第08讲 核能（培优预习讲义）新九年级科学新教材浙教版

第08讲 核能（培优讲义） 课标要点 1、核裂变、核聚变的定义、条件与应用； 2、链式反应可控与不可控的实例； 3、核电站完整能量转化过程； 4、核能的优点与环境安全问题。 1、整体学习顺序： 原子结构→核能本质（区分内能、化学能）→两种释能方式（裂变 / 聚变对比）→链式反应（可控、不可控）→核电站能量转化→核辐射与核废料→核能利弊 2、重点标记两组易混对比，课堂直接区分 ① 裂变 vs 聚变；② 核能 vs 燃烧化学能 3、抓住两个核心模型：链式反应、核电站发电流程，考试简答、填空高频考点 方法指导 考点01 裂变与聚变 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，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，但是一旦使原子核分裂或聚合，就可释放出惊人的能量。 （一）核能的概念 原子核是可以转变的，原子核在转变过程中所释放出的能量叫做核能。核裂变和核聚变是获得核能的两种途径。 （二）裂变 (1)含义:核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2000吨煤完全燃烧释放的能量。 (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。 (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。由于核聚变需要极高的温度，所以核聚变也叫热核反应。 如图所示，氘核(1个质子和1个氘核中子)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，同时释放巨大的能量。 (2)释放能量情况:质量相同的核燃料，核聚变反应释放的核能比核裂变反应释放的核能要多得多。 (3)应用:氢弹是根据核聚变的原理制造的，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。 【深化点拨】 （一）分清裂变和聚变的概念 (1)裂变是重核的分裂，聚变是轻核的聚合。 (2)到目前为止，裂变的链式反应是可控制的，而聚变是不可控制的。 （二）核聚变需要的温度极高，目前只能依靠核裂变给它提供。例如，氢弹就必须要用原子弹的爆炸来引暴。当前，人类还不能控制核聚变使其和平地释放能量。 考点02 核能的和平利用——核电站 利用核能发电的电站叫核电站。利用核能发电是人们和平利用核能的一个重要方向。 （一）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:第一回路中的水被泵压人反应堆，在那里被加热，然后进人热交换器，把热量传给第二回路的水，然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，被送入汽轮机驱动汽轮机做功后温度降低、压强减小，进人冷凝器，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:核电站并非将核能直接转化为电能。目前人类使用的电能大多数是通过发电机发出的，而发电机是把机械能转化为电能的装置，所以核电站必须把核能通过某些途径转化为机械能，再通过发电机转化为电能。核反应堆以铀235为燃料，反应堆中放出的核能转化为高温蒸汽的内能，通过汽轮机做功，将内能转化为机械能，带动发电机发电，将机械能转化为电能。 （二）核电站的特点 (1)消耗燃料少，废渣也少,产生的能量巨大，可以大大减少燃料的运输量。 (2)特别适合于缺少煤、石油和水力资源的区域。 (3)核电站需防止放射性物质泄漏造成的放射性污染，因此必须采用可靠的保护措施，同时要处理好废渣。 (4)成本低，一些发达国家的核电已占相当大的比例，我国的核电事业发展得也很快。 （三）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,其中有一部分到达地球表面。 【深化点拨】 (1)核电站利用核能发电,其核心设备是核反应堆。核电站的核反应堆是利用可控的核裂变反应释放核能的设备。 (2)核泄漏是指大量放射性的物质外泄，会对环境造成严重的破坏，因此核电站的安全应得到高度重视。 (3)核能是不可再生能源 考点03 放射性 （一）放射性 早在100多年前，科学家贝克勒尔、居里夫妇等发现铀、钍、镭等元素能够自发地放出穿透能力很强的射线。