2.4 核能（重难点专练）科学新教材浙教版九年级上册

**基本信息** 以核裂变与核聚变为核心，通过中国科技案例构建从概念到应用的知识网络，强化科学观念与科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |核能|10题|核裂变与核聚变的辨析及应用|从核能定义出发，区分两种获取途径，结合人造太阳等案例考查原理与区别| |核电站|10题|核电站的能量转化及安全问题|以核反应堆为核心，构建核能→内能→机械能→电能转化链条，关联环保与安全议题|

2.4 核能 题型01 核能 题型02 核电站 ▌题型01 核能 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。 1．如图甲是中国“人造太阳”东方超环在2025年实现了1亿摄氏度、1066秒稳定运行，其反应原理与太阳类似，通过 （选填“核裂变”或“核聚变”）释放巨大核能，其过程可用 （选填“乙”或“丙”）所示的核反应表示。相比之下，另一种核能发电技术，反应后的废料往往具有 性，需要严格密封等安全处置。 2．阅读下列科技资料，回答问题： 资料1：2025年1月20日，中国科学院的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造了在1亿摄氏度以上温度下，实现稳态高约束等离子体运行千秒量级的世界纪录，为未来“人造太阳”的能源应用奠定了重要基础。 资料2：2026年1月1日，我国“华龙一号”漳州核电一期工程全面建成投产。该核电站单台机组年发电量可达100亿度，可减少二氧化碳排放约816万吨，相当于每年减少标准煤消耗超300万吨。 （1）全超导托卡马克实验装置中发生的核聚变 （选填“是”或“不是”）化学变化。 （2）“华龙一号”漳州核电站是通过 （选填“核裂变”或“核聚变”）释放核能的。 （3）下列关于核能利用的说法中，正确的是 。 A.目前核电站的能量转化过程可概括为：核能→内能→机械能→电能 B.目前我国消耗的电能，绝大多数来自核能发电 C.受控核聚变技术已完全成器，可立即进行大规模商业发电 D.核裂变和核聚变在应用过程中都须采取严密措施，防止放射性物质泄漏 3．能源是社会发展的基石。目前人类发电方式多样，从探索中的核聚变发电到高空风能发电，科技的进步不断拓展着能源的边界。请结合所学科学知识，回答下列问题： （1）发电机工作的原理是 ； A.电磁感应 B.电流周围存在磁场 C.通电导体在磁场中受到力的作用 （2）核聚变反应（图甲）中，质子数和中子数保持不变。氘核与氚核在超高温下发生聚变，聚合成氦核，并释放出一个 和巨大的能量； （3）2025年9月，世界最大浮空风电装置（图乙）在新疆完成测试。它的气囊体积为2×104米3，内部装有密度为0.18千克/米3的氦气，则氦气的质量为 千克。 4．2025年1月20日，我国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）在安徽合肥创造新世界纪录，首次完成1亿摄氏度1000秒“高质量燃烧”的世界纪录。 （1）“人造太阳”的反应原理与太阳类似，通过核 （填“裂变”或“聚变”）释放巨大的核能。核能转化为内能，可获得上亿摄氏度的高温，但内能不会自动地转化为核能，这说明能量的转化和转移具有 性。 （2）“人造太阳”能够解决人类能源问题，科学家已经进行了半个多世纪的研究，但距真正投入商用、变成每家每户可以用的电，可能还需要较长时间研究。下列三位同学的观点支持科学家继续进行这项研究的是 （可多选）。 A.“人造太阳”产生的核辐射小，核废料少，基本不污染环境。 B.“人造太阳”发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。 C.“人造太阳”需要利用多种高能量方式驱动，条件苛刻，投入巨大。 5．电能因其易于运输和转化被广泛运用，长远看太阳能和核能将有广阔的发展空间。 （1）图甲是某家庭电能表月初、月末的两次示数，该户本月消耗的电能为 千瓦时； （2）原子核在转变过程中所释放出来的能量，称为核能。太阳辐射的巨大能量来自图乙中 所示的核反应（填“A”或“B”）。 （3）核能转化为内能，可获得上亿摄氏度的高温，但内能不会自动地转化为核能，这说明能量的转化和转移具有 性。 6．《中国核能发展报告2024》蓝皮书显示，2023年我国核电发电量为4333.71亿千瓦时，位居全球第二，核能作为清洁低碳能源，未来发电占比有望持续提高。 （1）如图甲所示符号表示当心 。 （2）核能的开发利用可以减少二氧化碳气体的排放。下列乙、丙两幅核变化示意图中，能形象描述核电站核能获得方式的是图 。 7．2017年，我国启动了中国聚变工程实验堆的工程设计。中国聚变工程实验堆按照太阳内部热核聚变的原理，设计建造可控的“人造太阳”造福人类社会。 （1）如图为核聚变示意图的是 （选填“甲”或“乙”）； （2）核电站的建设前期存在很多争议。下列观点中，支持核能发电的是 （多选，填字母）。 A．核能发电无二氧化碳排放，不会加剧地球温室效应 B．核废料中不能被完全用尽的核物质仍具有极强放射性，且残留时间长、毒性剧烈 C．核燃料的能量密度比化石燃料高几百万倍，核电站所使用的燃料体积小 8．如图所示，“人造太阳”是氘核和氚核在超高温条件下发生核聚变变成 核，释放出巨大的能量，在此过程中，氘核和氚核需要具有很大的动能才能完成此核反应，这是因为氘核和氚核之间存在着相互作用的静电 （选填“引力”或“斥力”）。 9．图甲表示原子核在转变过程中释放能量的方式，图乙是某种光伏发电技术简化电路。 （1）太阳辐射的巨大能量来自图甲中 （选填“A”或“B”）所示的核反应。 （2）当太阳能电池板只为蓄电池充电时，应闭合控制开关 （选填“S1”、“S2”或“S1和S2”）。 10．核电站的发电原理是利用核反应堆反应释放能量，使水变成蒸汽，再利用高温高压的蒸汽推动汽轮机旋转，汽轮机带动发电机发电。如图所示是两种核反应示意图。 （1）核电站核反应堆利用的是 所示的核反应（填“A”或“B”）。 （2）根据核电站的发电原理，发电过程中的能量转化情况是：核能→ →电能。 ▌题型02 核电站 (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。 11．如图1所示，中国“人造太阳”——大型核实验装置“东方超环”（EAST）实现1.2亿摄氏度101秒等离子体运行，创造了世界新纪录。 （1）“东方超环”的反应原理与太阳类似，即通过 （选填“裂变”或“聚变”）释放巨大的核能。 （2）如图2为核电站发电流程图，在核电站的发电过程中，核电站能量转化是核能→内能→ →电能。但这些电能无法自动转化回去，这是因为能量的转移和转化有 性。 12．核能是一种高效清洁的能源。2020年11月，具有完全自主产权的“华龙一号”核电机组并网发电，如图是核电机组示意图，通过三个回路的设计有效提高了安全性。 （1）一回路：反应堆中1kg核燃料反应释放的核能约为 6×1013J，在常规火力发电站中，这些能量至少需要 kg的煤才能提供（q煤＝3×107J/kg）。 （2）二回路：蒸汽发生器中产生的水蒸气推动汽轮机带动发电机发电，该过程中水蒸气的内能 （选填“增大”或“减小”）。 （3）三回路：核电站的反应堆堆心温度如果超过2000度，核燃料就会烧穿隔热层，需要冷却，因而核电站一般造在 （选填“高山上”或“高纬度荒原”或“海边”）。 13．如图1所示，中国“人造太阳”——大型核实验装置“东方超环”（EAST）取得重大突破，创造世界新纪录，在上亿度的高温状态下，物质呈现等离子态，它们可以被磁场约束。“东方超环”的反应原理与太阳类似，通过 （填“核裂变”或“核聚变”）释放巨大的核能。如图2为核电站发电流程图，在核电站的发电过程中，核电站能量转化是 →内能→ →电能。 14．核电站是利用核反应堆提供能量，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的。甲是核电站的原理示意图，乙是两种核反应示意图。 （1）核电站核反应堆利用的是 所示的核反应（填“A”或“B”）。 （2）核电站在运行过程中会产生大量的热，常用水作冷却剂，这是利用了水 的性质，所以核电站一般建在海边。 15．“轴（元素符号为U）”是存在于自然界中的一种稀有化学元素，最常见的两种同位素为U﹣235和U﹣238，其中U﹣235具有放射性。根据国际原子能机构的定义，丰度为3%的U﹣235为核电站发电用低浓缩轴，U﹣235丰度大于80%的轴为高浓缩轴，其中丰度大于90%的称为武器级高浓缩轴，主要用于制造核武器。仙矿中U﹣235含量极低，只占0.64%，绝大部分是U﹣238，占了99.2%。目前从轴矿中提取U﹣235的主要方法是“气体扩散法”，即让这两种原子处于气体状态，利用U﹣235原子和U﹣238原子运动速度略有不同而逐渐分离。