专题66 新能源的发展 同步精讲精炼学案（全国通用） 2026-2027学年人教版九年级上学期物理

人教版2024九年级上册物理同步精讲精炼学案（全国通用） 第二十二章 能源与可持续发展 专题66 新能源的发展 物理观念：了解核能的特点及其来源与利用，知道太阳能的由来，了解利用太阳能的方式及其新进展，能利用能源的知识解释生活中的有关现象。 科学思维：了解核能利用及核废料处理的实例，能表达自己的观点，具有初步的科学论证能力。 科学探究：结合实例认识地球上的大部分能源源于太阳能，能提出问题，能用能量转化和转移的观点形成猜想与假设。 科学态度与责任：通过了解我国在核能利用方面的新成就，增强民族自豪感和使命感，体会新能源开发对人类生存和社会发展的推动作用。 贯彻本节课核心素养目标，必须完成以下精细化的学习目标 1.知道核能的优点和可能带来的问题。了解我国和世界利用核能的新进展。 2.了解核裂变、核聚变。 3.知道太阳能的由来及特点。 4.大致了解太阳能的利用方式及其新进展。 本节课重点难点 重点：核能的特点与应用；太阳能的来源与利用。 难点：裂变和聚变；太阳能的利用。 知识点1. 核能 1. 原子核的组成 原子核通常由质子和中子组成，质子带正电荷，其电荷量跟电子的电荷量相等，中子不带电；质子的质量大约是电子的1836倍，中子和质子的质量几乎相同。质子和中子构成非常小的原子核，就像几颗豆粒挤在一个非常大的广场中央。 2. 核能 （1）核能：质子、中子依靠强大的核力紧密地结合在一起，因此原子核十分牢固，要使它们分裂或结合是极其困难的。但是，一旦质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互结合，就有可能释放出惊人的能量。这种能量就是核能。 （2）释放核能的方式：核裂变和核聚变。 3. 裂变 （1）裂变：1934至1938年，科学家先后用中子轰击质量比较大的铀235原子核，使其发生裂变，发现一个核分裂成两个质量中等大小的原子核，同时释放出大量的能量。奇妙的是，铀235核在分裂成两个别的原子核的时候，又放出2至3个中子。 （2）链式反应 当中子轰击铀核时，铀核发生裂变，释放大量核能的同时产生出几个新的中子，这些中子又会轰击其他铀核……于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能。这就是裂变中的链式反应。 （3）裂变的应用 ①原子弹：链式反应如果不加以控制，大量原子核就在一瞬间发生裂变，释放出极大的能量。根据这一原理，在人类实现可控核裂变大约三年后，即1945年，利用不加控制的核裂变制造的毁灭性武器——原子弹爆炸了。 ②核电站 核电站利用裂变产生的核能发电，它的核心设备是核反应堆。1942年，人类利用核反应堆第一次实现了可控制的铀核裂变。 a. 核反应堆：核反应堆是原子核发生链式反应的场所，它能够控制链式反应的速度，缓慢、平稳地释放核能的装置。 b. 核电站的工作原理及能量转化 核电站将反应堆中放出的核能转化为高温蒸汽的内能，通过汽轮机转化为机械能，再通过发电机转化为电能。核电站发电时的能量转化情况：核能→内能→机械能→电能。 c. 我国的一些核电站 我国自主设计、制造的核电站具有世界先进水平。其中“华龙一号”核电站是由中国核工业集团公司和中国广核集团在30余年核电科研、设计、制造、建设和运行经验的基础上，根据福岛核事故经验反馈以及中国和全球最新安全要求，研发的先进百万千瓦级压水堆核电技术，具有完全自主知识产权的三代压水堆核电创新成果，是中国核电机组发展的主力堆型，是中国核电走向世界的“国家名片”，是中国核电创新发展的重大标志性成果。 4. 聚变 （1）聚变：如果将某些质量很小的原子核，例如氘核（由一个质子和一个中子构成）与氚核（由一个质子和两个中子构成），在超高温下结合成新的原子核——氦核，也会释放出巨大的核能，这就是聚变，也称为热核反应。 （2）氢弹：氘核和氚核都属于氢核的一种。大量氢核的聚变，可以在瞬间释放惊人的能量。氢弹利用的就是聚变瞬间释放的能量。 （3）太阳内部的聚变：在太阳内部，氢原子核在超高温下发生聚变，释放出巨大的核能。太阳核心每时每刻都在发生氢弹爆炸，比原子弹爆炸的威力更大。太阳核心释放的能量向外扩散，可以传送到太阳表面。太阳表面温度约为6000℃，就像一个高温气体组成的海洋。大部分太阳能以热和光的形式向四周辐射出去。 （4）海水中的核能：如何实现可控聚变，如何利用可控聚变释放的核能，科学家正在积极地探索着。海水中蕴藏着丰富的、可以实现聚变的氘核。1升海水所含氘产生的聚变能等同于300升汽油所释放的能量。海水中氘的储量可使人类使用几十亿年。 5. 核电站和核废料处理 核反应堆是通过可控裂变反应释放核能的设备。反应堆内的铀核发生裂变时，会释放能量，也会产生放射线。如果放射线泄漏到反应堆外面，会对人和其他生物造成伤害，所以核反应堆都封闭在一个厚厚的钢筋混凝土壳中。 （1）核泄漏的危害。核电站一旦发生核泄漏事故，就可能产生严重的危害，所以核电站的安全性应得到高度重视。为此，科学家们制订了严格的安全措施和安全标准。 （2）核电站严格的安全措施和安全标准。 （3）核废料的处理。核电站使用过的核燃料成为核废料。由于核废料仍具有放射性，对环境会造成相当大的危害，因此要将核废料深埋到人迹稀少的沙漠地带。 知识点2. 太阳能 1. 储存在化石燃料中的太阳能 远古时期陆地和海洋中的植物，通过光合作用，将太阳能转化为生物体的化学能。在它们死后，躯体埋在地下和海底，经过几百万年的沉积、化学变化、地层的运动，在高压下渐渐变成了石油和煤。在石油形成过程中还放出天然气。 2. 直接利用太阳能 （1）光热转化：集热器收集阳光中的能量来加热水等物质，把太阳能直接转化为内能。 （2）光化转化：利用植物等将太阳能转化为化学能。 （3）光电转化：利用太阳能电池板直接转化电能。 太阳能电池在生活、生产、航空航天、交通、通信等领域中有着重要的应用。 3. 一些新能源 （1）海洋能：海洋能也是人们可以利用的新能源，都可以用来发电。我国建设了数座潮汐电站，潮汐能不是来源于太阳能。潮汐能是因月球引力的变化引起潮汐现象，导致海平面周期性升降，因海水涨落及潮水流动所产生的能量。 （2）风能：风能也是人们可以利用的新能源，都可以用来发电。我国建成了许多“风车田”，场面蔚为壮观。 原子弹爆炸和核电站发电对核裂变的应用存在模糊认识 1. 首先要知道核裂变的含义‌：指一个‌重原子核‌（如铀-235、钚-239）在‌中子轰击‌下分裂成两个或多个‌中等质量原子核‌，同时释放‌大量能量‌和‌2~3个中子‌的过程。 