居里夫人把元素具有的这种辐射能力叫做放射性。 原子核的裂变和聚变都会产生些放射性物质，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。 （二）三种主要的放射线 射线 组成 穿透本领 a射线 带正电的高速运动的氦原子核 最弱，在空气中只能前进几厘米 β射线 带负电的高速运动的电子流 较强，很容易穿透黑纸，还能穿透几厘米厚的铝板 γ射线 能量很高的电磁波 很强，能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土 （三）放射性的利与弊 (1)利:少量的放射线可以为人类服务，如r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γ射线可以治疗肿瘤等疾病。 (2)弊:过量的高能量的放射线照射对人体和动植物的组织有破坏作用。 1. 中国工业能力世界领先。前段时间，江南造船厂发布了全球首型、世界最大的核动力集装箱船船型设计，该船采用钍﹣232熔盐反应堆作为动力来源。其获得核能的途径是（　　） A．轻核裂变 B．轻核聚变 C．重核聚变 D．重核裂变 【答案】D 【解答】解：核反应堆是通过合理布置核燃料，使其发生自持链式核裂变过程来实现核能利用的，因此该船获得核能的途径是核裂变，而不是核聚变，熔盐反应堆的原理：钍﹣232在反应堆中吸收中子后，经过一系列衰变转化为铀﹣233，铀﹣233随后发生裂变释放能量，因此钍﹣232熔盐反应堆的核能来源于重核的裂变过程。 故选：D。 2. 中国工业能力世界领先。前段时间，江南造船厂发布了全球首型、世界最大的核动力集装箱船船型设计，该船采用钍﹣232熔盐反应堆作为动力来源。其获得核能的途径是（　　） A．轻核裂变 B．轻核聚变 C．重核聚变 D．重核裂变 【答案】D 【解答】解：目前商用核反应堆是利用重核裂变释放的核能来发电的；钍﹣232熔盐反应堆获得核能的途径是重核裂变，故D符合题意，ABC不符合题意。 故选：D。 3. 2025年我国自主三代核电“华龙一号”实现连续安全稳定运行1000天，持续向社会稳定输送清洁电能超370亿度。下列有关说法正确的是（　　） A．核电站利用核反应堆通过可控核聚变释放核能 B．核电站的核反应堆可以将核能直接转化为电能 C．通过技术升级可以使核能利用率提升到100% D．核废料有放射性，一般深埋在人烟稀少的地方 【答案】D 【解答】解： A、核电站的核心是核反应堆，核反应堆是通过可控核裂变释放核能的，故A错误； B、核能发电的过程：核反应堆中核裂变时释放的能量转化为水的内能，从而得到了高温高压的水蒸气，水蒸气去推动汽轮机转动，汽轮机再带动发电机发电，即整个过程能量的转化为：核能﹣﹣﹣﹣内能﹣﹣﹣﹣机械能﹣﹣﹣﹣电能，故B错误； C、由于存在能量的散失，能量利用率不可能达到100%，故C错误； D、核电站发生泄漏时会对环境造成污染，核废料具有放射性，一般深埋在人烟稀少的地方，故D正确。 故选：D。 4. 2025年1月，中国“人造太阳”成功实现1亿摄氏度1066秒的运行时间，创造了世界纪录。 （1）如图所示是模拟“人造太阳”装置中氘、氚原子核在超高温下发生的 （选填“核裂变”或“核聚变”）核反应； （2）“人造太阳”的核反应中，核能主要转化为 能。 【答案】（1）核聚变； （2）内。 【解答】解：（1）“人造太阳”主要是让氘、氚原子核在超高温下发生核聚变，释放巨大的核能。 （2）核聚变反应中，核能主要转化为内能。 故答案为：（1）核聚变；（2）内。 5. 如图所示，我国自主设计、建造的全超导托卡马克核反应实验装置一东方超环（EAST），在1亿度超高温度下运行10秒时间。 （1）东方超环被称为人造太阳，其能量产生原理与太阳类似，通过原子核 （选填“聚变”或“裂变”）释放出巨大的能量。 （2）核反应实验装置中，用通电线圈产生的磁场，将超高温等离子体约束在磁场中，而要产生强磁场，线圈中需要很大的电流，但是线圈自身有一定的电阻，线圈中有大电流通过，会产生很高的热量，原因是电流具有 （选填“热效应”或“磁效应”）。 （3）人造太阳的加热功率为1.2×1012W，利用人造太阳发电的效率为60%，则工作10秒时间，发电量为 kW•h。 【答案】（1）聚变；（2）热效应；（3）2×106。 【解答】解：（1）“人造太阳”的反应原理与太阳相似，通过核聚变的途径释放出巨大能量，从而获得高温； （2）根据焦耳定律可知电流具有热效应，因此线圈流过大电流后会产生大量热量，这说明电流具有热效应； （3）人造太阳”每小时发电量为： W＝ηPt＝60%×1.2×1012W×10s＝60%×1.2×109kW2×106kW•h。 