分离次数越多U﹣235的浓度就越大。受2011年发生的大地震及海影响，日本福岛第一核电站1至3号机组维芯熔毁。截至目前，已储存了125万吨核污水。丧心病狂的日本政府，不顾国内外反对声浪，在其它手段没有用尽的前提下，坚持决定在2023年夏开启“核废水排海”计划，请根据以上信息分析： （1）U﹣235和U﹣238在原子结构上的主要区别 。 （2）用气体扩散法分离U﹣235和U﹣238的方法，属于 （选填“物理变化”、“化学变化”、“原子核裂变”）。在气体状态时，U﹣235的运动速度 U﹣238（选填“大于、“等于或“小于”），你判断的依据是 。 （3）如图是核电站的工作原理图，在机组反应维芯中的锆合金Zr能与水蒸气反应，产生ZrO2和一种可燃性气体，其反应方程式为： 。核电站在发电的过程中，能量的转化过程为 。 A.核能→机械能→内能→电能 B.核能→内能→机械能→电能 C.核能→电能→内能→机械能 D.核能→电能→机械能→内能 （4）福岛核电站的废水中含有大量的放射性碘﹣131和铯﹣137，一旦排放后，在海洋环境中，放射性物质会通过 最终进入人体，在人体内富集。并对人体基因造成损害。这种类型的伤害 遗传给下一代（选填“会”或“不会）。 16．“轴（元素符号为U）”是存在于自然界中的一种稀有化学元素，最常见的两种同位素为U﹣235和U﹣238，其中U﹣235具有放射性，可用于核电站发电。目前从轴矿中提取U﹣235的主要方法是“气体扩散法”，即让两种原子处于气体状态，利用U﹣235原子和U﹣238原子运动速度略有不同而逐渐分离。分离次数越多U﹣235的浓度就越大。受2011年发生的大地震及海啸影响，日本福岛第一核电站1至3号机组维芯熔毁，储存了125万吨核污水。日本政府于2023年8月24日开始将福岛核电站的核污水排放至太平洋。请根据以上信息分析： （1）U﹣235和U﹣238在原子结构上的主要区别是 。 （2）用气体扩散法分离U﹣235和U﹣238的方法，属于 （选填“物理变化”、“化学变化”、“原子核裂变”）。 （3）如图是核电站的工作原理图，核电站在发电的过程中，能量的转化过程为 。 A.核能→机械能→内能→电能 B.核能→内能→机械能→电能 C.核能→电能→内能→机械能 D.核能→电能→机械能→内能 （4）在机组反应维芯中的锆合金Zr能与水蒸气反应，产生ZrO2和一种可燃性气体，其反应方程式为： 。 17．中国“人造太阳”——全超导托卡马克（EAST）东方超环，在全球首次实现了上百秒的稳态高约束运行模式，不仅创造了新的世界纪录，还为人类开发利用核聚变清洁能源奠定了重要的技术基础。 （1）如图乙是东方超环的热核反应示意图，属于 （选填“核聚变”或“核裂变”）。 （2）东方超环的反应原理与太阳类似，能量转化是原子核能转为 。 18．如图是核能发电原理图，下列说法正确的是（　　） A．核反应后有新物质生成，因此它是化学变化 B．能量转换：核能→机械能→热能→电能 C．原子弹对裂变的链式反应不加控制，核电站控制裂变的链式反应速率 D．核电站使用的核燃料是石油或天然气 19．2020年9月国务院批准建设苍南三澳核电站，该电站发电原理如图所示，下列关于核电站的说法正确的是（　　） A．核电站中的核能释放是不可控制的 B．当前的核电站是利用核聚变原理工作的 C．核泄漏释放的放射性物质对人体是无害的 D．核电站中能的转化过程：核能→内能→机械能→电能 20．2023年12月全球首座第四代核电站华能石岛湾核电站投产，标志着我国核电技术已达世界领先水平。如图是核电站发电和供电的流程图，以下说法正确的是（　　） A．核电站发电原理与太阳释放能量的原理相同 B．核能是原子内部的化学反应释放出来的能量 C．核反应中放射性元素放出的射线有α射线、β射线和γ射线 D．核电站发电的能量转化过程是：核能→机械能→内能→电能 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 2.4 核能 题型01 核能 题型02 核电站 ▌题型01 核能 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。 1．如图甲是中国“人造太阳”东方超环在2025年实现了1亿摄氏度、1066秒稳定运行，其反应原理与太阳类似，通过 （选填“核裂变”或“核聚变”）释放巨大核能，其过程可用 （选填“乙”或“丙”）所示的核反应表示。相比之下，另一种核能发电技术，反应后的废料往往具有 性，需要严格密封等安全处置。 【答案】核聚变；丙；放射。 【解答】解：太阳内部发生核聚变（轻原子核聚合为重原子核），“人造太阳”模拟太阳的能量产生方式，利用了核聚变；乙图：中子轰击铀﹣235，属于核裂变；丙图：氘、氚两个轻核结合成氦核，属于核聚变，所以选丙；核能发电站利用可控的核裂变，核裂变产生的核废料具有放射性，必须妥善封存处理，防止辐射污染。 故答案为：核聚变；丙；放射。 2．阅读下列科技资料，回答问题： 资料1：2025年1月20日，中国科学院的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造了在1亿摄氏度以上温度下，实现稳态高约束等离子体运行千秒量级的世界纪录，为未来“人造太阳”的能源应用奠定了重要基础。 资料2：2026年1月1日，我国“华龙一号”漳州核电一期工程全面建成投产。该核电站单台机组年发电量可达100亿度，可减少二氧化碳排放约816万吨，相当于每年减少标准煤消耗超300万吨。 （1）全超导托卡马克实验装置中发生的核聚变 （选填“是”或“不是”）化学变化。 （2）“华龙一号”漳州核电站是通过 （选填“核裂变”或“核聚变”）释放核能的。 （3）下列关于核能利用的说法中，正确的是 。 A.目前核电站的能量转化过程可概括为：核能→内能→机械能→电能 B.目前我国消耗的电能，绝大多数来自核能发电 C.受控核聚变技术已完全成器，可立即进行大规模商业发电 D.核裂变和核聚变在应用过程中都须采取严密措施，防止放射性物质泄漏 【答案】（1）不是； （2）核裂变； （3）A。 【解答】解：（1）化学变化的本质是原子重新组合，但原子核不会发生改变；核聚变是原子核发生融合的过程，属于核变化，不是化学变化； （2）目前商业运行的核电站，都是通过核裂变（铀等重原子核分裂）释放核能的；核聚变仍处于实验阶段； （3）A.核电站的能量转化过程是：核能→内能（加热水产生蒸汽）→机械能（蒸汽推动汽轮机）→电能，正确； B.目前我国消耗的电能，绝大多数来自火力发电，不是核能，错误； C.受控核聚变技术尚未完全成熟，还不能大规模商业发电，错误； D.核裂变会产生放射性物质，需要严密防护；核聚变的产物通常没有放射性，错误； 故答案为：A。 故答案为： （1）不是； （2）核裂变； （3）A。 3．能源是社会发展的基石。目前人类发电方式多样，从探索中的核聚变发电到高空风能发电，科技的进步不断拓展着能源的边界。请结合所学科学知识，回答下列问题： （1）发电机工作的原理是 ； A.电磁感应 B.电流周围存在磁场 C.通电导体在磁场中受到力的作用 （2）核聚变反应（图甲）中，质子数和中子数保持不变。氘核与氚核在超高温下发生聚变，聚合成氦核，并释放出一个 和巨大的能量； （3）2025年9月，世界最大浮空风电装置（图乙）在新疆完成测试。它的气囊体积为2×104米3，内部装有密度为0.18千克/米3的氦气，则氦气的质量为 千克。 【答案】（1）A； （2）中子； （3）3600。 【解答】解：（1）发电机的工作原理是电磁感应现象，闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生感应电流，实现机械能到电能的转化。 A.电磁感应是发电机的工作原理，故符合题意； B.电流周围存在磁场是电流的磁效应，为奥斯特实验的结论，不是发电机的工作原理，故不符合题意； C.通电导体在磁场中受到力的作用是电动机的工作原理，故不符合题意； 故选：A。 （2）氘核含有1个质子、1个中子，氚核含有1个质子、2个中子，反应前总质子数为2，总中子数为3；反应后生成的氦核含有2个质子、2个中子，根据质子数和中子数保持不变的规则，反应后剩余1个中子，因此该反应会释放出一个中子和巨大的能量。 （3）根据密度公式的变形公式m＝ρV，代入数据计算： m＝0.18千克/米3×2×104米3＝3600千克，因此氦气的质量为3600千克。 故答案为： （1）A； （2）中子； （3）3600。 4．2025年1月20日，我国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）在安徽合肥创造新世界纪录，首次完成1亿摄氏度1000秒“高质量燃烧”的世界纪录。 （1）“人造太阳”的反应原理与太阳类似，通过核 （填“裂变”或“聚变”）释放巨大的核能。核能转化为内能，可获得上亿摄氏度的高温，但内能不会自动地转化为核能，这说明能量的转化和转移具有 性。 （2）“人造太阳”能够解决人类能源问题，科学家已经进行了半个多世纪的研究，但距真正投入商用、变成每家每户可以用的电，可能还需要较长时间研究。下列三位同学的观点支持科学家继续进行这项研究的是 （可多选）。 A.“人造太阳”产生的核辐射小，核废料少，基本不污染环境。 B.“人造太阳”发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。 C.“人造太阳”需要利用多种高能量方式驱动，条件苛刻，投入巨大。 【答案】（1）聚变；方向；（2）AB。 【解答】解：（1）“人造太阳”的反应原理与太阳类似，通过核聚变释放巨大的核能。核能转化为内能，可获得上亿摄氏度的高温，但内能不会自动地转化为核能，这说明能量的转化和转移具有方向性。 （2）A.“人造太阳”是利用氘核和氚核聚变成氦核、释放出惊人的能量的过程，不会产生核辐射和核废料，基本不污染环境，故A符合题意； B.“人造太阳”发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳，故B符合题意； C.“人造太阳”需要利用多种高能量方式驱动，条件苛刻，投入巨大，故C不符合题意。 故选：AB。 故答案为：（1）聚变；方向；（2）AB。 5．电能因其易于运输和转化被广泛运用，长远看太阳能和核能将有广阔的发展空间。 （1）图甲是某家庭电能表月初、月末的两次示数，该户本月消耗的电能为 千瓦时； （2）原子核在转变过程中所释放出来的能量，称为核能。太阳辐射的巨大能量来自图乙中 所示的核反应（填“A”或“B”）。 （3）核能转化为内能，可获得上亿摄氏度的高温，但内能不会自动地转化为核能，这说明能量的转化和转移具有 性。 【答案】（1）150； （2）A； （3）方向性。 【解答】解：（1）电能表的最后一位是小数，则该户本月消耗的电能为W＝5818.3kW•h﹣5668.3kW•h＝150kW•h （2）太阳辐射的巨大能量来自核聚变，图乙中A所示的是核聚变反应，B是裂变反应，因此太阳辐射的巨大能量来自图乙中A所示的核反应。 （3）核能转化为内能，但内能不会自动地转化为核能，说明能量的转移具有方向性。 故答案为：（1）150； （2）A； （3）方向性。 6．《中国核能发展报告2024》蓝皮书显示，2023年我国核电发电量为4333.71亿千瓦时，位居全球第二，核能作为清洁低碳能源，未来发电占比有望持续提高。 （1）如图甲所示符号表示当心 。 （2）核能的开发利用可以减少二氧化碳气体的排放。下列乙、丙两幅核变化示意图中，能形象描述核电站核能获得方式的是图 。 【答案】（1）辐射；（2）乙。 【解答】解：（1）如图甲所示符号表示当心辐射； （2）核电站是利用原子核发生裂变时放出的能量，图乙就表示核裂变的过程，图丙中氚核和氘核聚合成氦核时，释放出一个中子的同时伴随能量的释放，描述的是核聚变时放出能量； 故答案为：（1）辐射；（2）乙。 7．2017年，我国启动了中国聚变工程实验堆的工程设计。中国聚变工程实验堆按照太阳内部热核聚变的原理，设计建造可控的“人造太阳”造福人类社会。 （1）如图为核聚变示意图的是 （选填“甲”或“乙”）； （2）核电站的建设前期存在很多争议。下列观点中，支持核能发电的是 （多选，填字母）。 A．核能发电无二氧化碳排放，不会加剧地球温室效应 B．核废料中不能被完全用尽的核物质仍具有极强放射性，且残留时间长、毒性剧烈 C．核燃料的能量密度比化石燃料高几百万倍，核电站所使用的燃料体积小 【答案】（1）甲； （2）AC。 【解答】解：（1）由图可知，图甲为小核聚成大核，为核聚变，图乙为大核分裂成小核； （2）A．温室效应是由于二氧化碳等温室气体排放过量造成的，核能发电无二氧化碳排放，不会加剧地球温室效应，属于支持的观点，故A正确； B．核废料中不能被完全用尽的核物质仍具有极强放射性，且残留时间长、毒性剧毒，属于反对的观点，不是支持核能发电的观点，故B错误； C．核燃料的能量密度比化石燃料高几百万倍，核电站所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，属于支持的观点，故C正确。 故选：AC。 故答案为： （1）甲； （2）AC。 8．如图所示，“人造太阳”是氘核和氚核在超高温条件下发生核聚变变成 核，释放出巨大的能量，在此过程中，氘核和氚核需要具有很大的动能才能完成此核反应，这是因为氘核和氚核之间存在着相互作用的静电 （选填“引力”或“斥力”）。 【答案】氦；斥力。 【解答】解：在超高温的条件下，氘核和氚核发生核聚变变成氦核，释放出巨大的能量；氘核和氚核都带正电，同种电荷互相排斥，所以氘核和氚核之间存在的静电力是斥力。 故答案为：氦；斥力。 9．图甲表示原子核在转变过程中释放能量的方式，图乙是某种光伏发电技术简化电路。 （1）太阳辐射的巨大能量来自图甲中 （选填“A”或“B”）所示的核反应。 （2）当太阳能电池板只为蓄电池充电时，应闭合控制开关 （选填“S1”、“S2”或“S1和S2”）。 【答案】（1）B； （2）S1。 【解答】解：（1）太阳辐射的巨大能量来自图甲中B所示的聚变反应。 （2）当太阳能电池板只为蓄电池充电时，应闭合控制开关S1。 故答案为：（1）B； （2）S1。 10．核电站的发电原理是利用核反应堆反应释放能量，使水变成蒸汽，再利用高温高压的蒸汽推动汽轮机旋转，汽轮机带动发电机发电。如图所示是两种核反应示意图。 （1）核电站核反应堆利用的是 所示的核反应（填“A”或“B”）。 （2）根据核电站的发电原理，发电过程中的能量转化情况是：核能→ →电能。 【答案】（1）A；（2）内能→机械能。 【解答】解：（1）核电站核反应堆利用的是A所示的核反应。是裂变反应，不是聚变反应，B是聚变反应。 （2）核电站的能量转化过程是：核能→内能→机械能→电能。 故答案为：（1）A；（2）内能→机械能。 ▌题型02 核电站 (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。 11．如图1所示，中国“人造太阳”——大型核实验装置“东方超环”（EAST）实现1.2亿摄氏度101秒等离子体运行，创造了世界新纪录。 （1）“东方超环”的反应原理与太阳类似，即通过 （选填“裂变”或“聚变”）释放巨大的核能。 （2）如图2为核电站发电流程图，在核电站的发电过程中，核电站能量转化是核能→内能→ →电能。但这些电能无法自动转化回去，这是因为能量的转移和转化有 性。 【答案】（1）聚变；（2）机械能；方向。 【解答】解：（1）“东方超环”的反应原理与太阳类似，即通过聚变释放巨大的核能； （2）在核反应堆中，核能转化为介质的内能，在汽轮机中内能转化为汽轮机的机械能，在发电机中，机械能转化为电能，完成最终的转化；这些电能无法自动转化回去，这是因为能量的转移和转化有方向性。 故答案为：（1）聚变；（2）机械能；方向。 12．核能是一种高效清洁的能源。2020年11月，具有完全自主产权的“华龙一号”核电机组并网发电，如图是核电机组示意图，通过三个回路的设计有效提高了安全性。 （1）一回路：反应堆中1kg核燃料反应释放的核能约为 6×1013J，在常规火力发电站中，这些能量至少需要 kg的煤才能提供（q煤＝3×107J/kg）。 （2）二回路：蒸汽发生器中产生的水蒸气推动汽轮机带动发电机发电，该过程中水蒸气的内能 （选填“增大”或“减小”）。 （3）三回路：核电站的反应堆堆心温度如果超过2000度，核燃料就会烧穿隔热层，需要冷却，因而核电站一般造在 （选填“高山上”或“高纬度荒原”或“海边”）。 【答案】2×106；减小；海边。 【解答】解：（1）煤提供的能量等于核燃料释放的能量，即Q煤＝Q核，由公式Q＝qm变形可得煤的质量为m2×106kg； （2）水蒸气推动汽轮机带动发电机发电，水蒸气对外做功，内能减小； （3）核电站的反应堆堆心温度如果超过2000度，核燃料就会烧穿隔热层，需要冷却，水是最好的冷却剂，即应该建立在海边。 故答案为：2×106；减小；海边。 13．如图1所示，中国“人造太阳”——大型核实验装置“东方超环”（EAST）取得重大突破，创造世界新纪录，在上亿度的高温状态下，物质呈现等离子态，它们可以被磁场约束。“东方超环”的反应原理与太阳类似，通过 （填“核裂变”或“核聚变”）释放巨大的核能。如图2为核电站发电流程图，在核电站的发电过程中，核电站能量转化是 →内能→ →电能。 【答案】核聚变；核能；机械能。 【解答】解：（1）东方超环的热核反应，属于核聚变； （2）根据核电站的发电过程可知，核能发电的能量传递和转化过程是：核能→水和蒸汽的内能→发电机转子的机械能→电能； 故答案为：核聚变；核能；机械能。 14．核电站是利用核反应堆提供能量，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的。甲是核电站的原理示意图，乙是两种核反应示意图。 （1）核电站核反应堆利用的是 所示的核反应（填“A”或“B”）。 （2）核电站在运行过程中会产生大量的热，常用水作冷却剂，这是利用了水 的性质，所以核电站一般建在海边。 【答案】（1）A；（2）比热容较大。 【解答】解：（1）核反应堆是通过可控的核裂变反应释放核能的设备；A是裂变反应，B是聚变反应，故选A； （2）读图可知，水蒸气在冷凝器中重新液化为水；用水来冷却主要是因为水的比热容较大，相同条件下，水吸收的热量更多。 故答案为：（1）A；（2）比热容较大。 15．“轴（元素符号为U）”是存在于自然界中的一种稀有化学元素，最常见的两种同位素为U﹣235和U﹣238，其中U﹣235具有放射性。根据国际原子能机构的定义，丰度为3%的U﹣235为核电站发电用低浓缩轴，U﹣235丰度大于80%的轴为高浓缩轴，其中丰度大于90%的称为武器级高浓缩轴，主要用于制造核武器。仙矿中U﹣235含量极低，只占0.64%，绝大部分是U﹣238，占了99.2%。目前从轴矿中提取U﹣235的主要方法是“气体扩散法”，即让这两种原子处于气体状态，利用U﹣235原子和U﹣238原子运动速度略有不同而逐渐分离。分离次数越多U﹣235的浓度就越大。受2011年发生的大地震及海影响，日本福岛第一核电站1至3号机组维芯熔毁。截至目前，已储存了125万吨核污水。丧心病狂的日本政府，不顾国内外反对声浪，在其它手段没有用尽的前提下，坚持决定在2023年夏开启“核废水排海”计划，请根据以上信息分析： （1）U﹣235和U﹣238在原子结构上的主要区别 。 （2）用气体扩散法分离U﹣235和U﹣238的方法，属于 （选填“物理变化”、“化学变化”、“原子核裂变”）。在气体状态时，U﹣235的运动速度 U﹣238（选填“大于、“等于或“小于”），你判断的依据是 。 （3）如图是核电站的工作原理图，在机组反应维芯中的锆合金Zr能与水蒸气反应，产生ZrO2和一种可燃性气体，其反应方程式为： 。核电站在发电的过程中，能量的转化过程为 。 A.核能→机械能→内能→电能 B.核能→内能→机械能→电能 C.核能→电能→内能→机械能 D.核能→电能→机械能→内能 （4）福岛核电站的废水中含有大量的放射性碘﹣131和铯﹣137，一旦排放后，在海洋环境中，放射性物质会通过 最终进入人体，在人体内富集。并对人体基因造成损害。这种类型的伤害 遗传给下一代（选填“会”或“不会）。 【答案】（1）中子数不同；（2）物理变化；大于；微粒质量越大，惯性越大，其运动状态改变越困难；（3）Zr+2H2O＝ZrO2+2H2↑；B；（4）食物链；会。 【解答】解：（1）U﹣235和U﹣238在原子结构上的主要区别中子数不同； （2）用气体扩散法分离U﹣235和U﹣238的方法，利用U﹣235原子和U﹣238原子运动速度略有不同而逐渐分离，属于物理变化； 在气体状态时，U﹣235的运动速度大于U﹣238，判断的依据是：微粒质量越大，惯性越大，其运动状态改变越困难； （3）Zr与水蒸气反应产生ZrO2和一种可燃性气体，根据元素守恒规律及气体的性质可知，该气体为氢气，其反应方程式为：①Zr+2H2O＝ZrO2+2H2↑； 在核能发电的过程中，核能先转化为水的内能，产生高温高压的蒸气，再推动汽轮机做功，将内能转化为机械能，汽轮机带动发电机，将机械能转化为电能； 故选：B； （4）福岛核电站的废水中含有大量的放射性碘﹣131和铯﹣137，一旦排放后，在海洋环境中，放射性物质会通过食物链最终进入人体，在人体内富集。并对人体基因造成损害。这种类型的伤害会遗传给下一代。 故答案为：（1）中子数不同；（2）物理变化；大于；微粒质量越大，惯性越大，其运动状态改变越困难；（3）Zr+2H2O＝ZrO2+2H2↑；B；（4）食物链；会。 16．“轴（元素符号为U）”是存在于自然界中的一种稀有化学元素，最常见的两种同位素为U﹣235和U﹣238，其中U﹣235具有放射性，可用于核电站发电。目前从轴矿中提取U﹣235的主要方法是“气体扩散法”，即让两种原子处于气体状态，利用U﹣235原子和U﹣238原子运动速度略有不同而逐渐分离。分离次数越多U﹣235的浓度就越大。受2011年发生的大地震及海啸影响，日本福岛第一核电站1至3号机组维芯熔毁，储存了125万吨核污水。日本政府于2023年8月24日开始将福岛核电站的核污水排放至太平洋。请根据以上信息分析： （1）U﹣235和U﹣238在原子结构上的主要区别是 。 （2）用气体扩散法分离U﹣235和U﹣238的方法，属于 （选填“物理变化”、“化学变化”、“原子核裂变”）。 （3）如图是核电站的工作原理图，核电站在发电的过程中，能量的转化过程为 。 A.核能→机械能→内能→电能 B.核能→内能→机械能→电能 C.核能→电能→内能→机械能 D.核能→电能→机械能→内能 （4）在机组反应维芯中的锆合金Zr能与水蒸气反应，产生ZrO2和一种可燃性气体，其反应方程式为： 。 【答案】（1）中子数不同；（2）物理变化；（3）B；（4）Zr+2H2O＝ZrO2+2H2↑。 【解答】解：（1）U﹣235和U﹣238在原子结构上的主要区别是中子数不同； （2）用气体扩散法分离U﹣235和U﹣238的方法，利用U﹣235原子和U﹣238原子运动速度略有不同而逐渐分离，属于物理变化； （3）在核能发电的过程中，核能先转化为水的内能，产生高温高压的蒸气，再推动汽轮机做功，将内能转化为机械能，汽轮机带动发电机，将机械能转化为电能； 故选：B； （4）Zr与水蒸气反应产生ZrO2和一种可燃性气体，根据元素守恒规律及气体的性质可知，该气体为氢气，其反应方程式为：Zr+2H2O＝ZrO2+2H2↑； 故答案为：（1）中子数不同；（2）物理变化；（3）B；（4）Zr+2H2O＝ZrO2+2H2↑。 17．中国“人造太阳”——全超导托卡马克（EAST）东方超环，在全球首次实现了上百秒的稳态高约束运行模式，不仅创造了新的世界纪录，还为人类开发利用核聚变清洁能源奠定了重要的技术基础。 （1）如图乙是东方超环的热核反应示意图，属于 （选填“核聚变”或“核裂变”）。 （2）东方超环的反应原理与太阳类似，能量转化是原子核能转为 。 【答案】（1）核聚变；（2）内能。 【解答】解：（1）如图乙是东方超环的热核反应示意图，属于核聚变。 （2）东方超环的反应原理与太阳类似，能量转化是原子核能转为内能。 故答案为：（1）核聚变；（2）内能。 18．如图是核能发电原理图，下列说法正确的是（　　） A．核反应后有新物质生成，因此它是化学变化 B．能量转换：核能→机械能→热能→电能 C．原子弹对裂变的链式反应不加控制，核电站控制裂变的链式反应速率 D．核电站使用的核燃料是石油或天然气 【答案】C 【解答】解：A、核反应中有新原子核产生，而化学反应是原子的重新组合，在反应前后元素种类和原子个数是保持不变的，因此不属于化学变化，故A错误； B、核电站是利用铀原子核裂变时放出的核能来发电的，能量转化过程是：核能→内能→机械能→电能，故B错误； C、在核电站的核反应堆中，利用的是可控的核裂变，而原子弹同样是核裂变的链式反应，但却是不加控制的，故C正确； D、核电站使用的就是核燃料，而不是石油或天然气，故D错误。 故选：C。 19．2020年9月国务院批准建设苍南三澳核电站，该电站发电原理如图所示，下列关于核电站的说法正确的是（　　） A．核电站中的核能释放是不可控制的 B．当前的核电站是利用核聚变原理工作的 C．核泄漏释放的放射性物质对人体是无害的 D．核电站中能的转化过程：核能→内能→机械能→电能 【答案】D 【解答】解：A、核电站中的核能释放是可控制的，故A错误； B、当前的核电站是利用核裂变原理工作的，故B错误； C、核泄漏释放的放射性物质对人体是有害的，故C错误； D、核电站中能的转化过程：核能→内能→机械能→电能，故D正确。 故选：D。 20．2023年12月全球首座第四代核电站华能石岛湾核电站投产，标志着我国核电技术已达世界领先水平。如图是核电站发电和供电的流程图，以下说法正确的是（　　） A．核电站发电原理与太阳释放能量的原理相同 B．核能是原子内部的化学反应释放出来的能量 C．核反应中放射性元素放出的射线有α射线、β射线和γ射线 D．核电站发电的能量转化过程是：核能→机械能→内能→电能 【答案】C 【解答】解：A、核电站发电原理是核裂变，太阳释放能量是核聚变，故A错误； B、核能是原子内部的原子核重新聚合和分裂时释放出的惊人的能量，故B错误； C、放射性元素主要是放出α射线、β射线和γ射线三种射线，故C正确；D、核反应堆中发生的是可控的核裂变，能量的转化过程是：核能→内能→机械能→电能，故D错误； 故选：C。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $