9.2 核能 核技术 同步作业-2025-2026学年高二下学期（中职）物理高教版(2021)电工电子类

主题九 核能及其应用第二节 核能 核技术同步作业 一、选择题（每题3分，共30分） 1. 关于核能，下列说法正确的是（　　） A. 核能是原子核内部的化学能 B. 核能是原子核发生变化时释放的能量 C. 核能只能通过核裂变获得 D. 核能是清洁能源，没有任何污染 2. 重核裂变和轻核聚变都能释放核能，它们的共同点是（　　） A. 都需要极高的温度才能发生 B. 都是将重核转变为轻核 C. 都有质量亏损，释放能量 D. 都需要中子轰击才能发生 3. 关于链式反应，下列说法正确的是（　　） A. 链式反应是指核裂变反应连续进行的过程 B. 链式反应只能发生在核聚变中 C. 链式反应不需要中子参与 D. 链式反应的速度无法控制 4. 核电站利用核能发电，其能量转化过程是（　　） A. 核能 → 电能 B. 核能 → 机械能 → 电能 C. 核能 → 内能 → 机械能 → 电能 D. 核能 → 化学能 → 电能 5. 关于核反应堆，下列说法错误的是（　　） A. 核反应堆是核电站的核心设备 B. 核反应堆中通过控制棒控制链式反应的速度 C. 核反应堆中使用慢化剂使快中子变为热中子 D. 核反应堆中不需要冷却剂 6. 太阳辐射的能量主要来源于（　　） A. 重核裂变 B. 轻核聚变 C. 化学反应 D. 放射性衰变 7. 关于放射性同位素的应用，下列说法正确的是（　　） A. 利用 射线进行金属探伤 B. 利用 射线治疗肿瘤 C. 利用 射线进行食品保鲜 D. 利用放射性同位素作为示踪原子是因为其化学性质与普通原子不同 8. 某核反应方程为 ，该反应属于（　　） A. 人工核转变 B. 重核裂变 C. 轻核聚变 D. 放射性衰变 9. 关于核电站的安全防护，下列说法正确的是（　　） A. 核电站不需要任何防护措施 B. 核反应堆用水泥层、钢板等屏蔽辐射 C. 核废料可以直接排入大海 D. 核电站发生爆炸与原子弹爆炸原理相同 10. 1 kg 铀-235完全裂变释放的能量约为 ，相当于多少吨标准煤完全燃烧释放的能量（1 kg标准煤完全燃烧释放的能量约为 ）（　　） A. 约 吨 B. 约 吨 C. 约 吨 D. 约 吨 二、填空题（每空2分，共20分） 11. 核能释放的两种主要方式是______和______；核电站利用的是______释放的核能；太阳内部进行的是______。 12. 核裂变是指重核分裂成______个或多个______核的过程；为了使裂变的链式反应能够持续进行，需要达到______体积，并使中子的再生系数______1。 13. 核反应堆主要由______、慢化剂、冷却剂、______和防护层等组成；其中控制棒的作用是______。 14. 放射性同位素的应用主要有三个方面：利用射线进行______、作为______原子、利用射线的______效应治疗疾病。 15. 核聚变的优点之一是原料丰富，如从海水中可以提取______，作为核聚变的原料；核聚变的另一个优点是______。 三、判断题（每题2分，共10分） 16. （　　）核反应过程中，质量数和电荷数都守恒，但质量会发生亏损，亏损的质量转化为能量。 17. （　　）原子弹和核电站都是利用核裂变原理，但原子弹是不可控的链式反应，核电站是可控的链式反应。 18. （　　）核聚变反应可以在常温常压下进行，不需要任何特殊条件。 19. （　　）放射性同位素发出的射线对人体都有害，不能用于医学治疗。 20. （　　）核废料具有放射性，需要妥善处理，不能随意丢弃。 四、简答题（每题8分，共16分） 21. 简述核电站的工作原理，说明核反应堆中控制棒、慢化剂和冷却剂的作用分别是什么。 22. 简述核聚变相比核裂变的优点，并说明目前受控核聚变研究面临的主要困难。 五、综合运用题（共24分） 23. 某核电站的发电功率为 ，每天消耗铀-235约 ，假设铀-235完全裂变，每次裂变释放的能量约为 ，，阿伏伽德罗常数 ，铀-235的摩尔质量 。 （1）计算 铀-235完全裂变释放的总能量；（8分） （2）计算该核电站每天的发电量（电能）；（6分） （3）计算该核电站的热效率（发电量与释放的核能之比），并说明能量损失的主要途径。（10分） 参考答案 一、选择题 1. B 解析：核能是原子核内部结构发生变化时释放的能量，不是化学能；核能通过核裂变和核聚变都能获得；核能有放射性污染，不是绝对清洁的能源。 2. C 解析：重核裂变和轻核聚变都能释放核能，共同点是都有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程 ，亏损的质量转化为能量释放。核聚变需要极高温度，核裂变不需要；核裂变是将重核变轻核，核聚变是将轻核变重核；核聚变不需要中子轰击。 3. A 解析：链式反应是指核裂变产生的中子继续轰击其他重核，使核裂变反应连续进行的过程。链式反应发生在核裂变中，需要中子参与，速度可以通过控制棒控制。 4. C 解析：核电站的能量转化过程：核反应堆中核能转化为内能（热能）→ 蒸汽轮机中内能转化为机械能 → 发电机中机械能转化为电能。 5. D 解析：核反应堆需要冷却剂（如重水、普通水或气体）带走热量，用于发电。控制棒用于控制反应速度，慢化剂用于减速中子。 6. B 解析：太阳内部进行的是氢核聚变成氦核的热核反应（轻核聚变），释放出巨大能量。 7. A 解析： 射线穿透能力强，用于金属探伤；治疗肿瘤主要用 射线或 射线；食品保鲜用 射线；示踪原子利用的是放射性同位素与普通原子化学性质相同但可探测的特点。 8. B 解析：该反应是铀-235吸收中子后分裂成钡-141和氪-92，同时放出3个中子，属于重核裂变反应。 9. B 解析：核电站有多层防护措施，包括水泥层、钢板等屏蔽辐射；核废料需妥善处理，不能随意排放；核电站爆炸是蒸汽爆炸或化学爆炸，与原子弹的核爆炸原理不同。 10. B 解析：相当于标准煤的质量： 二、填空题 11. 重核裂变；轻核聚变；重核裂变；轻核聚变（或热核反应） 12. 两（或几）；中等质量；临界；大于或等于（或 ） 13. 核燃料（或铀棒）；控制棒；吸收中子，控制链式反应的速度 14. 探伤（或测厚、消毒等）；示踪；生物（或生理） 15. 氘（或重氢）；产物无污染（或安全性高、原料丰富等） 三、判断题 16. √ 解析：核反应中质量数（核子数）和电荷数（质子数）守恒，但由于质量亏损，实际质量会减少，根据 ，亏损质量转化为能量。 17. √ 解析：原子弹利用不可控的链式反应，瞬间释放巨大能量；核电站利用可控的链式反应，缓慢释放能量用于发电。 18. × 解析：核聚变需要极高的温度（上亿度）和压强，使轻核克服库仑斥力而发生聚变，常温常压下无法进行。 19. × 解析：放射性同位素发出的射线在医学上有广泛应用，如钴-60的 射线用于治疗肿瘤，碘-131用于治疗甲状腺疾病等。 20. √ 解析：核废料具有放射性，会危害人体健康和环境，必须进行妥善处理，如深埋地下或玻璃固化后储存，不能随意丢弃。 四、简答题 21. 答： 核电站的工作原理： 核电站利用核反应堆中核燃料（铀-235）发生可控的链式裂变反应，释放核能；核能转化为热能，加热水产生高温高压蒸汽；蒸汽推动蒸汽轮机转动，将热能转化为机械能；蒸汽轮机带动发电机发电，将机械能转化为电能。 各组成部分的作用： （1）控制棒：由镉或硼等材料制成，能强烈吸收中子。通过插入或抽出控制棒，调节反应堆中中子的数量，从而控制链式反应的速度，使反应保持稳定运行。 （2）慢化剂：如重水、石墨等，用于减慢裂变产生的快中子的速度，使其变为热中子（慢中子），因为热中子更容易引起铀-235的裂变。 （3）冷却剂：如重水、普通水或二氧化碳气体等，在反应堆中循环流动，吸收核反应释放的热量，并将热量输送到蒸汽发生器，同时保持反应堆的温度在安全范围内。 22. 答： 核聚变相比核裂变的优点： （1）原料丰富：核聚变的主要原料是氢的同位素氘，可以从海水中大量提取，储量丰富；而核裂变的原料铀在地壳中储量有限。 （2）产物无污染：核聚变的产物是氦等稳定元素，没有放射性污染；而核裂变产生大量放射性核废料，处理困难。 （3）安全性高：核聚变反应一旦条件不满足就会自动停止，不会发生失控的链式反应，安全性更高。 受控核聚变研究面临的主要困难： （1）极高温度要求：需要达到上亿度的高温，使轻核具有足够的动能克服库仑斥力，任何固体材料都无法承受如此高温。 （2）等离子体约束问题：高温下的核燃料处于等离子态，需要用强磁场或惯性约束方法将其约束在一定区域内，技术难度极大。 （3）能量收支平衡：目前实验装置消耗的能量往往大于产生的能量，尚未实现持续的能量净输出。 （4）材料问题：反应堆壁材料需要承受高温、高中子通量的轰击，材料损伤严重。 五、综合运用题 23. 解： 已知：，，每次裂变释放能量 ，，， （1）计算200 kg铀-235完全裂变释放的总能量 铀-235的物质的量： 铀-235的原子核数： 每次裂变释放的能量： 释放的总能量： 或直接用质量计算： 答： 铀-235完全裂变释放的总能量约为 （或 ）。 （2）计算该核电站每天的发电量 一天的时间 发电量（电能）： 或换算为千瓦时： 答：该核电站每天的发电量为 （或 ）。 （3）计算核电站的热效率及能量损失途径 热效率： 或： 说明：该效率偏低，实际核电站热效率通常在 左右，题目数据为理想计算值。若按实际发电量计算，效率约为： （若按 铀释放 计算） 能量损失的主要途径： （1）核反应释放的能量一部分被中微子带走，无法利用； （2）反应堆冷却过程中，大量热量被冷却剂带走，通过冷却塔散失到环境中； （3）蒸汽轮机做功时，部分热量随废气排出； （4）发电机转换过程中有电能损耗； （5）各种管道、设备的热传导和热辐射损失。 答：该核电站的热效率约为 （或按题目数据计算约 ，需根据实际数据调整）；能量损失主要通过冷却系统散热、废气排放、中微子带走等形式散失。 学科网（北京）股份有限公司 $