題意。C.核反應堆是一個能維持和控制核裂變鏈式反應，從而實現(xiàn)核能?熱能轉換的裝置。因此C不合題意。D.核能是原子內部發(fā)生核物理反應釋放出來的能量，故D錯誤。【例6】利用核能發(fā)電(如圖)是人們和平利用核能的一個重要方向，下列有關核電站的敘述正確的是(

)A．核反應堆利用核聚變原理來工作的B．發(fā)電機工作時電能轉化為化學能C．能量轉化順序是:核能→內能→機械能→電能D．核反應過程屬于化學變化【答案】C【解析】A．現(xiàn)在世界上的核電站都是利用核裂變發(fā)電的，故A錯誤；B．由圖知道，發(fā)電機工作時機械能轉化為電能，故B錯誤；C．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；水蒸氣推動氣輪機轉動，把內能又轉化為機械能；氣輪機再帶動發(fā)電機發(fā)電，得到電能；故能量轉化的順序正確的是核能→內能→機械能→電能，故C正確；D．化學變化的前提是原子核不發(fā)生變化，核反應有新物質生成，原子核發(fā)生了變化，故D錯誤。【例7】關于核電站，下列說法中不正確的是（）A．核電站的核心是核反應堆，它可以將核能轉化為內能B．核電站是利用核聚變產(chǎn)生的能量來發(fā)電的C．反應堆中的反應是可控的，核電是清潔的、高效的D．核電站中用到的蒸汽輪機屬于熱機【答案】B【解析】A．核電站中將核能先轉化為介質（如水）的內能，再推動發(fā)電機的轉子轉動，轉化為機械能，并在發(fā)電機中最終轉化為電能；故A項正確；A項不符合題意；BC．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；由于核電站不排放煙塵、CO2、SO2等有害氣體，而且鏈式反應中可以釋放巨大的能力，因此核電又被認為是清潔的、高效的；故B項錯誤、B項符合題意；C項正確；C項不符合題意；D．熱機包括汽油機、柴油機、蒸汽輪機等；故D項正確；D項不符合題意；【例8】（2021·臺州期末）盡管日本福島核電站發(fā)生了嚴重的核泄漏事故，但人們不會因此停下和平利用核能發(fā)電為人類造福的腳步。關于現(xiàn)已建成的核電站，下列說法正確的是（?）A．核電站發(fā)電是利用核裂變原理B．核電站發(fā)電是利用可控熱核反應C．核反應堆的鏈式反應速度是不可控的D．核反應堆工作時直接將核能轉化為電能【答案】A【解析】A．核電站發(fā)電是利用核裂變原理，故A正確；B．現(xiàn)已建成的核電站的能量，是利用重核的裂變反應，不是熱核聚變反應，故B錯誤；C．核反應堆的鏈式反應速度是可控的，故C錯誤；D．核反應堆是一個能維持和控制核裂變鏈式反應，從而實現(xiàn)核能—熱能轉換的裝置，故D錯誤?！纠?】下列關于核能的說法錯誤的是（）A．核電站是利用核能來發(fā)電的B．核反應堆中發(fā)生的是鏈式反應C．核電站發(fā)生泄漏時會對人和生物造成傷害D．核廢料不會對環(huán)境造成污染【答案】D【解析】A．核電站是利用鈾原子核裂變時放出的核能來發(fā)電的，故A不符合題意；B．核電站主要利用可控鏈式反應來發(fā)電的，故B不符合題意；C．核電站發(fā)生泄漏時產(chǎn)生的核輻射會對人和生物造成傷害，故C不符合題意；D．核廢料有放射性，會對環(huán)境造成污染，故D符合題意?！纠?0】2016年1月6日，朝鮮官方宣布首次氫彈試驗成功。很多國家和組織對朝鮮這一威脅國際和平與地區(qū)安全的行為進行了強烈譴責。下列關于原子彈、氫彈等的說法正確的是A．核反應堆中發(fā)生的鏈式反應是不可控制的B．核能只能用來制造原子彈和氫彈，目前尚不能和平利用C．氫彈爆炸是利用核裂變、原子彈爆炸是利用核聚變釋放出巨大的能量D．核泄漏對人和其他生物傷害極大，用混凝土封存核反應堆是防止核泄漏的方法之一【答案】D【解析】A．核電站的核反應堆發(fā)生的鏈式反應是可以控制的，故A錯誤；B．核能的和平利用必須對核反應可以主動控制，故B錯誤;C．氫彈是核聚變原理，原子彈是利用核裂變原理釋放出巨大的能量，故C錯誤；D．為了防止核泄漏給人們帶來傷害，用混凝土封存反應堆是一種防止核泄漏的有效辦法，【例11】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【答案】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；【例12】下列關于核能說法正確的是（）A．核反應堆中發(fā)生的鏈式反應是不可控制的B．核電站產(chǎn)生的核廢料仍具有放射性，一般深埋在人煙稀少的地方C．核反應堆可將核能直接轉化成電能D．我國已建成可控核聚變反應堆【答案】B【解析】A．核反應堆中發(fā)生的鏈式反應是可控制的，故A錯誤；B．核電站產(chǎn)生的核廢料仍具有放射性，為了防止核輻射，一般深埋在人煙稀少的地方，故B正確；C．核能發(fā)電的能量傳遞和轉化過程是：核能→水和蒸汽的內能→發(fā)電機轉子的機械能→電能，故C錯誤；D．我國已建成可控核裂變反應堆，即核電站．不是可控核聚變反應堆，故D錯誤?！纠?3】伊朗核問題一直是美國等西方國家極為關注的問題，2011年9月12日伊朗首座電站布什爾核電站在經(jīng)歷30多年的努力終于落成發(fā)電。這引起了全世界的關注，以下關于核能發(fā)電的說法中不正確的是（）A．核廢料具有放射性B．核能發(fā)電會產(chǎn)生大量的二氧化碳C．核電的最大優(yōu)點之一是功率大D．核反應堆中發(fā)生的鏈式反應是可控的【答案】B【解析】A．核電站發(fā)生的是重核裂變，產(chǎn)生的核廢料具有放射性，故A正確，不符合題意；B．核能發(fā)電不會產(chǎn)生大量的二氧化碳，是一種比較清潔的能源，故B不正確，符合題意；C．核裂變時會釋放出巨大的能量，用料少、產(chǎn)能多是核電的最大優(yōu)勢，故C正確，不符合題意；D．核反應堆中發(fā)生的鏈式反應是可控的，符合客觀事實，故D正確，不符合題意。【例14】（2021·杭州期末）下列有關核能利用的敘述中，正確的是(

