2022-2023年度 名師 《核能》備課素材

PAGE11第二十二章能源與可持續(xù)發(fā)展第2節(jié)核能

方式一【問題導(dǎo)入】師：同學(xué)們，你們知道廣島嗎1945年8月6日，美國向日本廣島投下第一顆原子彈，該城大部分被摧毀。據(jù)日本有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，因廣島原子彈轟炸而死去的人已達(dá)22萬多。

過渡語：你知道為什么原子彈的威力這么大嗎你想知道它的原理嗎學(xué)習(xí)了本節(jié)知識后你就會明白了。方式二【情景導(dǎo)入】師：為了打破核壟斷，抵制核訛詐，我國科技工作者自力更生、發(fā)奮圖強(qiáng)，從1961年起自己進(jìn)行核武器的研制，在黨中央的親切關(guān)懷下，全國一盤棋，用了短短4年時間就完成了研制工作，并于1964年10月16日成功地爆炸了第一顆原子彈。多媒體播放視頻：我國第一顆原子彈爆炸的實(shí)況。多媒體播放視頻：我國第一顆氫彈試爆實(shí)況。師：這是我國第一顆原子彈爆炸的實(shí)況，其威力超過了第二次世界大戰(zhàn)期間美國在日本廣島上空爆炸的原子彈。緊接著于1967年6月17日我國又成功地爆炸了第一顆氫彈，完成了其他國家要十幾年或幾十年才能完成的工作。過渡語：我們都知道原子彈和氫彈都屬于核武器，它們威力巨大，它們是怎樣利用核能的呢學(xué)習(xí)本節(jié)知識后我們就可以解答這些問題。

1核能及其利用（1）核裂變：重原子核分裂成較輕的原子核，叫做裂變。用中子轟擊鈾235原子核，鈾核分裂時釋放出核能，同時還會產(chǎn)生幾個新的中子，這些中子又會轟擊其他鈾核……于是就導(dǎo)致一系列鈾核持續(xù)裂變，并釋放出大量核能，這就是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，如圖22-2-1所示。

2）核聚變：輕原子核結(jié)合成較重的原子核，叫做聚變。（3）核能：原子核發(fā)生裂變和聚變都會釋放巨大的能量，這就是核能。

（4）核反應(yīng)堆能夠控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度，使其緩慢、平穩(wěn)地釋放核能。利用核反應(yīng)堆工作時釋放的能量使水汽化，推動蒸汽輪機(jī)發(fā)電，這就是核電站發(fā)電原理。核電站是和平利用核能的典范。對裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不加控制，在極短的時間內(nèi)就會釋放出巨大的核能，發(fā)生猛烈爆炸，原子彈就是根據(jù)這個原理制成的。（5）聚變反應(yīng)要求一開始就要有很高的溫度，因此聚變反應(yīng)又叫熱核反應(yīng)。氫彈就是根據(jù)輕核聚變的原理制成的，氫彈是一種比原子彈威力更為巨大的核武器。到目前為止人類還不能控制核聚變緩慢地釋放能量。［溫馨提示］（1）現(xiàn)在的核電站都是利用核裂變的可控鏈?zhǔn)椒磻?yīng)來發(fā)電的，核電站發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化過程是：核能→水和蒸汽的內(nèi)能→發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械能→電能（2）核能發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省了大量常規(guī)能源，而且用料省，運(yùn)輸方便；核能發(fā)電不產(chǎn)生煤燃燒放出的大量硫化物、碳?xì)浠衔?、煙塵等污染物，不會對大氣形成污染。2裂變與聚變講解素材在講解“裂變”與“聚變”內(nèi)容時，可分別適時插播我國第一顆原子彈和氫彈爆炸的視頻片段。（見所附視頻文件）

［中考解讀］本節(jié)內(nèi)容中，核能及其利用是中考的熱點(diǎn)，如鏈?zhǔn)椒磻?yīng)、裂變與聚變等，原子核結(jié)構(gòu)則是中考的?？键c(diǎn)，中考中多以選擇題、填空題的形式進(jìn)行考查。［考點(diǎn)對接］裂變和聚變

例1［蕪湖中考］關(guān)于核能的獲得，下列說法中正確的是（）A核反應(yīng)堆是原子核裂變時，在極短時間內(nèi)釋放出大量核能的裝置B氫彈是利用核裂變的原理制成的C核電站是使核能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能再通過汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能的裝置D目前，在核電站的反應(yīng)堆中發(fā)生的是可控制的核聚變［答案］C例2［東營中考］核電站發(fā)電流程如圖22-2-3所示，在核電站的發(fā)電過程中，下列所述能量轉(zhuǎn)化順序正確的是（）

A核能→化學(xué)能→內(nèi)能→電能B核能→化學(xué)能→機(jī)械能→電能C核能→內(nèi)能→機(jī)械能→電能D核能→機(jī)械能→內(nèi)能→電能

［答案］C

材料一——核聚變和核裂變有什么區(qū)別裂，即分裂，是一個變多個；而聚，即聚集，是多個變一個。對于核裂變和核聚變，其本質(zhì)是一樣的，都是在轉(zhuǎn)換的過程中損失了質(zhì)量，變成了能量。對于當(dāng)前的應(yīng)用來講，核聚變一般是指氘和氚聚變成氦的過程，核裂變有釷鈾233、鈾235、钚239等的裂變。從控制的角度來講，二者的區(qū)別是，裂變?nèi)菀卓刂坪鸵l(fā)，只需控制中子流的密度，而聚變不容易控制,需要上億度的高溫，但聚變卻是宇宙中最常見的核反應(yīng)。從環(huán)境的角度來講，二者的區(qū)別是，裂變更加污染環(huán)境，而聚變相比就要好很多。無論是從控制還是從環(huán)境的角度來區(qū)分，都不能說明這兩類反應(yīng)的本質(zhì)區(qū)別，而只是不同原料和方式的區(qū)別。我們將來也有可能會發(fā)現(xiàn)更容易控制的聚變方式和原料或裂變方式和原料，而且沒有污染，比如說正反物質(zhì)的湮滅。核裂變是一個原子核分裂成幾個原子核的變化。只有一些質(zhì)量非常大的原子核，像釷90釷232、鈾92鈾238等才能發(fā)生核裂變。這些原子的原子核在吸收一個中子以后會分裂成兩個或更多個質(zhì)量較小的原子核，同時放出兩個到三個中子和很大的能量，又能使別的原子核接著發(fā)生核裂變……使裂變過程持續(xù)進(jìn)行下去，這種過程稱做鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。原子核在發(fā)生核裂變時，釋放出巨大的能量稱為原子核能，俗稱原子能。1g鈾235完全發(fā)生核裂變后放出的能量相當(dāng)于燃燒煤所產(chǎn)生的能量。核聚變的過程與核裂變相反，是幾個原子核聚合成一個原子核的過程。只有較輕的原子核才能發(fā)生核聚變，比如氫的同位素氘、氚等。核聚變也會放出巨大的能量，而且比核裂變放出的能量更大。太陽內(nèi)部連續(xù)進(jìn)行著氫聚變成氦2和氦4的過程，太陽的光和熱就是由核聚變產(chǎn)生的。比原子彈威力更大的核武器氫彈，就是利用核聚變來發(fā)揮作用的。材料二——?dú)鋸?/p>

氫彈的殺傷力巨大，不僅爆炸時會產(chǎn)生巨大的熱量，而且還會釋放出各種射線。三相彈是目前裝備得最多的一種氫彈，它的特點(diǎn)是威力和比威力都比較大。在其三相彈的總威力中，裂變當(dāng)量所占的份額相當(dāng)高。一枚威力為幾百萬噸TNT當(dāng)量的三相彈，裂變份額一般在50%左右，放射性沾染較嚴(yán)重，所以有時也稱之為“臟彈”。氫彈的運(yùn)載工具一般是導(dǎo)彈或飛機(jī)。為使武器系統(tǒng)具有良好的作戰(zhàn)性能，要求氫彈自身的體積小、重量輕、威力大。因此，比威力的大小是氫彈技術(shù)水平高低的重要性志。當(dāng)基本結(jié)構(gòu)相同時，氫彈的比威力隨其重量的增加而增加。二十世紀(jì)六十年代中期，大型氫彈的比威力已達(dá)到了很高的水平。小型氫彈則經(jīng)過了六十年代和七十年代的發(fā)展，比威力也有較大幅度的提高。

第1、2節(jié)1．碳是廢氣的一個重要指標(biāo)，碳的耗用量被稱為“碳足跡”，一般情況下，排放的二氧化碳越多，碳足跡就越大．碳足跡的計(jì)算包括一切用于電力、建設(shè)、運(yùn)輸?shù)确矫娴哪茉匆约拔覀兯褂玫南钠罚韵伦龇梢詼p小“碳足跡”的是（）大量使用煤、石油等燃料以私家車出行代替公共交通工具2．我國南海海底蘊(yùn)藏著大量的“可燃冰”，它是天然氣和水在低溫高壓下形成的固態(tài)物質(zhì)，因外形晶瑩剔透，酷似冰塊卻能燃燒而得名，是一種燃燒值高、清潔無污染的新型能源．下列說法正確的是（）

A．可燃冰是可再生能源B．可燃冰的能量來自億年前的太陽能C．可燃冰是核聚變反應(yīng)生成的D．可燃冰燃燒時核能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能3．“研究能源利用，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展”已成為21世紀(jì)世界各國共同的任務(wù)．能源按不同的分類方式可進(jìn)行不同分類，下列四組能源中，能歸入如圖所示陰影部分的一組是（）

A．煤炭、地?zé)崮?、沼氣B．太陽能、風(fēng)能、海洋能C．水能、木柴、天然氣D．石油、海洋能、核能【新聞再播】2022年3月11日，日本當(dāng)?shù)貢r間14時46分，日本東北部海域發(fā)生里氏級地震并引發(fā)海嘯，造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失．地震震中位于宮城縣以東太平洋海域，震源深度20m，東京有強(qiáng)烈震感．地震引發(fā)的海嘯影響到太平洋沿岸的大部分地區(qū)．4月1日，日本內(nèi)閣會議決定將此次地震稱為“東日本大地震”．受東日本大地震影響，福島第一核電站損毀極為嚴(yán)重，1～4號機(jī)組發(fā)生核泄漏事故，大量放射性物質(zhì)泄漏到外部，日本內(nèi)閣官房長官枝野幸男宣布第一核電站的1～6號機(jī)組將全部永久廢棄．聯(lián)合國核監(jiān)督機(jī)構(gòu)、國際原子能機(jī)構(gòu)IAEA干事長天野之彌表示日本福島核電站的情勢發(fā)展“非常嚴(yán)重”．法國法核安全局先前已將日本福島核泄漏列為六級，2022年4月12日，日本原子能安全保安院根據(jù)國際核事件分級表將福島核事故定為最高級7級．

【拓展創(chuàng)新】（1）核電站是利用能來發(fā)電的，目前核電站利用的核反應(yīng)是（選填“裂變”或“聚變”）．（2）福島核事故達(dá)到了七級，請你說出兩點(diǎn)核輻射造成的危害：①；②．

第1、2節(jié)1．A解析：大量使用煤、石油等燃料，將生活垃圾進(jìn)行焚燒處理，以私家車出行代替公共交通工具都產(chǎn)生大量的碳，減少一次性筷子的使用可以減少木材的砍伐，也就可以減少“碳足跡”．2．B解析：“可燃冰”屬于一次能源，還屬于不可再生能源，故A錯誤；人們常說，太陽是人類的“能源之母”，地球上很多能量都來自于太陽能，B正確；可燃冰的學(xué)名為“天然氣水合物”，是天然氣在0℃和30個大氣壓的作用下結(jié)晶而成的“冰塊”，故C錯誤