故答案为：（1）聚变；（2）热效应；（3）2×106。 6. 2024年5月25日，我国第三代核电站“华龙一号”示范工程全面建成。关于核能，下列说法正确的是（　　） A．铀原子核由大量质子和电子构成 B．核电站利用核聚变产生能量 C．核能属于可再生能源 D．核废料应永久存放在专门的场地 【答案】D 【解答】解：A、铀原子核由质子和中子构成，故A错误； B、核电站的原理是核裂变，故B错误； C、核原料不能在短时间内得到补充，可知属于不可再生资源，故C错误； D、核废料具有高放射性，需通过深层地质处置或专用设施长期隔离，防止污染环境，故D正确。 故选：D。 7. 2025年1月20日，中国“人造太阳”（EAST）成功创造新的世界纪录，首次实现1亿摄氏度1066秒的高约束模等离子体运行。EAST利用氘、氚原子核，在超高温下结合成氦原子核，同时释放出巨大的核能。下列说法正确的是（　　） A．“人造太阳”利用核裂变获取能量 B．“人造太阳”释放的核能是可再生能源 C．“人造太阳”利用核聚变获取能量 D．“人造太阳”释放的核能可直接转化成电能 【答案】C 【解答】解：ABC、人造太阳”是利用核聚变释放出的巨大核能，核能属于不可再生能源，故C正确，AB错误； D、核聚变产生的核能首先转化为内能，再通过热机转化为机械能，最终驱动发电机发电。这一过程涉及核能→内能→机械能→电能的逐级转换，无法实现直接电能生成，故D错误。 故选：C。 （1）核裂变 定义：较重原子核（铀 235）分裂成两个较轻原子核，释放能量。 条件：中子轰击铀核； 应用：核电站、原子弹。 （2）核聚变 定义：轻原子核（氢的同位素氘、氚）聚合为较重原子核（氦核），释放能量。 条件：极高温度、高压（上亿摄氏度，又叫热核反应）； 应用：太阳能量来源、氢弹（不可控聚变）；目前无可控核聚变发电站。 误区 1：核电站利用核聚变发电。 释疑：现有核电站全部是核裂变；核聚变无法稳定控制，仅用于氢弹。 误区 2：原子弹、氢弹原理相同。 释疑：原子弹：核裂变；氢弹：先裂变引爆，再发生核聚变。 1. 如图是我市三门核电站的发电流程示意图。在发电时，能量转化过程是（　　） A．核能→机械能→内能→电能 B．核能→内能→机械能→电能 C．内能→核能→机械能→电能 D．机械能→核能→内能→电能 【答案】B 【解答】解：核电站中的核反应堆发生的是裂变反应；由核能发电的过程可知，核能发电的能量转化过程是：核能→内能→机械能→电能。 故选：B。 1. 关于核电站，下列说法中不正确的是（　　） A．核电站的核心是核反应堆，它可以将核能转化为内能 B．核电站是利用核聚变产生的能量来发电的 C．反应堆中的反应是可控的 D．核电站中用到的蒸汽轮机属于热机 【答案】B 【解答】解：A．核电站中将核能先转化为介质（如水）的内能，再推动发电机的转子转动，转化为机械能，并在发电机中最终转化为电能，故A正确； BC．核电站是利用原子核裂变的链式反应释放出大量的核能，是可控的链式反应，故B错误，C正确； D．热机包括汽油机、柴油机、蒸汽轮机等，故D正确。 故选：B。 2. 位于温州市苍南县的浙江三澳核电站二期工程将采用我国完全自主知识产权的三代核电技术“华龙一号”。关于核电站，下列说法正确的是（　　） A．核电站实现了核能→机械能→内能→电能的能量转化 B．三澳核电站利用了核聚变为电站提供能量 C．核电站周围核辐射严重，所以核电站要远离城市 D．放射性元素放出的射线有α射线、β射线和γ射线 【答案】D 【解答】解：A．核电站实现了核能→内能→机械能→电能的能量转化，故A错误； B．三澳核电站利用了可控核裂变为电站提供能量，核聚变还未实现可控发电，故B错误； C．正常情况下，核电站的放射性物质被严密地密封，只有极少量放射性物质会在经过处理后排放到环境中，对周围环境和公众的辐射影响是极小的。核电站选址会综合考虑多种因素，如水源、地质条件等，并非主要因为核辐射严重而远离城市，故C错误； D．放射性元素衰变时放出的射线有α射线、β射线和γ射线，其中γ射线穿透能力最强，故D正确。 故选：D。 3. 利用核能发电是人们和平利用核能的一个重要方向。下面有关核电站的说法正确的是（　　） A．核反应堆是利用核聚变原理工作的 B．汽轮机将机械能转化为内能 C．发电机将机械能转化为电能 D．