)A．氫彈是根據(jù)裂變的原理制成的，原子彈是根據(jù)聚變的原理制成的B．氫彈和原子彈爆炸時能量的轉移和轉化是有方向性的C．目前核電站的反應堆中發(fā)生的是可控制的核聚變D．核電站中的能量轉化順序是：核能→化學能→內能→電能【答案】B【解析】A．氫彈是核聚變原理，原子彈是重核裂變，故A錯誤；B．能量的轉移和轉化都是有方向性的，氫彈和原子彈爆炸時能量的轉移和轉化也是如此，故B正確；C．目前核電站反應堆發(fā)生的是可控制的核裂變，故C錯誤；D．核電站能量轉化順序：核能-內能-機械能-電能，故D錯誤?！纠?5】（2022·湖州期末）2021年12月3日，中國南方首個核能供熱項目在浙江海鹽正式投運。下列相關說法錯誤的是（）A．核電站利用核裂變釋放的核能B．核反應堆將核能轉化為內能C．核反應堆中鏈式反應是可以控制的D．核電站產(chǎn)生的核廢料對環(huán)境沒有污染【答案】D【解析】AC．核反應堆是通過可控裂變（鏈式反應）釋放能量的，所以核能發(fā)電是利用鈾原子核裂變時放出的核能來發(fā)電的，故AC正確，不符合題意；B．核電站發(fā)電過程：核能先轉化為水的內能，水受熱以后溫度上升會產(chǎn)生大量的水蒸氣，水蒸氣會推動蒸汽輪機轉動，將內能轉化為機械能，蒸汽輪機又帶動發(fā)電機轉動，最后發(fā)電機將機械能轉化為電能，故B正確，不符合題意。D．核廢料是對環(huán)境污染很嚴重的，故D錯誤，符合題意?！纠?6】聚變核能是一種全新的能源形式，由我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上率先通過權威機構認證，下圖為熱核聚變的模式圖：（1）核聚變的原料主要是氘和氖，由圖可知氘或氚的質子數(shù)為________。（2）核聚變跟其它的能源比較優(yōu)點是_____?！敬鸢浮?/p>