2. 核裂变触发条件是‌：必须有‌中子轰击‌‌可裂变核燃料‌（如铀-235）。 3. 持续裂变的条件‌：裂变释放的中子继续轰击其他核，形成‌持续链式反应‌。 4. 是否可控‌决定用途：不可控→原子弹爆炸（瞬间释放巨大能量）。可控‌→核电站发电（通过‌控制棒‌吸收多余中子，维持稳定反应速率）。 核聚变及其应用问题解题思路 1.知道核聚变的含义：聚变是指‌两个较轻的原子核‌（如氘和氚）在‌极高温度和压力下‌结合成一个‌较重的原子核‌（如氦核），同时释放出巨大能量的过程。 2. 明确核聚变与裂变的区别：裂变是“重核分裂”，聚变是“轻核聚合”。 3. ‌掌握典型应用实例‌ （1）‌自然界中的聚变‌：太阳内部持续发生氢核聚变成氦核的反应，是太阳发光发热的根本原因。 （2）‌氢弹：氘核和氚核都属于氢核的一种。大量氢核的聚变，可以在瞬间释放惊人的能量。氢弹利用的就是聚变瞬间释放的能量。 （3）‌未来理想能源‌：可控核聚变（如“人造太阳”），目前仍在研发中，尚未商用。 考点1. 核能及其利用 【例题1】如图所示为江苏省连云港市的田湾核电站发电流程图，在核电站的发电过程中，核能的获取途径及能量转化顺序正确的是（ ） A．聚变：核能→内能→化学能→电能 B．聚变：核能→内能→机械能→电能 C．裂变：核能→内能→机械能→电能 D．裂变：核能→内能→化学能→电能 （变式练1）关于原子核和核能，下列说法正确的是（　　） A. 核反应堆发生的是可控链式反应 B. 核能是可再生能源也是二次能源 C. 原子核占据了原子的大部分空间 D. 原子核是由电子组成的 （变式练2）如图所示是一种核反应的过程，这种反应的原理可用于制造（　　） A．原子弹 B．氢弹 C．导弹 D．普通炮弹 （变式练3）如图，用中子轰击质量较大的铀核，变成两个质量中等的原子核和新的中子，使其发生___变，同时释放巨大的_____能。 产生的新中子又会轰击其他的铀核，于是发生了______反应。如果这种反应加以控制，就可以用来发电，如果不加以控制就可以用来制造原子弹。 考点2. 太阳能及其利用 【例题2】长潭高速全程安装了如图所示的“风光互补”路灯，该路灯内的蓄电池分别将风力发电机和太阳能电池板获得的电能储存起来，供夜间照明使用，下列说法正确的是（　　）      A．风力发电机主要将机械能转化为电能 B．风力发电机主要将电能转化为机械能 C．太阳能电池板主要将太阳能转化为内能 D．太阳能电池板主要将电能转化为风扇的机械能 （变式练1）太阳是人类能源的宝库，下述关于太阳能的说法中错误的是（ ） A．太阳能是核反应产生的 B．光合作用是太阳能转换为化学能 C．煤、石油、天然气都是太阳能的产物 D．自然界的风能、水能、潮汐能也都来自太阳能 （变式练2）如图是“太阳能”路灯示意图。太阳能来源于太阳内部发生的 ，给蓄电池充电时蓄电池相当于电路中的 ，控制器中的集成电路是用 材料制成。 （变式练3）卡塔尔世界杯上呈现许多中国元素，其中的哈尔萨光伏电站就是中国电力建设集团承建，为世界杯所有场馆提供绿电，这些电能全部来自多哈以西约80公里荒漠中的200万块太阳能电池板。据查：1m2的晶硅太阳能板的电功率为120瓦，每天发电时间8小时。太阳能电池板给蓄电池充电时， 能转化 能；如果100m2的太阳能板发电一天的能量用燃烧天然气来提供，需要 m3天然气。（天然气的热值q＝3.6×107J/m3）    1. 目前人类大规模利用核能发电的方式属于（　　） A. 可控核裂变 B. 可控核聚变 C. 不可控核裂变 D. 不可控核聚变 2.新能源又称非常规能源，指传统能源之外的各种能源。以下既属于新能源又属于不可再生能源的 是（　　） A．太阳能 B．地热能 C．石油 D．核能 3．阳江核电站是我国广东省的第四座核电站。下列关于核能和核能发电的说法中，正确的是（　　） A．核能是一次能源，利用核裂变发电 B．核能是一次能源，利用核聚变发电 C．核能是二次能源，利用核裂变发电 D．核能是二次能源，利用核聚变发电 4．2025年1月20日中国有“人造太阳”之称的EAST创造了新世界纪录，实现1亿摄氏度1066秒 稳态运行，突破核聚变的控制难题，标志着核能源研究重大跨越。关于核能的利用，下列说法正确 的是（　　） A．核能是属于可再生能源 B．核聚变反应中，核能转化为内能 C．核聚变和核裂变的原料是相同的 D．核聚变反应中，核能转化为化学能 5. （2024山西）近年来风能和太阳能发电逐渐增多。为增加供电稳定性，需要储能系统进行调节。研究发现可利用“深井拉铁”技术储存电能，还能实现废旧矿井的再利用。如图所示，用电低峰时，电动机利用多余电能将重物提升至高处；用电高峰时，重物下降带动发电机发电。下列说法正确的是（　　） A. 风能和太阳能都属于不可再生能源 B. 用电低峰时，重物上升，机械能转化为电能 C. 用电高峰时，重物下降，电能转化为机械能 D. 重物质量一定，井越深，能储存的电能越多 6．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。如图所示是核电站发电和供电流程图：以核反应堆来代替火力发电站的锅炉，以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量来加热水，推动汽轮机带动发电机旋转，从而产生电，下列有关说法正确的是（　　） A．核能和太阳能一样均属于一次能源，同时核能又属于可再生能源 B．核电站发电的能量转化过程是：核能→内能→机械能→电能 C．核电站发电原理与太阳释放能量的原理相同 D．核反应堆中发生的链式反应是不可控制的 7. 中国科技发展日新月异，对以下重大成果中涉及的物理知识解释不正确的是（　　） A．白鹤滩水电站年均发电量624亿千瓦时——水力发电是将机械能转化为电能 B．“天问二号”小行星探测器遨游太空——探测器在太空中通过电磁波与地面站联系 C．中国空间站利用太阳能电池板供电——太阳能属于清洁能源 D．中国突破了“人造太阳”1亿摄氏度持续1000秒的技术——该反应为核裂变 8. 中国成功研发出了先进核裂变能——钍基熔盐堆的第4代核反应堆发电技术，于2021年9月底在甘肃武威启动试运行，创造了又一项奇迹，其技术应用属于世界首次。钍基熔盐堆具有产生的核废料非常少、使用氟化盐作为冷却剂无需耗费大量水资源和热转换效率高等显著优点。下列有关钍基熔盐堆的说法正确的是（　　） A. 钍基熔盐堆不产生核废料 B. 钍基熔盐堆需要大量水作冷却剂，因此不可以建在内陆 C. 钍基熔盐堆的热转换效率比传统的核反应堆还要低 D. 钍基熔盐堆是利用核裂变放出的能量 9．粤港澳大湾区的电力由大亚湾核电站提供，下列关于核能说法正确的是（　　） A．核反应堆是可控的链式反应装置 B．核能可直接转化为电能 C．核能是可再生能源 D．核能是原子内部的化学反应释放出来的能量 10. 记者2025年3月28日获悉，位于成都的新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现原子核和电子温度均突破1亿摄氏度大关，综合参数大幅跃升，中国可控核聚变技术取得重大进展。下列关于核能的利用说法正确的是（　　） A．“人造太阳”释放的核能是可再生能源 B．“人造太阳”利用核聚变获取能量 C．原子核是由质子和电子组成的，电子的直径小于原子的直径 D．利用核能发电是直接将核能转化成电能 11. 如图所示的白鹤滩水电站是实施西电东送”的国家重大工程，是世界在建规模最大的水电工程正式投运后，每年可向华东地区输送的电能，相当于火力发电站燃烧标准煤所获得的电能，标准煤的热值取，下列说法中错误的是（　　） A. 水能是可再生能源 B. 水电站将水的机械能转化为电能 C. 煤炭是不可再生能源 D. 火力发电站的发电效率为50% 12．核能的释放方式有两种： 变和 变；核能在自然界中是有限的，核能属于 能源。 13．核电站发电利用的是原子核发生 （填“裂变”或“聚变”）时释放的能量，其核能属于 （填“可再生”或“不可再生”）能源，其巨大能量来自图 （选填“A”或“B”）所示的核反应。 14．核能作为我国新型能源正被开发和利用，图示核反应堆中发生的是可控核 （选填“聚变”或“裂变”），核发电能量转换过程是核能→ → -→电能。 15. 如图所示是利用太阳能的三种主要方式，在现代生活中得到广泛利用。①太阳能热水器，②太阳能计算器，③绿色植物的生长，④太阳能汽车等，都是利用太阳能的实例，其中属于光热转换的是________，属于光化转换的是________（只需选填相关的序号）。 16. 2019年4月10日，人类发布了首张黑洞照片，为解开星系演化之谜提供了宝贵资枓。质量巨大的天体，像太阳一样，其内部一直发生着核 （选填“聚变”或“裂变”反应，并 （选填“吸收”或“释放”）大量的能量，当天体的能量即将耗尽时，在自身 （选填“重力”或“惯性”）的作用下发生塌缩，就形成了黑洞。 17. 光伏发电产业是我国低碳经济的亮点之一。光伏发电使用的太阳能板（如图）主要是将太阳能转化为 能，太阳能来自于太阳内部的核 （选填“聚”或“裂”）变。 18. 太阳能电池作为一种新能源产品，具有宽广的前景，它有哪些优点？它目前适用于哪些地方？ 19．2021年11月15日，国家能源核能供热商用示范工程二期450万平方米项目在山东海阳正式投产，依托海阳核电，利用核电余热供暖，使海阳成为全国首座零碳供暖城市。核能供暖主要是从核电机组二回路抽取蒸汽作为热源，通过厂内换热首站、厂外供热企业换热站进行多级换热，最后经市政供热管网将热量传递至最终用户。 （1）图甲所示的海阳核电站获得核能利用的是可控制的核 （选填“裂变”或“聚变”）。 （2）传统核电站的大体组成如图乙所示，核反应过程中放出大量的热量，这些热量在热交换器中加热水，使水 成高温高压的蒸汽进入蒸汽轮机。经过蒸汽轮机的蒸汽之后进入冷凝器 成水；（均填物态变化名称） （3）核能供暖主要是从核电机组二回路抽取蒸汽作为热源，在热交换器中加热供热水，将其传递至用户进行供暖。每个供暖季可节约原煤10万吨，这些原煤完全燃烧放出的热量为 J，如果这些热量的42%被水吸收，可以将 kg的水从20℃加热至80℃。[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，原煤的热值q=3×107J/kg] 20. 我国海阳核电厂在利用核能发电的同时给居民供暖。其工作流程如图所示，核燃料反应堆内有低浓度的铀-235，发生核反应后产生大量的热，一回路和二回路是两个互不相通的水循环回路，一回路的水流过核燃料反应堆的堆芯，带走核反应堆产生的热量，在蒸汽发生器中将热量传递给二回路的水，然后流回堆芯，二回路的水在蒸汽发生器中受热，产生大量高温水蒸气，水蒸气做功推动汽轮机发电，做功后的水蒸气冷凝后返回蒸汽发生器。核能供暖是将发电之后的低品位余热取出来通过管道送给居民。单个机组，如果仅供电，每秒提供的电能为；若在供电的同时进行供热，每秒提供的电能为、热量为，对单个机组核燃料反应堆产生的能量使用效率提高了3.2%。（标准煤的热值取） （1）核燃料反应堆中的铀-235是______（选填“可再生”或“不可再生”）能源。二回路中的水在蒸汽发生器中发生______（填物态变化名称）吸收热量； （2）在下列方框中补充完整核能发电的能量转化过程__________； （3）若给居民供热，相当于完全燃烧多少千克标准煤产生的热量？______ （4）单个机组核燃料反应堆每秒产生的能量为______J。 21．中国计划建造自己的热核实验反应堆，这个被称为“人造太阳”的热核聚变反应堆，可望为能源短缺的中国提供“用之不竭”的能源。想发生可控核聚变需要满足两个基本条件。一是要有高温高压的环境，地球上要想让两个轻核聚合在一起，最起码也要5000万摄氏度的温度，这样才能让两个带正电的轻核，具有足够的能量克服相互靠近时的静电斥力。二是要有一个“容器”将聚变材料“约束”起来。 托卡马克是一种利用磁约束来实现受控核聚变复杂的环形容器。如图所示，环心处有一欧姆线圈，四周是一个环形真空室，真空室的外部排列着环向场线圈和极向场线圈。当欧姆线圈中通以变化的电流时，在托卡马克的内部会产生巨大的涡旋电场，将真空室中的等离子体加热，再通过辅助加热手段，逐渐达到聚变需要的临界温度。同时，环形真空室中的高温等离子体形成的等离子电流与极向场线圈、环向场线圈共同产生磁场，在真空室区域内形成闭合磁笼子，将高温等离子体紧紧约束在真空室中。理论上讲，可控核聚变必须使等离子温度达到一亿摄氏度以上，并能稳定运行1000s以上，才能用于商业运行。 我国建成的利用磁约束来实现可控核聚变的环形容器，取名为“东方超环”，刚刚实现了101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行5000万度，创造了新的世界纪录。这标志着中国成为了世界上第一个实现稳态高约束模式运行持续时间达到百秒量级的国家。重要的是该装置是百分之百国产，没有用任何一个外国零部件。 请根据上述材料，回答下列问题： （1） 托卡马克装置中核聚变的原理和我国已经商业运行的核电站（如广东的大亚湾核电站）中核反应的原理 是 （填“相同”或“不同”）的。 （2）发生核聚变时，两个带正电的轻核需要具有很大的动能，以克服它们之间相互作用的静电 （填“吸引”或“排斥”）力，才能发生核融合。 （3）给托卡马克真空室里的等离子体加热称为“点火”，三个线圈中，首先给等离子体“点火”的是 线圈。根据材料介绍，“被加热的高温等离子体”与“真空室的内壁” （填“是”或“不是”）紧密接触的。 （4）2kg海水的提取物质经过核聚变相当于完全燃烧420kg汽油释放的热量。若汽油的热值为，则2kg海水的提取物质经过核聚变可放出 J的热量，这些热量完全被水吸收，可使 kg的水从20℃升高到100℃。 人教版2024九年级上册物理同步精讲精炼学案（全国通用） 第二十二章 能源与可持续发展 专题66 新能源的发展 物理观念：了解核能的特点及其来源与利用，知道太阳能的由来，了解利用太阳能的方式及其新进展，能利用能源的知识解释生活中的有关现象。 科学思维：了解核能利用及核废料处理的实例，能表达自己的观点，具有初步的科学论证能力。 科学探究：结合实例认识地球上的大部分能源源于太阳能，能提出问题，能用能量转化和转移的观点形成猜想与假设。 科学态度与责任：通过了解我国在核能利用方面的新成就，增强民族自豪感和使命感，体会新能源开发对人类生存和社会发展的推动作用。 贯彻本节课核心素养目标，必须完成以下精细化的学习目标 1.知道核能的优点和可能带来的问题。了解我国和世界利用核能的新进展。 2.了解核裂变、核聚变。 3.知道太阳能的由来及特点。 4.大致了解太阳能的利用方式及其新进展。 本节课重点难点 重点：核能的特点与应用；太阳能的来源与利用。 难点：裂变和聚变；太阳能的利用。 知识点1. 核能 1. 原子核的组成 原子核通常由质子和中子组成，质子带正电荷，其电荷量跟电子的电荷量相等，中子不带电；质子的质量大约是电子的1836倍，中子和质子的质量几乎相同。质子和中子构成非常小的原子核，就像几颗豆粒挤在一个非常大的广场中央。 2. 核能 （1）核能：质子、中子依靠强大的核力紧密地结合在一起，因此原子核十分牢固，要使它们分裂或结合是极其困难的。但是，一旦质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互结合，就有可能释放出惊人的能量。这种能量就是核能。 （2）释放核能的方式：核裂变和核聚变。 3. 裂变 （1）裂变：1934至1938年，科学家先后用中子轰击质量比较大的铀235原子核，使其发生裂变，发现一个核分裂成两个质量中等大小的原子核，同时释放出大量的能量。奇妙的是，铀235核在分裂成两个别的原子核的时候，又放出2至3个中子。 （2）链式反应 当中子轰击铀核时，铀核发生裂变，释放大量核能的同时产生出几个新的中子，这些中子又会轰击其他铀核……于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能。这就是裂变中的链式反应。 （3）裂变的应用 ①原子弹：链式反应如果不加以控制，大量原子核就在一瞬间发生裂变，释放出极大的能量。根据这一原理，在人类实现可控核裂变大约三年后，即1945年，利用不加控制的核裂变制造的毁灭性武器——原子弹爆炸了。 ②核电站 核电站利用裂变产生的核能发电，它的核心设备是核反应堆。1942年，人类利用核反应堆第一次实现了可控制的铀核裂变。 a. 核反应堆：核反应堆是原子核发生链式反应的场所，它能够控制链式反应的速度，缓慢、平稳地释放核能的装置。 b. 核电站的工作原理及能量转化 核电站将反应堆中放出的核能转化为高温蒸汽的内能，通过汽轮机转化为机械能，再通过发电机转化为电能。核电站发电时的能量转化情况：核能→内能→机械能→电能。 c. 我国的一些核电站 我国自主设计、制造的核电站具有世界先进水平。其中“华龙一号”核电站是由中国核工业集团公司和中国广核集团在30余年核电科研、设计、制造、建设和运行经验的基础上，根据福岛核事故经验反馈以及中国和全球最新安全要求，研发的先进百万千瓦级压水堆核电技术，具有完全自主知识产权的三代压水堆核电创新成果，是中国核电机组发展的主力堆型，是中国核电走向世界的“国家名片”，是中国核电创新发展的重大标志性成果。 4. 聚变 （1）聚变：如果将某些质量很小的原子核，例如氘核（由一个质子和一个中子构成）与氚核（由一个质子和两个中子构成），在超高温下结合成新的原子核——氦核，也会释放出巨大的核能，这就是聚变，也称为热核反应。 （2）氢弹：氘核和氚核都属于氢核的一种。大量氢核的聚变，可以在瞬间释放惊人的能量。氢弹利用的就是聚变瞬间释放的能量。 （3）太阳内部的聚变：在太阳内部，氢原子核在超高温下发生聚变，释放出巨大的核能。太阳核心每时每刻都在发生氢弹爆炸，比原子弹爆炸的威力更大。太阳核心释放的能量向外扩散，可以传送到太阳表面。太阳表面温度约为6000℃，就像一个高温气体组成的海洋。大部分太阳能以热和光的形式向四周辐射出去。 （4）海水中的核能：如何实现可控聚变，如何利用可控聚变释放的核能，科学家正在积极地探索着。海水中蕴藏着丰富的、可以实现聚变的氘核。1升海水所含氘产生的聚变能等同于300升汽油所释放的能量。海水中氘的储量可使人类使用几十亿年。 5. 核电站和核废料处理 核反应堆是通过可控裂变反应释放核能的设备。反应堆内的铀核发生裂变时，会释放能量，也会产生放射线。如果放射线泄漏到反应堆外面，会对人和其他生物造成伤害，所以核反应堆都封闭在一个厚厚的钢筋混凝土壳中。 （1）核泄漏的危害。核电站一旦发生核泄漏事故，就可能产生严重的危害，所以核电站的安全性应得到高度重视。为此，科学家们制订了严格的安全措施和安全标准。 （2）核电站严格的安全措施和安全标准。 （3）核废料的处理。核电站使用过的核燃料成为核废料。由于核废料仍具有放射性，对环境会造成相当大的危害，因此要将核废料深埋到人迹稀少的沙漠地带。 知识点2. 太阳能 1. 储存在化石燃料中的太阳能 远古时期陆地和海洋中的植物，通过光合作用，将太阳能转化为生物体的化学能。在它们死后，躯体埋在地下和海底，经过几百万年的沉积、化学变化、地层的运动，在高压下渐渐变成了石油和煤。在石油形成过程中还放出天然气。 2. 直接利用太阳能 （1）光热转化：集热器收集阳光中的能量来加热水等物质，把太阳能直接转化为内能。 （2）光化转化：利用植物等将太阳能转化为化学能。 （3）光电转化：利用太阳能电池板直接转化电能。 太阳能电池在生活、生产、航空航天、交通、通信等领域中有着重要的应用。 3. 一些新能源 （1）海洋能：海洋能也是人们可以利用的新能源，都可以用来发电。我国建设了数座潮汐电站，潮汐能不是来源于太阳能。潮汐能是因月球引力的变化引起潮汐现象，导致海平面周期性升降，因海水涨落及潮水流动所产生的能量。 （2）风能：风能也是人们可以利用的新能源，都可以用来发电。我国建成了许多“风车田”，场面蔚为壮观。 原子弹爆炸和核电站发电对核裂变的应用存在模糊认识 1. 首先要知道核裂变的含义‌：指一个‌重原子核‌（如铀-235、钚-239）在‌中子轰击‌下分裂成两个或多个‌中等质量原子核‌，同时释放‌大量能量‌和‌2~3个中子‌的过程。 2. 核裂变触发条件是‌：必须有‌中子轰击‌‌可裂变核燃料‌（如铀-235）。 3. 持续裂变的条件‌：裂变释放的中子继续轰击其他核，形成‌持续链式反应‌。 4. 是否可控‌决定用途：不可控→原子弹爆炸（瞬间释放巨大能量）。可控‌→核电站发电（通过‌控制棒‌吸收多余中子，维持稳定反应速率）。 核聚变及其应用问题解题思路 1.知道核聚变的含义：聚变是指‌两个较轻的原子核‌（如氘和氚）在‌极高温度和压力下‌结合成一个‌较重的原子核‌（如氦核），同时释放出巨大能量的过程。 2. 明确核聚变与裂变的区别：裂变是“重核分裂”，聚变是“轻核聚合”。 3. ‌掌握典型应用实例‌ （1）‌自然界中的聚变‌：太阳内部持续发生氢核聚变成氦核的反应，是太阳发光发热的根本原因。 （2）‌氢弹：氘核和氚核都属于氢核的一种。大量氢核的聚变，可以在瞬间释放惊人的能量。氢弹利用的就是聚变瞬间释放的能量。 （3）‌未来理想能源‌：可控核聚变（如“人造太阳”），目前仍在研发中，尚未商用。 考点1. 核能及其利用 【例题1】如图所示为江苏省连云港市的田湾核电站发电流程图，在核电站的发电过程中，核能的获取途径及能量转化顺序正确的是（ ） A．聚变：核能→内能→化学能→电能 B．聚变：核能→内能→机械能→电能 C．裂变：核能→内能→机械能→电能 D．裂变：核能→内能→化学能→电能 【答案】C. 【解析】本题介绍了利用核能发电的基本流程，核反应堆通过裂变把核能转化为水蒸气的内能，通过汽轮机把内能转化为机械能，再通过发电机把机械能转化为电能。 （变式练1）关于原子核和核能，下列说法正确的是（　　） A. 核反应堆发生的是可控链式反应 B. 核能是可再生能源也是二次能源 C. 原子核占据了原子的大部分空间 D. 原子核是由电子组成的 【答案】A 【解析】A．核反应堆，是核的裂变，是可控的链式反应，故A正确； B．核能是不可再生能源也是一次能源，故B错误； C．原子核居于原子的中内，占原子很小的空间，故C错误； D．原子核是由质子和中子组成的，故D错误。 （变式练2）如图所示是一种核反应的过程，这种反应的原理可用于制造（　　） A．原子弹 B．氢弹 C．导弹 D．普通炮弹 【答案】B 【解析】AB．由图可知，该反应为聚变反应，可以用来制作氢弹；原子弹是利用核裂变的原理来工作的。故B符合题意，A不符合题意； CD．导弹、普通炮弹都没有用到核反应。故CD不符合题意。故选B。 （变式练3）如图，用中子轰击质量较大的铀核，变成两个质量中等的原子核和新的中子，使其发生___变，同时释放巨大的_____能。 产生的新中子又会轰击其他的铀核，于是发生了______反应。如果这种反应加以控制，就可以用来发电，如果不加以控制就可以用来制造原子弹。 【答案】裂，核，链式。 【解析】用中子轰击质量比较大的铀核，使其发生分裂并释放新的中子，在分裂的同时会释放巨大的能量，这种获得核能的方式叫核裂变。 产生的新中子又会轰击其他的铀核，于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能，这就是核裂变中的链式反应。 考点2. 太阳能及其利用 【例题2】长潭高速全程安装了如图所示的“风光互补”路灯，该路灯内的蓄电池分别将风力发电机和太阳能电池板获得的电能储存起来，供夜间照明使用，下列说法正确的是（　　）      A．风力发电机主要将机械能转化为电能 B．风力发电机主要将电能转化为机械能 C．太阳能电池板主要将太阳能转化为内能 D．太阳能电池板主要将电能转化为风扇的机械能 【答案】A 【解析】AB．风力发电机在发电时，消耗风能，即机械能，产生电能，故是将机械能转化为电能的过程，故A正确，B错误； CD．太阳能电池板是消耗太阳能，产生电能，将太阳能转化为电能，故CD错误。故选A。 （变式练1）太阳是人类能源的宝库，下述关于太阳能的说法中错误的是（ ） A．太阳能是核反应产生的 B．光合作用是太阳能转换为化学能 C．煤、石油、天然气都是太阳能的产物 D．自然界的风能、水能、潮汐能也都来自太阳能 【答案】D 【解析】太阳能是内部原子核聚变产生出来的能量，故A正确；光合作用是太阳能转换为化学能，故B正确；地球上很多能源都间接来自太阳能，如现在人类使用的主要能源煤、石油、天然气等都是由太阳能转化而来的，故C正确；风能，水能都是因为地球吸收了太阳的能量形成的；潮汐能不是，是由地球和天体运动以及它们之间的相互作用而引起的，故D错误，故选D． （变式练2）如图是“太阳能”路灯示意图。太阳能来源于太阳内部发生的 ，给蓄电池充电时蓄电池相当于电路中的 ，控制器中的集成电路是用 材料制成。 【答案】 核聚变 用电器 半导体 【解析】太阳能来源于太阳内部发生的核聚变反应，这种能源清洁、无污染，是人类追求的终极能源。 给蓄电池充电，是将电能转化成化学能储存在蓄电池中，消耗了电能，故给蓄电池充电时，蓄电池相当于电路中的用电器。 因为半导体材料有着良好的导电性能，所以控制器中的集成电路通常用半导体材料制成。 （变式练3）卡塔尔世界杯上呈现许多中国元素，其中的哈尔萨光伏电站就是中国电力建设集团承建，为世界杯所有场馆提供绿电，这些电能全部来自多哈以西约80公里荒漠中的200万块太阳能电池板。据查：1m2的晶硅太阳能板的电功率为120瓦，每天发电时间8小时。太阳能电池板给蓄电池充电时， 能转化 能；如果100m2的太阳能板发电一天的能量用燃烧天然气来提供，需要 m3天然气。（天然气的热值q＝3.6×107J/m3）    【答案】电，化学，9.6。 【解析】利用太阳能电池板给蓄电池充电时，电池板将太阳能转化电能，再转化为化学能，这样就可以将能量储存起来供需要时使用。 100m2的太阳能板发电一天的能量Q=W=100×120W×8×3600s=3.456×108J 需要天然气的体积 1. 目前人类大规模利用核能发电的方式属于（　　） A. 可控核裂变 B. 可控核聚变 C. 不可控核裂变 D. 不可控核聚变 【答案】A 【解析】目前核聚变还不可控，原子弹利用了不可控核裂变，氢弹利用了不可控核聚变，核电站利用的是可控核裂变将核能转化为电能发电，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。 2.新能源又称非常规能源，指传统能源之外的各种能源。以下既属于新能源又属于不可再生能源的 是（　　） A．太阳能 B．地热能 C．石油 D．核能 【答案】D 【解析】新能源是指传统能源之外的各种能源形式，如太阳能、风能、地热能、核能等。不可再生能源是指短期内无法再生或循环使用的能源。 A．太阳能是新能源；太阳能是来自太阳的辐射能量，取之不尽、用之不竭，属于可再生能源。故A不符合题意； B．地热能是新能源；地热能是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形式存在，是可再生能源。故B不符合题意； C．石油是古代海洋或湖泊中的生物经过漫长的演化形成，属于生物沉积变油，其形成过程非常缓慢，是不可再生能源，但它属于传统能源，不是新能源。故C不符合题意； D．核能是通过核反应从原子核释放的能量，需要核燃料，而核燃料（如铀等）在地球上的储量是有限的，一旦消耗就难以再生，同时核能属于新能源。故D符合题意。故选D。 3．阳江核电站是我国广东省的第四座核电站。下列关于核能和核能发电的说法中，正确的是（　　） A．核能是一次能源，利用核裂变发电 B．核能是一次能源，利用核聚变发电 C．核能是二次能源，利用核裂变发电 D．核能是二次能源，利用核聚变发电 【答案】A 【解析】一次能源是指直接取自自然界没有经过加工转换的各种能量和资源，核能是直接通过核反应所得，不是其他能量转换的，为一次能源。获得核能的途径有核聚变和核裂变，目前核电站发电机利用的是核裂变发电，人类尚未实现可控核聚变的商业化应用。故A正确，BCD错误。故选A。 4．2025年1月20日中国有“人造太阳”之称的EAST创造了新世界纪录，实现1亿摄氏度1066秒 稳态运行，突破核聚变的控制难题，标志着核能源研究重大跨越。关于核能的利用，下列说法正确 的是（　　） A．核能是属于可再生能源 B．核聚变反应中，核能转化为内能 C．核聚变和核裂变的原料是相同的 D．核聚变反应中，核能转化为化学能 【答案】B 【解析】A．核能是利用核反应从原子核释放的能量，其原料如铀、钚等在自然界中的储量是有限的，用完后短期内无法再生，核聚变的主要原料氘虽然在海水中储量丰富，但氚需要人工制造且储量相对有限，因此核能属于不可再生能源，故A错误； B．核聚变是轻原子核融合成较重原子核的过程，会释放出巨大能量，使得反应区域温度极高，实现了核能到内能的转化，故B正确； C．核聚变的燃料是氘和氚等轻核，而核裂变的燃料是铀、钚等重核，二者原料不同，故C错误； D．核聚变反应中，是核能转化为内能、光能等，并非化学能，故D错误。故选B。 5. （2024山西）近年来风能和太阳能发电逐渐增多。为增加供电稳定性，需要储能系统进行调节。研究发现可利用“深井拉铁”技术储存电能，还能实现废旧矿井的再利用。如图所示，用电低峰时，电动机利用多余电能将重物提升至高处；用电高峰时，重物下降带动发电机发电。下列说法正确的是（　　） A. 风能和太阳能都属于不可再生能源 B. 用电低峰时，重物上升，机械能转化为电能 C. 用电高峰时，重物下降，电能转化为机械能 D. 重物质量一定，井越深，能储存的电能越多 【答案】D 【解析】A．风能和太阳能都是自然界源源不断从自然界获得的能源，是可再生能源，故A错误； B．用电低峰时，电动机利用多余电能将重物提升至高处，重物上升，电能转化为机械能，故B错误； C．用电高峰时，重物下降带动发电机发电，重物下降，机械能转化为电能，故C错误； D．重物质量一定，井越深，重物被提升的高度越大，重物具有的机械能越多，能储存的电能越多，故D正确。故选D。 6．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。如图所示是核电站发电和供电流程图：以核反应堆来代替火力发电站的锅炉，以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量来加热水，推动汽轮机带动发电机旋转，从而产生电，下列有关说法正确的是（　　） A．核能和太阳能一样均属于一次能源，同时核能又属于可再生能源 B．核电站发电的能量转化过程是：核能→内能→机械能→电能 C．核电站发电原理与太阳释放能量的原理相同 D．核反应堆中发生的链式反应是不可控制的 【答案】B 【解析】A．核能和太阳能都可以直接从自然界获取，属于一次能源；核能需要用到铀，像铀矿这类矿物能源，一旦消耗就很难再生，是不可再生能源，故A错误； B．核能发电是利用铀原子核裂变时放出的核能来加热水，使之变成蒸汽，蒸汽通过管路进入汽轮机，推动汽轮机带着发电机旋转，从而产生电，能量转化过程是：核能→内能→机械能→电能，故B正确； C．核电站发电原理是利用核裂变释放的能量，太阳释放能量的原理是利用核聚变释放的能量，则核电站发电原理与太阳释放能量的原理不相同，故C错误； D．核电站发电是利用核反应堆中发生可控的链式反应释放的能量来发电的，故D错误。 故选B。 7. 中国科技发展日新月异，对以下重大成果中涉及的物理知识解释不正确的是（　　） A．白鹤滩水电站年均发电量624亿千瓦时——水力发电是将机械能转化为电能 B．“天问二号”小行星探测器遨游太空——探测器在太空中通过电磁波与地面站联系 C．中国空间站利用太阳能电池板供电——太阳能属于清洁能源 D．中国突破了“人造太阳”1亿摄氏度持续1000秒的技术——该反应为核裂变 【答案】D 【解析】A．水力发电通过水的机械能带动发电机转化为电能，故A正确，不符合题意； B．电磁波可在真空中传播，探测器通过电磁波与地面联系，故B正确，不符合题意； C．太阳能无污染且可再生，属于清洁能源，故C正确，不符合题意； D．“人造太阳”通过核聚变释放能量（类似太阳内部反应），而非核裂变，故D错误，符合题意； 故选D。 8. 中国成功研发出了先进核裂变能——钍基熔盐堆的第4代核反应堆发电技术，于2021年9月底在甘肃武威启动试运行，创造了又一项奇迹，其技术应用属于世界首次。钍基熔盐堆具有产生的核废料非常少、使用氟化盐作为冷却剂无需耗费大量水资源和热转换效率高等显著优点。下列有关钍基熔盐堆的说法正确的是（　　） A. 钍基熔盐堆不产生核废料 B. 钍基熔盐堆需要大量水作冷却剂，因此不可以建在内陆 C. 钍基熔盐堆的热转换效率比传统的核反应堆还要低 D. 钍基熔盐堆是利用核裂变放出的能量 【答案】D 【解析】A．由题意可知，钍基熔盐堆具有产生的核废料非常少，不是不产生核废料，故A错误； B．由题意可知，钍基熔盐堆使用氟化盐作为冷却剂无需耗费大量水资源，因此可以建在内陆，故B错误； C．由题意可知，钍基熔盐堆具有热转换效率高等显著优点，故C错误； D．钍基熔盐堆是利用核反应堆的裂变的可控链式反应放出的能量，故D正确。故选D。 9．粤港澳大湾区的电力由大亚湾核电站提供，下列关于核能说法正确的是（　　） A．核反应堆是可控的链式反应装置 B．核能可直接转化为电能 C．核能是可再生能源 D．核能是原子内部的化学反应释放出来的能量 【答案】A 【解析】A．核电站的核心是核反应堆，它以铀为核燃料，核反应堆中发生的核裂变反应是可以控制的，故A正确； B．核能会先转化为内能，然后内能对外做功，机械能转化为电能，故 B错误； C．核能是不可再生能源，故C错误； D．核电机组发电的过程是将核裂变产生的核能，不是原子内部的化学反应释放出来的能量，故D错误。故选A。 10. 记者2025年3月28日获悉，位于成都的新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现原子核和电子温度均突破1亿摄氏度大关，综合参数大幅跃升，中国可控核聚变技术取得重大进展。下列关于核能的利用说法正确的是（　　） A．“人造太阳”释放的核能是可再生能源 B．“人造太阳”利用核聚变获取能量 C．原子核是由质子和电子组成的，电子的直径小于原子的直径 D．利用核能发电是直接将核能转化成电能 【答案】B 【解析】A．“人造太阳”释放的核能短时间内不能再生，属于不可再生能源，故A错误； B．太阳内部时刻发生着核聚变，“人造太阳”也是利用核聚变获取能量的，故B正确； C．原子核是由质子和中子构成的，原子是由原子核和电子构成的，电子的直径远小于原子的直径，故C错误； D．核能发电是先将核能转化为内能，内能再转化为机械能，机械能最后再转化为电能，故D错误。 故选 B。 11. 如图所示的白鹤滩水电站是实施西电东送”的国家重大工程，是世界在建规模最大的水电工程正式投运后，每年可向华东地区输送的电能，相当于火力发电站燃烧标准煤所获得的电能，标准煤的热值取，下列说法中错误的是（　　） A. 水能是可再生能源 B. 水电站将水的机械能转化为电能 C. 煤炭是不可再生能源 D. 火力发电站的发电效率为50% 【答案】D 【解析】A．水能是可再生能源，能够从自然界中源源不断地获得，故A正确，A不符合题意； B．水电站是利用水的机械能来发电的，将水的机械能转化为电能，故B正确，B不符合题意； C．煤炭是化石能源，一旦消耗短时间内无法再生，故煤炭是不可再生能源，故C正确，C不符合题意； D．燃烧标准煤所获得的热量为 每年可向华东地区输送的电能，火力发电站的发电效率为 故D错误，D符合题意。故选D。 12．核能的释放方式有两种： 变和 变；核能在自然界中是有限的，核能属于 能源。 【答案】裂，聚；不可再生 【解析】核能释放的两种方式是核裂变和核聚变，如核电站利用铀核裂变，太阳内部的氢核聚变。 核能所利用的核燃料在自然界中储量有限，且不能在短期内再生，因此属于不可再生能源。 13．核电站发电利用的是原子核发生 （填“裂变”或“聚变”）时释放的能量，其核能属于 （填“可再生”或“不可再生”）能源，其巨大能量来自图 （选填“A”或“B”）所示的核反应。 【答案】 裂变 不可再生 A 【解析】核电站发电利用的是原子核发生裂变时释放的能量，利用了裂变的链式反应释放出巨大能量。 不可再生能源：不可能在短期内从自然界得到补充的能源。核能利用的矿物质在短时间不可再生，因此属于不可再生能源。 其巨大能量来自核裂变反应，图中A是裂变反应图，B是聚变反应图，故选A。 14．核能作为我国新型能源正被开发和利用，图示核反应堆中发生的是可控核 （选填“聚变”或“裂变”），核发电能量转换过程是核能→ → -→电能。 【答案】 裂变 内能 机械能 【解析】核电站是利用核裂变来进行发电的。 核电站发电过程中，先是将核裂变产生的核能转化为内能，内能对外做功，转化为机械能，然后机械能再通过发电机转化为电能。 15. 如图所示是利用太阳能的三种主要方式，在现代生活中得到广泛利用。①太阳能热水器，②太阳能计算器，③绿色植物的生长，④太阳能汽车等，都是利用太阳能的实例，其中属于光热转换的是________，属于光化转换的是________（只需选填相关的序号）。 【答案】①；③ 【解析】太阳能在生活中的应用一般都是转化为其它形式的能量进行使用。 ①太阳能热水器是太阳能转化为内能的装置，属于光热转换； ②太阳能计算器是太阳能转化为电能，属于光电转换； ③绿色植物的生长是太阳能转化为化学能，属于光化转换； ④太阳能汽车是太阳能转化为电能，属于光电转换。 16. 2019年4月10日，人类发布了首张黑洞照片，为解开星系演化之谜提供了宝贵资枓。质量巨大的天体，像太阳一样，其内部一直发生着核 （选填“聚变”或“裂变”反应，并 （选填“吸收”或“释放”）大量的能量，当天体的能量即将耗尽时，在自身 （选填“重力”或“惯性”）的作用下发生塌缩，就形成了黑洞。 【答案】聚变，释放，重力。 【解析】太阳内部不断发生着核聚变，巨大的天体，像太阳一样，所以其内部也不断发生着核聚变，发生核聚变时，两个轻原子核聚变为一个重原子核，同时释放出能量。 当天体的能量即将耗尽，由于天体自身重力很大，在自身重力作用下会发生塌缩。 17. 光伏发电产业是我国低碳经济的亮点之一。光伏发电使用的太阳能板（如图）主要是将太阳能转化为 能，太阳能来自于太阳内部的核 （选填“聚”或“裂”）变。 【答案】 电 聚 【解析】太阳能板吸收太阳能，将太阳能转化为电能。 在太阳内部，氢原子核在超高温作用下发生聚变，释放巨大的核能 18. 太阳能电池作为一种新能源产品，具有宽广的前景，它有哪些优点？它目前适用于哪些地方？ 【答案】见解析。 【解析】太阳能电池具有使用寿命较长、没有污染的特点。太阳能电池目前主要在航空、航天、通信等领域中应用；在日常生活中也用于照明、计算器、手表等耗电少、工作电压低的用电器。具有一定规模的光伏电站发电网。 19．2021年11月15日，国家能源核能供热商用示范工程二期450万平方米项目在山东海阳正式投产，依托海阳核电，利用核电余热供暖，使海阳成为全国首座零碳供暖城市。核能供暖主要是从核电机组二回路抽取蒸汽作为热源，通过厂内换热首站、厂外供热企业换热站进行多级换热，最后经市政供热管网将热量传递至最终用户。 （1）图甲所示的海阳核电站获得核能利用的是可控制的核 （选填“裂变”或“聚变”）。 （2）传统核电站的大体组成如图乙所示，核反应过程中放出大量的热量，这些热量在热交换器中加热水，使水 成高温高压的蒸汽进入蒸汽轮机。经过蒸汽轮机的蒸汽之后进入冷凝器 成水；（均填物态变化名称） （3）核能供暖主要是从核电机组二回路抽取蒸汽作为热源，在热交换器中加热供热水，将其传递至用户进行供暖。每个供暖季可节约原煤10万吨，这些原煤完全燃烧放出的热量为 J，如果这些热量的42%被水吸收，可以将 kg的水从20℃加热至80℃。[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，原煤的热值q=3×107J/kg] 【答案】（1）裂变；（2）汽化，液化；（3）3×1015，5×109 【解析】（1）核电站是利用原子核裂变发生可控链式反应时释放的大量热量来发电的。 （2）液态水变成气态的水蒸气，水发生了汽化现象，蒸汽进入冷凝器之后，变成水，是气态变为液态，发生了液化现象。 （3）10万吨原煤完全燃烧放出的热量 Q放=qm煤=3×107J/kg×10×107kg=3×1015J 这些热量的42%被水吸收，则水吸收的热量 Q吸=42%×Q放=42%×3×1015J=1.26×1015J 由Q吸=cm∆t可知水的质量为 20. 我国海阳核电厂在利用核能发电的同时给居民供暖。其工作流程如图所示，核燃料反应堆内有低浓度的铀-235，发生核反应后产生大量的热，一回路和二回路是两个互不相通的水循环回路，一回路的水流过核燃料反应堆的堆芯，带走核反应堆产生的热量，在蒸汽发生器中将热量传递给二回路的水，然后流回堆芯，二回路的水在蒸汽发生器中受热，产生大量高温水蒸气，水蒸气做功推动汽轮机发电，做功后的水蒸气冷凝后返回蒸汽发生器。核能供暖是将发电之后的低品位余热取出来通过管道送给居民。单个机组，如果仅供电，每秒提供的电能为；若在供电的同时进行供热，每秒提供的电能为、热量为，对单个机组核燃料反应堆产生的能量使用效率提高了3.2%。（标准煤的热值取） （1）核燃料反应堆中的铀-235是______（选填“可再生”或“不可再生”）能源。二回路中的水在蒸汽发生器中发生______（填物态变化名称）吸收热量； （2）在下列方框中补充完整核能发电的能量转化过程__________； （3）若给居民供热，相当于完全燃烧多少千克标准煤产生的热量？______ （4）单个机组核燃料反应堆每秒产生的能量为______J。 【答案】 （1）不可再生 汽化 （2）机械能 （3） 1.8×108 （4）5×109 【解析】（1）核燃料反应堆中的铀-235在短时间内不能再生，是不可再生能源。 二回路中的水在蒸汽发生器中变成水蒸气，发生汽化，吸收热量。 （2）由图得，核能先转化为内能，再转化为机械能推动汽轮机，产生电能。 （3）依题意得，标准煤产生的热量为 由得，标准煤完全燃烧的质量为 （4）依题意得，单个机组，如果仅供电，每秒提供的电能为；若在供电的同时进行供热，每秒提供的电能为、热量为，对单个机组核燃料反应堆产生的能量使用效率提高了3.2%，则 单个机组核燃料反应堆每秒产生的能量为 21．中国计划建造自己的热核实验反应堆，这个被称为“人造太阳”的热核聚变反应堆，可望为能源短缺的中国提供“用之不竭”的能源。想发生可控核聚变需要满足两个基本条件。一是要有高温高压的环境，地球上要想让两个轻核聚合在一起，最起码也要5000万摄氏度的温度，这样才能让两个带正电的轻核，具有足够的能量克服相互靠近时的静电斥力。二是要有一个“容器”将聚变材料“约束”起来。 托卡马克是一种利用磁约束来实现受控核聚变复杂的环形容器。如图所示，环心处有一欧姆线圈，四周是一个环形真空室，真空室的外部排列着环向场线圈和极向场线圈。当欧姆线圈中通以变化的电流时，在托卡马克的内部会产生巨大的涡旋电场，将真空室中的等离子体加热，再通过辅助加热手段，逐渐达到聚变需要的临界温度。同时，环形真空室中的高温等离子体形成的等离子电流与极向场线圈、环向场线圈共同产生磁场，在真空室区域内形成闭合磁笼子，将高温等离子体紧紧约束在真空室中。理论上讲，可控核聚变必须使等离子温度达到一亿摄氏度以上，并能稳定运行1000s以上，才能用于商业运行。 我国建成的利用磁约束来实现可控核聚变的环形容器，取名为“东方超环”，刚刚实现了101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行5000万度，创造了新的世界纪录。这标志着中国成为了世界上第一个实现稳态高约束模式运行持续时间达到百秒量级的国家。重要的是该装置是百分之百国产，没有用任何一个外国零部件。 请根据上述材料，回答下列问题： （2） 托卡马克装置中核聚变的原理和我国已经商业运行的核电站（如广东的大亚湾核电站）中核反应的原理 是 （填“相同”或“不同”）的。 （2）发生核聚变时，两个带正电的轻核需要具有很大的动能，以克服它们之间相互作用的静电 （填“吸引”或“排斥”）力，才能发生核融合。 （3）给托卡马克真空室里的等离子体加热称为“点火”，三个线圈中，首先给等离子体“点火”的是 线圈。根据材料介绍，“被加热的高温等离子体”与“真空室的内壁” （填“是”或“不是”）紧密接触的。 （4）2kg海水的提取物质经过核聚变相当于完全燃烧420kg汽油释放的热量。若汽油的热值为，则2kg海水的提取物质经过核聚变可放出 J的热量，这些热量完全被水吸收，可使 kg的水从20℃升高到100℃。 【答案】（1）不同（2） 斥力 （3）欧姆 不是 （4） 【解析】（1）核裂变缺点之一是产生有害的核废料，我国已经商业运行的核电站利用的是核裂变原理，托卡马克装置利用的是核聚变原理，故它们的原理是不同的。 （2）发生核聚变时，两个轻核带正电，它们带同种电荷，根据同种电荷相互排斥的原理可知，它们需要有很大的动能，才能克服它们之间的经典排斥力，发生核融合。 （3）当欧姆线圈中通以变化的电流时，在托卡马克的内部会产生巨大的涡旋电场，将真空室中的等离子体加热，再通过辅助加热手段，逐渐达到聚变需要的临界温度”；因此首先给等离子体“点火”的是欧姆线圈。 环形真空室中的高温等离子体形成的等离子电流与极向场线圈、环向场线圈共同产生磁场，在真空室区域内形成闭合磁笼子，将高温等离子体紧紧约束在真空室中，因此，“被加热的高温等离子体”与“真空室的内壁”不是紧密接触的。 （4）420kg汽油释放的热量 2kg海水的提取物质经过核聚变可放出相当于完全燃烧420kg汽油释放的热量，2kg海水的提取物质经过核聚变可放的热量为 这些热量完全被水吸收，可使水从20℃升高到100℃的质量为 学科网（北京）股份有限公司 $