核能有放射性风险，所以要禁止使用 【答案】C 【解答】解：A、核电站的核反应堆是利用核裂变原理工作的，不是核聚变（核聚变目前还难以可控地和平利用于发电），故A错误； B、汽轮机是将内能转化为机械能（蒸汽推动汽轮机转动），不是机械能转化为内能，故B错误； C、发电机的工作原理是电磁感应，将机械能转化为电能，故C正确； D、核能虽有放射性风险，但只要采取合理的防护和管理措施，就能安全利用，并非要禁止使用，故D错误。 故选：C。 4. 下列有关核能说法正确的是（　　） A．核废料不会产生环境污染，可任意处置 B．核泄漏具有极大的危害性，应关闭所有核电站 C．利用核能的途径是使原子核分裂或聚合释放能量 D．人类已经完全掌握和平利用核能的技术，因此根本不必担心能源危机 【答案】C 【解答】解：A、核能是由放射性物质释放的，核辐射对环境的破坏性是不可逆转的，而且核电反应会产生废料，故A错误； B、核泄漏具有极大的危害性，但是核能发电只要严格按照规范来实施和管理，还是可控的，应该大力开发和推广核能，故B错误； C、目前人类获取核能有两种途径：核聚变和核裂变，故C正确； D、目前科学技术还没有完全掌握人工控制核聚变反应过程，由于核能是不可再生能源，即使完全掌握了和平利用核能技术能源危机依旧存在，故D错误。 故选：C。 5. 位于浙江省嘉兴市海盐县的秦山核电站是我国自行设计、建造和运营管理的第一座30万千瓦压水堆核电站。关于核电站，下列说法正确的是（　　） A．核电站实现了核能→内能→机械能→电能的能量转化 B．秦山核电站利用了核聚变为电站提供能量 C．为方便居民用电，核电站应尽量靠近城市 D．核辐射主要有α，β，γ射线，其中α射线穿透能力最强 【答案】A 【解答】解：A．核电站中将核能先转化为介质的内能，再推动发电机的转子转动，转化为机械能，并在发电机中最终转化为电能，实现了核能→内能→机械能→电能的能量转化，故A正确； B．秦山核电站利用了核裂变为电站提供能量，故B错误； C．为方便居民用电，核电站应尽量远离城市，核裂变过程中会产生核废水，具有核辐射，所以核电站应尽量远离城市，故C错误； D．核辐射主要有α，β，γ射线，其中贯穿本领最强的是γ射线，最弱的是α射线，故D错误。 故选：A。 6. 全球首座第四代核电站——高温气冷堆核电站示范工程在山东正式并网发电。反应堆堆芯采用石墨等耐高温材料，采用稀有气体氦气进行堆芯冷却和热传导。下列关于高温气冷堆核电站的说法中不正确的是（　　） A．该核电站是利用原子核裂变的原理工作的，因此是可控的 B．使用氦气进行堆芯冷却和热传导，利用了氦气比热容较大的性质 C．采用石墨等耐高温材料可以使反应堆堆芯不会出现因高温而熔毁 D．该核电站发电时的能量转化过程是：核能→机械能→内能→电能 【答案】D 【解答】解：A.该核电站是利用原子核裂变的原理工作的，因此是可控的，故A正确，不符合题意； B.使用氦气进行堆芯冷却和热传导，利用了氦气比热容较大的性质，故B正确，不符合题意； C.采用石墨等耐高温材料可以使反应堆堆芯不会出现因高温而熔毁，故C正确，不符合题意； D.该核电站发电时的能量转化过程是：核能→内能→机械能→电能，故D错误，符合题意； 故选：D。 7. 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．不能用该反应获得能量的方式来发电 【答案】B 【解答】解：A、该模型表示的是核裂变，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。 8. 2024年11月，国际热核聚变实验堆某模块产品制造成功。下列有关核能的说法中正确的是（　　） A．目前核电站是通过可控核聚变释放核能 B．氢弹和原子弹都是根据核聚变原理制成的 C．核能有辐射危险，我们应该完全杜绝核能发电 D．核电站发电的能量转化过程是：核能→内能→机械能→电能 【答案】D 【解答】解：A、目前核电站通过可控的链式反应（核裂变）来发电的，故A错误； B、氢弹则是利用轻核的聚变制成的，故B错误； C、核能有核辐射危险，但是我们要想方设法注意核泄漏和核辐射，大力发展核能，故C错误； D、核电站发电的能量转化过程是：核能→内能→机械能→电能，故D正确。 故选：D。 9. 中国自主设计的“人造太阳”实验装置——东方超环，在1亿度超高温度下运行了近10秒。请回答： （1）其反应原理与太阳类似，通过核 （填“聚变”或“裂变”），释放巨大的核能，核能又转化为内能，从而获得高温。 （2）“人造太阳”加热功率达1×1012W，若利用“人造太阳”发电，发电效率为60%，则每小时发电量达 焦，这些电能可供一台功率为2000W的空调连续工作 小时。 【答案】（1）聚变；（2）2.16×1015；3×108。 【解答】解：（1）东方超环反应原理与太阳类似，通过核聚变，释放巨大的核能，核能又转化为内能，从而获得高温。 （2）根据得到：。 这些电能可供一台功率为2000W的空调连续工作的时间为：。 故答案为：（1）聚变；（2）2.16×1015；3×108。 10. 如图甲所示为核电站发电流程图，请回答下列问题： （1）核电站发电过程中其能量的转化为：核能→ →机械能→电能。 （2）为了形象地描述核能的获得，某同学画了两张利用核能的原理图：图乙和图丙。请判断核电站的“核反应堆”利用了哪个原理。 （填“乙”或“丙”）。 【答案】（1）内能； （2）乙。 【解答】解：（1）核能发电是通过核能→内能→机械能→电能的转化途径为人类服务。 （2）“核反应堆”是通过可控的核裂变来工作的，图中的乙为核裂变，图丙为核聚变，图乙符合题意。 故答案为：（1）内能；（2）乙。 11. 发展核能是解决能源危机的主要出路之一、国家能源局披露截至2024年，我国核电在运在建规模升至世界第一。 （1）核电站利用的能量来自图甲中 所示的核反应（选填“A”或“B”）。 （2）如图乙是核电站发电的流程图，在核电站的发电的过程中，下列说法正确的是 。 A．冷凝器中发生的物态变化是汽化 B．在核反应堆的外围有一层厚厚的水泥防护层，其作用是防止核泄漏 C．能量转化顺序是：核能→化学能→机械能→电能 【答案】（1）A； （2）B。 【解答】解：（1）核电站是利用可控的核裂变来获得能量的，图甲中A表示核裂变。 （2）A．冷凝器内，水由气态变为液态，属于液化现象，故A错误； B．核原料有很大的辐射，所以核反应堆的外围，有一层厚厚的水泥防护层，其作用是防止核泄漏，故B正确； C．核电站的基本原理：核反应把核能转化为内能，得到高温水蒸气；水蒸气推动气轮机转动，把内能又转化为机械能；气轮机再带动发电机发电，得到电能，能量转化的顺序是：核能→内能→机械能→电能，故C错误。 故选：B。 故答案为：（1）A；（2）B。 12. 2024年6月2日，嫦娥六号探测器成功着陆月球表面预选着陆区，从月球上采样并顺利返回地球。 （1）月壤中含有丰富的理想能源氦—3。利用氦—3获得原子核能的途径是 ； （2）若上升器飞离月球时，在3×103牛的推力作用下，沿推力方向飞行了1.5×104米，则在该过程中推力做功 焦； （3）返回器返回地球常采用“跳跃式返回”和“直接进入返回”两种方式。返回器采用 方式着陆时的速度更小、热防护要求更低、落点精度便于控制。 【答案】（1）核聚变； （2）4.5×107； （3）跳跃式返回。 【解答】解：（1）月壤中含有丰富的理想能源氦—3，氦—3是一种轻核，在高温高压条件下可以通过核聚变反应释放巨大能量，核聚变反应是利用轻原子核，如氢的同位素、氦—3等，核聚变成较重原子核时释放能量的过程，是获得原子核能的主要途径之一。 （2）在该过程中，推力做功为W＝Fs＝3×103N×1.5×104m＝4.5×107J （3）由题意知，采用“跳跃式返回”与“直接进入返回”相比，返回器与空气摩擦做功更多，机械能转化为的内能更多，返回器的机械能更小，故返回器着陆时速度更小，所以返回器采用跳跃式返回方式着陆时的速度更小、热防护要求更低、落点精度便于控制。 故答案为：（1）核聚变； （2）4.5×107； （3）跳跃式返回。 13. 小金在项目化学习中，对学校太阳能热水器展开研究。 （1）太阳核心处温度很高，大量氢原子发生 （填“核聚变”或“核裂变”）反应变成氦原子，释放巨大能量。 （2）太阳能热水器接受阳光后水温升高，该过程是通过 的方式改变水的内能。 （3）如图，太阳能热水器接受阳光垂直照射的面积是2m2，每平方米每秒接受到的太阳能为1000焦耳，热水器中水的质量为100千克，垂直照射7min，水的比热为4.2×103焦/（千克•℃）。若不计一切热量损失，水温可以升高 ℃。 【答案】（1）核聚变；（2）热传递；（3）2。 【解答】解：（1）太阳内部的核反应是核聚变； （2）太阳能热水器接受阳光后水温升高，该过程是通过热传递的方式改变内能的； （3）太阳能热水器接收的太阳能：E＝7×60s×2m2×1000J/（s•m2）＝8.4×105J； 不计热损失，则Q吸＝E＝8.4×105J； 由Q吸＝cmΔt可知，水升高的温度：Δt2℃。 故答案为：（1）核聚变；（2）热传递；（3）2。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第08讲 核能（培优讲义） 课标要点 1、核裂变、核聚变的定义、条件与应用； 2、链式反应可控与不可控的实例； 3、核电站完整能量转化过程； 4、核能的优点与环境安全问题。 1、整体学习顺序： 原子结构→核能本质（区分内能、化学能）→两种释能方式（裂变 / 聚变对比）→链式反应（可控、不可控）→核电站能量转化→核辐射与核废料→核能利弊 2、重点标记两组易混对比，课堂直接区分 ① 裂变 vs 聚变；② 核能 vs 燃烧化学能 3、抓住两个核心模型：链式反应、核电站发电流程，考试简答、填空高频考点 方法指导 考点01 裂变与聚变 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，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，但是一旦使原子核分裂或聚合，就可释放出惊人的能量。 （一）核能的概念 原子核是可以转变的，原子核在转变过程中所释放出的能量叫做核能。核裂变和核聚变是获得核能的两种途径。 （二）裂变 (1)含义:核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2000吨煤完全燃烧释放的能量。 (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。 (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。由于核聚变需要极高的温度，所以核聚变也叫热核反应。 如图所示，氘核(1个质子和1个氘核中子)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，同时释放巨大的能量。 (2)释放能量情况:质量相同的核燃料，核聚变反应释放的核能比核裂变反应释放的核能要多得多。 (3)应用:氢弹是根据核聚变的原理制造的，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。 【深化点拨】 （一）分清裂变和聚变的概念 (1)裂变是重核的分裂，聚变是轻核的聚合。 (2)到目前为止，裂变的链式反应是可控制的，而聚变是不可控制的。 （二）核聚变需要的温度极高，目前只能依靠核裂变给它提供。例如，氢弹就必须要用原子弹的爆炸来引暴。当前，人类还不能控制核聚变使其和平地释放能量。 考点02 核能的和平利用——核电站 利用核能发电的电站叫核电站。利用核能发电是人们和平利用核能的一个重要方向。 （一）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:第一回路中的水被泵压人反应堆，在那里被加热，然后进人热交换器，把热量传给第二回路的水，然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，被送入汽轮机驱动汽轮机做功后温度降低、压强减小，进人冷凝器，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:核电站并非将核能直接转化为电能。目前人类使用的电能大多数是通过发电机发出的，而发电机是把机械能转化为电能的装置，所以核电站必须把核能通过某些途径转化为机械能，再通过发电机转化为电能。核反应堆以铀235为燃料，反应堆中放出的核能转化为高温蒸汽的内能，通过汽轮机做功，将内能转化为机械能，带动发电机发电，将机械能转化为电能。 （二）核电站的特点 (1)消耗燃料少，废渣也少,产生的能量巨大，可以大大减少燃料的运输量。 (2)特别适合于缺少煤、石油和水力资源的区域。 (3)核电站需防止放射性物质泄漏造成的放射性污染，因此必须采用可靠的保护措施，同时要处理好废渣。 (4)成本低，一些发达国家的核电已占相当大的比例，我国的核电事业发展得也很快。 （三）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,其中有一部分到达地球表面。 【深化点拨】 (1)核电站利用核能发电,其核心设备是核反应堆。核电站的核反应堆是利用可控的核裂变反应释放核能的设备。 (2)核泄漏是指大量放射性的物质外泄，会对环境造成严重的破坏，因此核电站的安全应得到高度重视。 (3)核能是不可再生能源 考点03 放射性 （一）放射性 早在100多年前，科学家贝克勒尔、居里夫妇等发现铀、钍、镭等元素能够自发地放出穿透能力很强的射线。居里夫人把元素具有的这种辐射能力叫做放射性。 原子核的裂变和聚变都会产生些放射性物质，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。 （二）三种主要的放射线 射线 组成 穿透本领 a射线 带正电的高速运动的氦原子核 最弱，在空气中只能前进几厘米 β射线 带负电的高速运动的电子流 较强，很容易穿透黑纸，还能穿透几厘米厚的铝板 γ射线 能量很高的电磁波 很强，能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土 （三）放射性的利与弊 (1)利:少量的放射线可以为人类服务，如r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γ射线可以治疗肿瘤等疾病。 (2)弊:过量的高能量的放射线照射对人体和动植物的组织有破坏作用。 1. 中国工业能力世界领先。前段时间，江南造船厂发布了全球首型、世界最大的核动力集装箱船船型设计，该船采用钍﹣232熔盐反应堆作为动力来源。其获得核能的途径是（　　） A．轻核裂变 B．轻核聚变 C．重核聚变 D．重核裂变 2. 中国工业能力世界领先。前段时间，江南造船厂发布了全球首型、世界最大的核动力集装箱船船型设计，该船采用钍﹣232熔盐反应堆作为动力来源。其获得核能的途径是（　　） A．轻核裂变 B．轻核聚变 C．重核聚变 D．重核裂变 3. 2025年我国自主三代核电“华龙一号”实现连续安全稳定运行1000天，持续向社会稳定输送清洁电能超370亿度。下列有关说法正确的是（　　） A．核电站利用核反应堆通过可控核聚变释放核能 B．核电站的核反应堆可以将核能直接转化为电能 C．通过技术升级可以使核能利用率提升到100% D．核废料有放射性，一般深埋在人烟稀少的地方 4. 2025年1月，中国“人造太阳”成功实现1亿摄氏度1066秒的运行时间，创造了世界纪录。 （1）如图所示是模拟“人造太阳”装置中氘、氚原子核在超高温下发生的 （选填“核裂变”或“核聚变”）核反应； （2）“人造太阳”的核反应中，核能主要转化为 能。 5. 如图所示，我国自主设计、建造的全超导托卡马克核反应实验装置一东方超环（EAST），在1亿度超高温度下运行10秒时间。 （1）东方超环被称为人造太阳，其能量产生原理与太阳类似，通过原子核 （选填“聚变”或“裂变”）释放出巨大的能量。 （2）核反应实验装置中，用通电线圈产生的磁场，将超高温等离子体约束在磁场中，而要产生强磁场，线圈中需要很大的电流，但是线圈自身有一定的电阻，线圈中有大电流通过，会产生很高的热量，原因是电流具有 （选填“热效应”或“磁效应”）。 （3）人造太阳的加热功率为1.2×1012W，利用人造太阳发电的效率为60%，则工作10秒时间，发电量为 kW•h。 6. 2024年5月25日，我国第三代核电站“华龙一号”示范工程全面建成。关于核能，下列说法正确的是（　　） A．铀原子核由大量质子和电子构成 B．核电站利用核聚变产生能量 C．核能属于可再生能源 D．核废料应永久存放在专门的场地 7. 2025年1月20日，中国“人造太阳”（EAST）成功创造新的世界纪录，首次实现1亿摄氏度1066秒的高约束模等离子体运行。EAST利用氘、氚原子核，在超高温下结合成氦原子核，同时释放出巨大的核能。下列说法正确的是（　　） A．“人造太阳”利用核裂变获取能量 B．“人造太阳”释放的核能是可再生能源 C．“人造太阳”利用核聚变获取能量 D．“人造太阳”释放的核能可直接转化成电能 （1）核裂变 定义：较重原子核（铀 235）分裂成两个较轻原子核，释放能量。 条件：中子轰击铀核； 应用：核电站、原子弹。 （2）核聚变 定义：轻原子核（氢的同位素氘、氚）聚合为较重原子核（氦核），释放能量。 条件：极高温度、高压（上亿摄氏度，又叫热核反应）； 应用：太阳能量来源、氢弹（不可控聚变）；目前无可控核聚变发电站。 释疑：现有核电站全部是核裂变；核聚变无法稳定控制，仅用于氢弹。 释疑：原子弹：核裂变；氢弹：先裂变引爆，再发生核聚变。 1. 如图是我市三门核电站的发电流程示意图。在发电时，能量转化过程是（　　） A．核能→机械能→内能→电能 B．核能→内能→机械能→电能 C．内能→核能→机械能→电能 D．机械能→核能→内能→电能 1. 关于核电站，下列说法中不正确的是（　　） A．核电站的核心是核反应堆，它可以将核能转化为内能 B．核电站是利用核聚变产生的能量来发电的 C．反应堆中的反应是可控的 D．核电站中用到的蒸汽轮机属于热机 2. 位于温州市苍南县的浙江三澳核电站二期工程将采用我国完全自主知识产权的三代核电技术“华龙一号”。关于核电站，下列说法正确的是（　　） A．