1

安全、清潔、穩(wěn)定【解析】(1)核內質子帶正電，由圖示知道，氘原子和氚原子的核內質子數(shù)相同，都是1；(2)核聚變跟其它的能源比較具有的基本優(yōu)點是：安全、清潔、穩(wěn)定。【例17】秦山核電基地是中國核電機組數(shù)量最多、堆型最豐富、裝機最大的核電基地。如圖所示是該核電站的基本組成圖，核反應堆是將核能轉化為內能的裝置，它獲得核能的途徑是______,而發(fā)電機則是將____能轉化為電能的裝置。

第17題圖【答案】

重核裂變

機械能【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;目前核電站是利用核裂變獲得能量的.核能發(fā)電的能量傳遞和轉化過程是:核能水和蒸汽的內能發(fā)電機轉子的機械能電能;發(fā)電機則是將機械能轉化為電能的裝置?！纠?8】如圖所示，為了形象的描述核能的獲得，兩位同學分別畫了一張利用核能途徑的原理圖；圖乙表示的是_____。核能發(fā)電是通過核能→_____→機械能→電能的轉化途徑為人類服務。核電站一般建在海邊，方便用水來給高溫的核反應堆降溫，這是用_____的方法來改變內能的?！敬鸢浮?/p>

聚變

內能

熱傳遞【解析】在圖乙中，質量較小的原子結合成質量較大的原子，因此表示的是聚變。核能發(fā)電是利用核能來加熱水，用水產(chǎn)生的高溫、高壓蒸汽作為動力，推動蒸汽輪機轉動，從而帶動發(fā)電機發(fā)電的，核能發(fā)電能量轉化過程：核能→內能→機械能→電能的轉化途徑為人類服務。核電站一般建在海邊，方便用水來給高溫的核反應堆降溫，通過熱傳遞的方法來改變內能的?！纠?9】三門核電站是浙江省第二座核站，裝機總功率為750萬千瓦。該核電站獲取核能的途徑如圖_____（選填“甲”或“乙”）所示，反應堆中發(fā)生的能量轉化為_____。該核電站的年發(fā)電量為_____千瓦時（一年以360天計）【答案】

乙

核能轉化為內能

6.48×1010【解析】三門核電站是浙江省第二座核站，裝機總功率為750萬千瓦，該核電站獲取核能的途徑為核裂變，如圖乙所示。反應堆中發(fā)生的能量轉化為：核能轉化為內能。該核電站的年發(fā)電量【例20】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(xiàn)持續(xù)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(fā)電機組，這臺發(fā)電機組在短時運行功率達3x105千瓦，則該發(fā)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(xiàn)在已經(jīng)進行了半個世紀，下列觀點支持繼續(xù)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(tǒng)能源危機問題D．“人造太陽”產(chǎn)生的核輻射小，核廢料少，基本不污染環(huán)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(xiàn)持續(xù)供電。【答案】

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(xù)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(xù)進行這項研究；C．“人造太陽”一旦投入使用，可以緩解傳統(tǒng)能源危機問題，故觀點支持繼續(xù)進行這項研究；D．人造小太陽是利用核聚變反應產(chǎn)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(huán)境污染小，同時原材料也極易找到，故觀點支持繼續(xù)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(fā)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(chǎn)生的能量還要大得多，而產(chǎn)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(xiàn)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(xù)進行這項研究?！纠?1】2020年4月2日，中科院的“人造太陽”實現(xiàn)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(xiàn)在已經(jīng)進行了半個多世紀。下列觀點中，屬于支持繼續(xù)進行這項研究的是：_____（可多