浙教版科学2022-2023学年上学期九年级“冲刺重高”讲义（三十五）：核能【word，含答案】

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，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。
二、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。
三、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。
例1、下列关于核能的说法中不正确的是( )
A. 核电站是利用原子核裂变的链式反应产生的能量来发电的
B. 如果对裂变的链式反应不加控制，会在极短时间内释放巨大的能量，发生猛烈爆炸
C. 氢弹是利用轻核聚变制成的核武器
D. 原子弹是利用轻核聚变或重核裂变制成的核武器
例2、如图所示是三门核电站的建筑图，下列关于核电站的说法正确的是（　　）
A．核电站发电的能量转化形式是核能→内能→机械能→电能
B．核电站的发电原理与太阳的热核反应相同
C．核反应产生的辐射都是有害的
D．核反应都是可以控制的
例3、阅读嫦娥五号部分探月任务，完成相应问题。
嫦娥五号探测器，由轨道器、返回器、着陆器、上升器四部分组成，后续在经历地月转移、近月制动、环月飞行后，着陆器和上升器组合体将与轨道器和返回器组合体分离，轨道器携带返回器留轨运行，着陆器承载上升器择机实施月球正面预选区域软着陆，按计划开展月面自动采样等后续工作.
①2020年11月23日18时30分，长征五号遥五运载火箭开始加注液氧液氢低温推进剂。
②2020年12月4日，旗开月表，五星闪耀，该面国旗以国产高性能芳纶纤维材料为主，能够抵御月表恶劣的环境，做到不褪色、不串色、不变形。
③12月1日22时57分，嫦娥五号探测器像跳伞运动员一样在深空完成一系列高难度动作：主动减速、快速调整、接近、悬停避障、缓速下降和自由下落阶段。
④2020年12月2日4时53分，探月工程嫦娥五号着陆器和上升器组合体完成了月球土壤钻取采样及封装，月壤中富集了大量的氦－3，氦-3的最重大潜在价值是用作核能发电的燃料。试分析：
（1）长征五号遥五运载火箭利用液氢做燃料，是因为液氢具有________、无污染的优点。
（2）嫦娥五号探测器所携带国旗的材料主要是________（“有机合成材料”、“金属材料”、“无机非金属材料”）。
（3）嫦娥五号探测器主动减速下降时机械能__________。
A.增大 B.减小 C.不变 D.先增大后减小
（4）对于利用氦-3进行核能发电，下列分析正确的是________。
A.需要提供超高温条件 B.需要提供适量的中子轰击
C.不会产生放射性射线 D.也称为热核反应
（5）对于留置在月面的着陆器，其表面有部分材料是铁制品，试分析该铁制品时间久了很是否会生锈，原因是________。
1.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. 核电站发电和原子弹爆炸时发生的链式反应，都是不加控制的
2.如图用中子轰击铀-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
3.近日“流浪地球”正在各大影院热映，吸引了大量观众。
（1）在我们在看电影时，坐在影院中各个不同位置的观众都能清晰地看到荧幕上的影像，这属于光的________反射现象。
（2）为了推动地球，影片中地球人建造了万台超级聚变发动机，这些发动机喷射火焰产生推力，从而推动地球逃离太阳系，下列选项中的事物原理相同的是
A.喷气式飞机 B.火箭 C.汽车 D.轮船
（3）影片中提到地球发动机的能量来自“重元素聚变”。核聚变这个概念我们并不陌生，请例举你所知道的一项核聚变的具体实例________.
4.常见的射线有：α射线、β射线、γ射线。
（1）α射线：一束在电场中偏向________极板的射线，α粒子就是氦原子核。
（2）β射线：是一种带负电的高速运动的________，具有很强的贯穿本领。
（3）γ射线：是一种波长很短的电磁波，其穿透本领最________。主要应用：可用来检测钢板或纸张的厚度，金属内部的砂眼及裂缝；可用来检查和医治恶性肿瘤，照射种子使种子变异，培育优良品种；可用该射线做手术——________。
5．中科院的“人造太阳”EAST物理实验获重大突破，实验中首次实现持续时间达102秒的超高温长脉冲等离子体放电，为目前世界最长。
（1）“人造太阳”获得核能的方式是　 　。
（2）我国不久前研制出一台人造太阳的必备“移动电源”﹣﹣立式脉冲发电机组，这台发电机组在短时运行功率达3×105千瓦，则该发电机组在该功率下36s的时间释放电能为　 　千瓦时。
（3）“人造太阳”从上世纪50年代开始到现在已经进行了半个世纪，下列观点支持继续进行这项研究的是：　 （可多选）。
A．“人造太阳”实验人力财力投入很大，得不偿失。
B．“人造太阳”实验表明可以通过核变化来提供大量的能源。
C．“人造太阳”一旦投入使用，可以缓解传统能源危机问题
D．“人造太阳”产生的核辐射小，核废料少，基本不污染环境。
E．“人造太阳”需要利用多种高能量方式驱动，条件苛刻，难实现持续供电。
1.2020年12月4日，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装(HL-2M)在成都建成并实现首次放电，标志着中国自主掌握了大型先进托卡马克装置的设计、建造、运行技术，为我国新型核反应堆的自主，设计与建造打下坚实基础。该反应堆发生的核反应属于( )
A. 核聚变
B. 核裂变
C. 有的是核聚变，有的是核裂变
D. 既不是核裂变，也不是核聚变
2.核电站发电流程如图所示，在核电站的发电过程中，下列所述能量转化顺序正确的是( )
A. 核能→化学能→内能→电能 B. 核能→化学能→机械能→电能
C. 核能→内能→机械能→电能 D. 核能→机械能→内能→电能
3.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
4.2020年4月2日，中科院的“人造太阳”EAST实现1亿度运行近10秒，为目前世界最长，其原理如下图。
（1）“人造太阳”获得核能的方式是________；
（2）“人造太阳”实验从上世纪50年代开始到现在已经进行了半个多世纪。下列观点中，属于支持继续进行这项研究的是：________（可多选）。
5.核电站的核心是核反应堆，它以铀为核燃料，反应堆中释放出来的核能转化为高温蒸汽的内能，通过汽轮发电机转化为电能，如图所示是核电站的原理示意图。
第一回路中的水或其他液体用泵压入反应堆，在那里被加热，然后进入热交换器，把热量传给第二回路中的水之后又被泵压回到反应堆里。在热交换器内，第二回路中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。
回答下列问题：
（1）.从核反应堆到发电机，能量的转化过程是：核燃料的 能转化为水的 能，再转化为汽轮机的 能，最后转化为发电机的 能。
（2）.猜想：在第一回路中的核反应堆的外围，有一层厚厚的水泥防护层，其作用是 。
（3）.冷凝器中发生的物态变化是 ， 这时水蒸气要 。
（4）.在第二回路中，用水作循环剂原因是水的 较大。
答案及解析
例1、【答案】 D
【解析】核能分为裂变和聚变两种，裂变分为两种：可控链式反应和不可控链式反应，前者主要应用在核反应堆中，后者应用在原子弹中；聚变主要应用在氢弹上。核电站是利用原子核裂变的链式反应释放出大量的核能，是可控链式反应。
【解答】A、核电站是利用原子核裂变的链式反应产生的能量来发电的，A不符合题意；
B、如果对裂变的链式反应不加控制，会在极短时间内释放巨大的能量，发生猛烈爆炸，B不符合题意；
C、氢弹是利用轻核聚变制成的核武器，C不符合题意；
D、原子弹是利用重核裂变（链式反应）而制成的核武器，D符合题意。
故答案为：D
例2、【解答】解：
A、核电站发电的过程是先将核能转化为内能，而后再将内能转化为机械能，最后将机械能转化为电能的，故A正确；
B、核电站利用的是裂变，而太阳的热核反应是聚变，故B错误；
C、放射性可用于医疗等方面，放射性元素还可以作为示踪原子，故C错误；
D、核裂变是可控的，核聚变不可控，故D错误。
故选：A。
例3、【答案】（1）热值大
（2）有机合成材料
（3）B
（4）A、D
（5）不会，因为月球上没有水和空气（回答没有水或没有空气也可以）
【解析】液氢是无色无臭透明液体，液氢具有可燃性，液氢燃烧产生淡蓝色火焰。有机合成材料简称合成材料，合成材料具有三大特征，有机物、合成、高分子化合物，人们通常所说的三大合成材料是指塑料、合成纤维、合成橡胶。动能与势能的总和称为机械能。
（1）长征五号遥五运载火箭利用液氢做燃料，是因为液氢具有热值大、无污染的优点。（2）嫦娥五号探测器所携带国旗的材料采用一种新的复合材料，主要是有机合成材料。
（3）嫦娥五号探测器主动减速下降，它的质量不变，而速度减小，因此动能减小，高度减小，重力势能减小，而动能与势能的总和称为机械能，因此机械能减小，B符合题意。
（4）A、需要提供超高温条件，A符合题意；
B、未来人们可利用月球土壤中丰富的氦-3与氘核结合成新的原子核，是核聚变过程，B不符合题意；
C、会产生放射性射线，C不符合题意；
D、聚变也称为热核反应，D符合题意。
（5）铁的化学性质比较活泼，在实际生活中，空气中含有水分，水和氧气使铁与之发生氧化反应，生成一种叫氧化铁的东西，这就是铁锈，月球上没有空气和水，因此着陆器表面不会生锈。
1.【答案】 C
【解析】根据核反应堆的工作原理和过程分析判断。
【解答】A.核反应堆是利用核裂变原理工作的，故A错误；
B.汽轮机将内能转化为机械能，故B错误；
C.发电机将机械能转化为电能，故C正确；
D.核电站发电是可控核裂变，原子弹爆炸时发生的链式反应，是不加控制的，故D错误。
故选C。
2.【答案】B
【解析】A.根据图片可知，中子轰击重原子核，然后分解为质量较小的轻核，所以该模型表示的是核裂变，故A错误；
B.该反应产生的中子仍然具有很多能量，可继续轰击其他铀核形成链式反应，故B正确；
C.该反应肯定会产生放射性物质，故C错误；
D.可用该反应中的可控核裂变获得能量的方式来发电，故D错误。
3.【答案】（1）漫 （2）A,B （3）氢弹
【解析】当光在两种物质分界面上改变传播方向又返回原来物质中的现象，叫做光的反射。只要一个物体对另一个物体施加了力，受力物体反过来也肯定会给施力物体增加一个力。
（1）我们能够观察到物体，是因为物体反射光线进入到我们眼中，而在各个角落都能观察到影像是因为发生了漫反射；故答案为：漫；
（2）发动机喷射火焰产生推力，推动地球逃离太阳系，利用的是力的作用是相互的原理；AB、喷气式飞机、火箭是利用力的作用是相互的原理；CD、汽车、轮船是利用化学能转为机械能的原理工作；故答案为：A B；
（3）核聚变的应用主要在军事在氢弹；故答案为：氢弹；
4.【答案】（1）负 （2）电子流 （3）强；γ刀治癌
【解析】（1）α射线：一束在电场中偏向负极板的射线，α粒子就是氦原子核。
（2）β射线：是一种带负电的高速运动的电子流，具有很强的贯穿本领。
（3）γ射线：是一种波长很短的电磁波，其穿透本领最强。主要应用：可用来检测钢板或纸张的厚度，金属内部的砂眼及裂缝；可用来检查和医治恶性肿瘤，照射种子使种子变异，培育优良品种；可用该射线做手术——γ刀治癌。
5．【解答】解：
（1）在太阳内部不断发生核聚变，所以“人造太阳”获得核能的方式是核聚变；
（2）发电机组36s释放的电能为：W＝Pt＝3×105kWh＝3×103kW h；
（3）A、进行“人造太阳”实验时，人力财力投入很大，得不偿失，故A观点不支持继续进行这项研究；
B、“人造太阳”实验表明可以通过核变化来提供大量的能源，同时原材料也极易找到，故B观点支持继续进行这项研究；
C、“人造太阳”一旦投入使用，可以缓解传统能源危机问题，故C观点支持继续进行这项研究；
D、人造太阳是利用核聚变反应产生核能的，其反应要在超高温、超高压的条件下进行，由两个较小的氢原子核结合成较重的氦原子核，同时放出能量，在反应过程中不产生产生高放射性核废料核废料等优点，故对环境污染小，故D观点支持继续进行这项研究；
E、“人造太阳”需要利用多种高能量方式驱动，条件苛刻，难实现持续供电，故E观点不支持继续进行这项研究。
故选BCD。
故答案为：（1）核聚变；（2）3×103；（3）BCD。
1.【答案】 A
【解析】根据核反应堆的工作原理判断。
【解答】核反应堆应用的是可控的核裂变，故A正确，而B、C、D错误。
故选A。
2.【答案】 C
【解析】根据核电站的工作过程确定能量转化的过程。
【解答】核燃料通过核反应堆将核能转化为内能；然后给水加热，产生大量的高压的水蒸气，通过汽轮机将内能转化为机械能；汽轮机带动发电机旋转发电，即将机械能转化为电能，故C正确，而A、B、D错误。
故选C。
3.【答案】C
【解析】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。
4.【答案】（1）核聚变 （2）ABD
【解析】核能（或称原子能）是通过核反应从原子核释放的能量。
（1）由图可知，氘原子和氚原子聚合形成氦原子并释放能量的过程，属于核聚变；
（2）A、人造太阳产生的辐射小，对环境基本无污染，属于支持该研究的观点；故A符合题意；
B、核能发电不排放二氧化碳，有助于缓解温室效应；故B符合题意；
C、核能利用投入大，条件苛刻，该观点属于不支持发展核能的观点；故C不符合题意；
D、核能能服务于人类，属于支持发展核能的观点；故D符合题意；
5.【答案】 （1）核；内；机械；电（2）防止辐射，厚水泥层可以阻挡核反应放出的各种射线
（3）液化；放热（4）比热容
【解析】（1）根据能量存在的不同形式分析解答；
（2）核反应堆会产生大量的辐射，而水泥层可以阻挡射线，减小对人类的伤害；
（3）物质由液态变成气态叫汽化，由气态变成液态叫液化；
（4）比热容是反映物质吸放热本领的物理量。物质的比热容越大，升高相同的温度时吸收的热量越多，据此分析判断。
【解答】（1）从核反应堆到发电机，能量的转化过程是：核燃料的核能转化为水的内能，再转化为汽轮机的机械能，最后转化为发电机的电能。
（2）在第一回路中的核反应堆的外围，有一层厚厚的水泥防护层，其作用是：防止辐射，厚水泥层可以阻挡核反应放出的各种射线；
（3）冷凝器中的水蒸气由气态变成液态发生液化现象，这时水蒸气要放热；
（4）第二回路中，用水作循环剂原因是水的比热容较大。
2022-2023学年上学期浙教版科学九年级“冲刺重高”讲义（三十五）
核 能