核电站实现了核能→机械能→内能→电能的能量转化 B．三澳核电站利用了核聚变为电站提供能量 C．核电站周围核辐射严重，所以核电站要远离城市 D．放射性元素放出的射线有α射线、β射线和γ射线 3. 利用核能发电是人们和平利用核能的一个重要方向。下面有关核电站的说法正确的是（　　） A．核反应堆是利用核聚变原理工作的 B．汽轮机将机械能转化为内能 C．发电机将机械能转化为电能 D．核能有放射性风险，所以要禁止使用 4. 下列有关核能说法正确的是（　　） A．核废料不会产生环境污染，可任意处置 B．核泄漏具有极大的危害性，应关闭所有核电站 C．利用核能的途径是使原子核分裂或聚合释放能量 D．人类已经完全掌握和平利用核能的技术，因此根本不必担心能源危机 5. 位于浙江省嘉兴市海盐县的秦山核电站是我国自行设计、建造和运营管理的第一座30万千瓦压水堆核电站。关于核电站，下列说法正确的是（　　） A．核电站实现了核能→内能→机械能→电能的能量转化 B．秦山核电站利用了核聚变为电站提供能量 C．为方便居民用电，核电站应尽量靠近城市 D．核辐射主要有α，β，γ射线，其中α射线穿透能力最强 6. 全球首座第四代核电站——高温气冷堆核电站示范工程在山东正式并网发电。反应堆堆芯采用石墨等耐高温材料，采用稀有气体氦气进行堆芯冷却和热传导。下列关于高温气冷堆核电站的说法中不正确的是（　　） A．该核电站是利用原子核裂变的原理工作的，因此是可控的 B．使用氦气进行堆芯冷却和热传导，利用了氦气比热容较大的性质 C．采用石墨等耐高温材料可以使反应堆堆芯不会出现因高温而熔毁 D．该核电站发电时的能量转化过程是：核能→机械能→内能→电能 7. 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．不能用该反应获得能量的方式来发电 8. 2024年11月，国际热核聚变实验堆某模块产品制造成功。下列有关核能的说法中正确的是（　　） A．目前核电站是通过可控核聚变释放核能 B．氢弹和原子弹都是根据核聚变原理制成的 C．核能有辐射危险，我们应该完全杜绝核能发电 D．核电站发电的能量转化过程是：核能→内能→机械能→电能 9. 中国自主设计的“人造太阳”实验装置——东方超环，在1亿度超高温度下运行了近10秒。请回答： （1）其反应原理与太阳类似，通过核 （填“聚变”或“裂变”），释放巨大的核能，核能又转化为内能，从而获得高温。 （2）“人造太阳”加热功率达1×1012W，若利用“人造太阳”发电，发电效率为60%，则每小时发电量达 焦，这些电能可供一台功率为2000W的空调连续工作 小时。 10. 如图甲所示为核电站发电流程图，请回答下列问题： （1）核电站发电过程中其能量的转化为：核能→ →机械能→电能。 （2）为了形象地描述核能的获得，某同学画了两张利用核能的原理图：图乙和图丙。请判断核电站的“核反应堆”利用了哪个原理。 （填“乙”或“丙”）。 11. 发展核能是解决能源危机的主要出路之一、国家能源局披露截至2024年，我国核电在运在建规模升至世界第一。 （1）核电站利用的能量来自图甲中 所示的核反应（选填“A”或“B”）。 （2）如图乙是核电站发电的流程图，在核电站的发电的过程中，下列说法正确的是 。 A．冷凝器中发生的物态变化是汽化 B．在核反应堆的外围有一层厚厚的水泥防护层，其作用是防止核泄漏 C．能量转化顺序是：核能→化学能→机械能→电能 12. 2024年6月2日，嫦娥六号探测器成功着陆月球表面预选着陆区，从月球上采样并顺利返回地球。 （1）月壤中含有丰富的理想能源氦—3。利用氦—3获得原子核能的途径是 ； （2）若上升器飞离月球时，在3×103牛的推力作用下，沿推力方向飞行了1.5×104米，则在该过程中推力做功 焦； （3）返回器返回地球常采用“跳跃式返回”和“直接进入返回”两种方式。返回器采用 方式着陆时的速度更小、热防护要求更低、落点精度便于控制。 13. 小金在项目化学习中，对学校太阳能热水器展开研究。 （1）太阳核心处温度很高，大量氢原子发生 （填“核聚变”或“核裂变”）反应变成氦原子，释放巨大能量。 （2）太阳能热水器接受阳光后水温升高，该过程是通过 的方式改变水的内能。 （3）如图，太阳能热水器接受阳光垂直照射的面积是2m2，每平方米每秒接受到的太阳能为1000焦耳，热水器中水的质量为100千克，垂直照射7min，水的比热为4.2×103焦/（千克•℃）。若不计一切热量损失，水温可以升高 ℃。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $