3.7 核能（同步课件）-【上好课】2024-2025学年九年级科学上册同步精品课堂（浙教版）

3.7 核能 浙教版九年级科学上册 第三章 能量的转化与守恒 人类所利用的能源绝大多数是由核能转化而来的，因为从太阳射向地球的电磁能就是由太阳内部进行着的核聚变反应而产生的。那么，核能是怎样产生的?人类是如何有效地控制和利用核能的? 一、核能 原子由原子核和核外电子构成，而原子核又由质子和中子构成，质子带正电荷,中子不带电,如图所示。对于原子来说,质子和中子几乎集中了原子的全部质量,却挤在处于原子中心非常小的空间内,构成很小的原子核,这使得原子核分裂或重新组合极其困难,但一旦使原子核分裂或聚合，就可释放出惊人的能量。 二、裂变 (2)裂变 ①含义:裂变是质量较大的原子核在中子轰击下分裂成2个新原子核,并释放出巨大能量的现象。如中子轰击铀235,铀核就会分裂成2个新核,并释放出能量,同时产生几个新的中子,1千克铀全部裂变,释放的能量超过 2 000吨煤完全燃烧释放的能量。 二、裂变 ②链式反应:每个铀核裂变时会产生几个中子,这些中子又会继续轰击其他铀核,使其他铀核裂变并产生更多的中子,这样就会导致一系列铀核持续裂变,产生链式反应,如图3-7-2所示。快速的裂变反应可以引起猛烈的爆炸,原子弹就是利用快速裂变制成的,我们还可以控制链式反应的速度，把核能用于和平建设事业。“核反应堆”就是控制裂变反应的装置。 二、裂变 ③应用:原子弹、核电站都是根据核裂变的原理制成的。原子弹属于不加控制的链式反应;核电站属于可控制的链式反应。 三、聚变 ①含义:2个质量较小的原子核结合成质量较大的新原子核，同时释放出能量的现象。由于聚变需要极高的温度,所以聚变也叫热核反应。如图 3-7-3所示,氘核(1个质子和1个中子)和氚核(1个质子和2个中子)在超高温下聚合成新的原子核一氦核,并释放出1个中子,同时会向外放出巨大的能量。 三、聚变 ②释放能量情况:质量相同的核材料,聚变反应释放的核能比裂变反应释放的核能要多得多。 ③应用:氢弹是根据聚变的原理制造的,它的威力比原子弹大得多。太阳的内部在不停地发生这种核聚变,从而向外释放出巨大的能量。 例关于核能,下列说法正确的是( ) A.物质是由原子构成的,原子中有原子核,所以利用任何物质都能得到核能 B.到目前为止,人类获得核能有两种途径,即重核裂变和轻核聚变 C.原子弹和氢弹都是利用原子核裂变的原理制成的 D.自然界只有在人为的条件下才会发生聚变 【答案】B 【解析】各种物质的原子中都有原子核,在通常情况下并不能释放能量，只有当原子核发生改变一裂变或聚变时才伴随巨大的能量释放,A选项错误,B选项正确。原子弹是利用裂变的链式反应能在极短时间内释放出巨大能量的原理制成的,而氢弹则是利用轻核的聚变制成的，C选项错误。自然界除了人为的聚变反应外,太阳和许多恒星内部都进行着大规模的聚变反应,并以光和热的形式将核能辐射出来,D选项错误。 四、核能的和平利用--核电站 利用核能发电是人们和平利用核能的一个重要方向。利用核能发电的电站叫核电站。(1)核电站的原理 ①核反应堆:可控制地进行核反应的装置,称为核反应堆。核反应堆是核电站的核心部分,它以铀为核燃料。 ②核电站的原理:利用核反应堆提供的能量,使水变成蒸汽,再利用高温高压的蒸汽推动汽轮发电机发电。 工作过程： 如图甲所示。反应堆中放出的核能转化为高温蒸汽的内能,通过汽轮机带动发电机发电，内能转化为机械能，再转化为电能。核电站的工作过程:第一回路中的水或其他液体被泵压入反应堆,在那里加热,然后进入热交换器,把热量传给第二回路的水,以后又被泵压回到反应堆里。在热交换器内,第二回路的水经加热生成高温高压蒸汽,送入汽轮机驱动汽轮机做功后温度和压强都降低,进入冷凝器,最后又由水泵把它压回热交换器。高速旋转的汽轮机带动发电机发电。 ③核电站的能量转化为(如图乙所示):核能→内能→机械能→电能。 例2.核电站是利用铀核在___(选填“裂变”或“聚变”时释放的能量来发电,在核反应堆中,发生的链式反应是_____(选填“可控”或“不可控”)的。 【答案】裂变；可控 【解析】原子核裂变、聚变都能释放出惊人的能量,目前核裂变是可控的,核聚变还不能控制能量的释放,故核电站中的核反应堆就是通过核裂变过程中释放核能带动发电机发电的,发生的链式反应是可控的。 (3)太阳能 ①在太阳内部,氢原子核在超高温下发生核聚变。 ②太阳的巨大能量是内部核聚变产生的。 ③大部分太阳能以热和光的形式向四周辐射出去。 五、放射性 (1)放射性把元素具有的能够自发地放出穿透能力很强的射线的能力叫做放射性。原子核的裂变和聚变都会产生一些放射性物质,这些物质的原子核内部会向外辐射出肉眼看不见的、能量很高的射线,如a射线、β射线和γ射线。 (2)三种主要的放射线 (3)放射性的利与弊 ①利:少量的放射线可以为人类服务,如y射线可以对机械设备进行探伤;可以使种子变异,培育出新的优良品种;利用放射线可以杀菌。医疗上利用y射线可以治疗肿瘤等疾病。 ②弊;过量的高能量的放射线会对人畜的组织有破坏作用。 例3.核能的开发和利用给人类解决能源危机带来了希望,但同时也可能带来严重的环境污染。1986年切尔诺贝利核电站和2011年日本福岛核电站都发生了严重的核泄漏。则关于核辐射及核能的利用,以下说法中正确的是( ) A.放射性元素放出的射线有a射线、β射线和γ射线 B.a射线是高速运动的电子流，β射线是带正电的氮原子核流，y射线是穿透能力很强的电磁波 C.人体接受少量的射线照射、强剂量或长时间的辐射,对人体都是有害的 D.核反应堆是一种能够控制的链式反应装置,地震等自然灾害不会对它造成影响 【答案】A 18 如图所示为氢核聚变简图，请据图判断下列说法正确的是 (　　) A．图中b核和c核内的质子数不同 B．氢核聚变过程中元素种类不会改变 C．图中a和b分别代表不同种元素的原子核 D．原子弹主要是利用了核聚变释放出来的能量 课堂小练习 【答案】A 【解析】质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素互称为同位素。 在原子中，质子数=电子数=原子序数=核电荷数； A.图中b核和c核内的质子数不同，正确，白色是是质子数，灰色的是中子数； B. 氢核聚变过程中元素种类会发生改变，变成了氦原子，B错误； C. 图中a和b分别代表同种元素的原子核，因为他们的质子数相同，C错误； D. 原子弹主要是利用了核裂变释放出来的能量，D错误； 故答案为：A 如图表示用中子轰击铀—235 原子核产生氪核和钡核的模型。下列叙述正确的是（　　） A．该模型表示的是核聚变 B．该反应产生的中子可继续轰击其他铀核形成链式反应 C．该反应不会产生放射性物质 D．该反应释放能量过于庞大人类目前无法控制 【答案】B 【解析】【分析】根据对核裂变的认识判断。A.该模型中，一个大核受到撞击后变成两个小核，则表示的是核裂变，故A错误； B.该反应产生的中子可继续轰击其他铀核形成链式反应，故B正确； C.过程中产生的氪原子具有放射性，故C错误； D.可以通过核裂变来发电，例如核电站是利用核裂变发电，故D错误。 故选B。 课堂小练习 发展核能是解决能源危机的主要出路之一。下图是核电站工作流程图，关于流程中各装置的能量转化，正确的是（　　） A．核反应堆：核能转化为机械能 B．蒸汽轮机：机械能转化为内能 C．发电机：电能转化为机械能 D．应用：电能转化为化学能 课堂小练习 【答案】D 【解析】根据核电站的能量转化过程分析判断。 A.核反应堆：核能转化为内能，故A错误； B.蒸汽轮机：内能转化为机械能，故B错误； C.发电机：机械能转化为电能，故C错误； D.应用：电能转化为化学能，故D正确。故选D。 课堂小练习 【答案】C 【解析】【分析】根据有关放射性的认识分析判断。 A.放射性物质会自发的发出穿透能力很强的射线，不需要外界条件，故A错误； B.α射线是带正电的高速运动的氦原子核流，故B错误； C.β射线是带负电的高速运动的电子流，故C正确； D.放射性物质产生的辐射对人体组织都有破坏作用与它的强度有关，如果剂量合适，那么不会对人体造成伤害，故D错误。 故选C。 关于放射性，下列说法正确的是（　　） 。 A．放射性物质在外界的影响下发出穿透能力很强的射线 B．α射线是电中性的高速运动的氦原子核流 C．β射线是带负电的高速运动的电子流 D．放射性物质产生的辐射对人体组织都有破坏作用 课堂小练习 【答案】B 【解析】【分析】（1）根据机械能和内能的转化判断； （2）根据太阳能量的来源判断； （3）根据核电站的工作过程判断； （4）根据能量与功的关系判断。 A.小孩从滑梯上滑下，与滑梯摩擦，会将机械能转化为内能，导致机械能减小，故A错误； B.太阳的巨大能量是内部核聚变产生的，故B正确； C.核电站中的能量转化顺序是：核能→内能→机械能→电能，故C错误； D.一个物体能够做的功越多，说明这个物体具有的能越多，故D错误。 故选B。 下列关于能量的说法正确的是（　　） A．小孩从滑梯上滑下，机械能不变 B．太阳的巨大能量是内部核聚变产生的 C．核电站中的能量转化顺序是：核能→化学能→内能→机械能→电能 D．一个物体已做过的功越多，说明这个物体具有的能越多 $$