浙教版科学2023-2024学年上学期九年级“冲刺重高”讲义（二十六）：核能【word，含解析】

一.裂变和聚变
1.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，核能是从原子核内部释放出来的，它比物质在化学反应中释放出的化学能要大得多。
2.原子核的的裂变和聚变是获得核能的两条途经.
（1）核裂变：是质量较大的原子核在中子轰击下分裂成2个新原子核并且释放出巨大能量的现象。例如，用中子轰击铀-235原子核，可以使铀核裂变变为氦核和钡核，同时向外释放能量，并产生2-3个新的中子。如果产生的中子继续轰击着其他铀核，引起铀核裂变，就会导致越来越多的铀核不断的发生裂变，放出越来越多的能量。这种连锁式的铀裂变反应称为链式反应。原子的核裂变的链式反应不加以控制，在短时间内形成雪崩式的裂变反应，就会放出巨大能量而产生猛烈的核爆炸，原子弹就是运用这个原理制造的。
（2）核聚变：是2个质量较小的原子核结合成质量较大的新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。例如，氚核（核内有一个质子、一个中子的氢核）和氚核（核内有一个质子、两个中子的氢核）在高温下聚合成氦核，并向外放出能量，在消耗质量相同的核材料时，核聚变比核裂变释放更多的核能。核聚变需要极高的温度，所以也叫做热核反应。热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，依靠自身产生的热就会使核反应继续下去。氢弹就是根据核聚变的原理制造的，它的威力比原子弹大得多。
二.核能的和平利用----核电站
（1）核电站：如果能够按需求控制链式反应的速度，使原子核的裂变反应持续而缓慢地进行，核能有控制地平稳释放，这样的核能就可以为人类和平建设服务。可控制地进行核反应的装置称为核反应堆。核电站就是利用核反应堆提供的能量，使水变成水蒸气，再利用高温高压的蒸汽推动汽轮发电机发电的。
（2）太阳：太阳巨大能量就是内部核聚变产生的。在太阳的内部，氢原子核在超高温下发生核聚变，释放出巨大的核能。这些能量再从太阳核心向外扩散到太阳表面，然后，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。人们虽然能够控制核裂变的速度，但还是没有找到实用的控制核聚变反应的方式，所以，直到现在人类还不能和平利用核聚变的能量。
3．放射性
1.放射性：早在100多年前，科学家贝克勒尔、居里夫人等发现铀、钍、镭等元素能够自发的放出穿透力很强的射线。居里夫人把元素具有这种辐射能力叫做放射性。进一步研究发现，许多天然存在的元素也具有放射性。
2.原子的裂变也会产生一些放射性物质。放射性物质放出的射线到底是什么？
α射线：是带正电的高速运动的氦原子核流
β射线：是带负电的高速运动的电子流。
γ射线：是能量很高的电磁波。
α射线穿透能力最弱，β射线穿透能力较强，γ射线穿透能力最强能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。
放射性现象在工业、农业、医疗领域都有广泛应用。工业上利用放射性来测量物体厚度。农业上利用放射性照射种子，使种子变异，培育新的优良品种；利用放射性还可以杀菌。医疗上利用γ射线治疗癌症。
例1、太阳是太阳系中唯一的恒星，每时每刻向外辐射太阳能。下列关于太阳能的叙述中，错误的是（　　）
A．煤、石油、天然气等化石燃料中的能量最终来自太阳能
B．生态系统的能量流动是从生产者固定太阳能开始的
C．地球上的水循环是由太阳能推动的
D．太阳能来源于太阳内部的核裂变
例2、关于核电站，小科总结了以下四种说法，其中正确的是（　　）
A．核电站是利用氢核的聚变产生的能量来发电的
B．核电站的核心是利用核反应堆控制核能平稳地释放
C．核电站的反应堆中放出的核能可以直接转化为电能
D．核电站产生的废料可以直接排放到大海中
例3、如图所示为2019年1月驶抵月球背面的嫦娥四号任务月球车“玉兔二号”，于2022年7月5日完成第44月昼工作后进入月夜休眠。在它工作期间向地球传回大量珍贵的月面信息。

（1）“玉兔二号”通过 （选填“电磁波”或“声波”）向地面传递信息；
（2）为了度过漫长而寒冷的月夜，月球车装有同位素温差发电器为月球车提供电能，同位素温差发电器原理与核电站相同，通过 （选填“轻核聚变”或“重核裂变”）释放核能发电。
1.图表示用中子轰击铀原子核产生氪核和钡核模型。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
2．以下对于放射线的说法正确的是（　　）
A．放射线无污染，无公害，使用时十分安全简单
B．利用放射线时，要进行有效的防护和防止污染
C．放射线对人畜伤害严重，有弊无利，难于利用
D．α射线和β射线是有益的，而γ射线是有害的
3．如图为核电站发电流程图。在发电过程中，下列所述能量转化顺序正确的是（ ）
A．核能化学能机械能电能 B．核能内能机械能电能
C．核能机械能内能电能 D．核能内能化学能电能
4.2021年10月14日，“羲和号”探日卫星顺利升空，实现了我国太阳探测零的突破。
（1）太阳是一颗 （选填“恒星”或“行星”）。
（2）太阳的巨大能量是内部 （选填“核聚变”或“核裂变”）产生的。
（3）“羲和号”运行在距离地面大约517公里的太阳同步轨道上。如果你是“羲和号”的设计师，根据其工作环境，设计时需要考虑哪些方面？
5.月球上的“土壤”主要由月球岩石碎屑、粉末等物质组成。太空中长期的太阳风，使得月壤中携带了大量的可作为清洁能源的氦-3，规模总计有100万至500万吨，远远超过了地球的储量。
（1）月壤中岩石碎屑、粉末这些成分相当于地球土壤中的______。（“矿物质”或“腐殖质”）
（2）氦-3是一种氦气同位素气体，它的核内中子比“正常”氦少一个（如图甲，氦-3原子核外有______个电子；
（3）把两个氦-3原子砸在一起会产生巨大的能量（如图乙），这种现象叫做______。（填“重核裂变”或“氦核聚变”）
1.2020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，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是：核能→内能→机械能→电能
2.太阳能是地球能量的主要来源，太阳能的实质是（　　）
A．原子核聚变产生的核能 B．原子核裂变产生的核能
C．原子核链式反应产生的核能 D．化学反应产生的化学能
3.我国自主设计了“人造太阳”实验装置——东方超环，它在1亿度超高温度下运行了近10秒。

（1）“人造太阳”原理如图所示，通过核 释放巨大的核能，从而获得高温；
（2）“人造太阳”加热功率超过瓦，若利用其进行发电，发电效率为60%，则每小时发电量达 千瓦时。
4.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3x105千瓦，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：_________。
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。
答案及解析
例1、D
【解析】A．煤、石油、天然气的化学能归根结底来自太阳能，故A正确，不符合题意；
B．生态系统中能量流动具有单向流动、逐级递减的特点，生态系统的能量流动是从生产者固定太阳能开始的，故B正确，不符合题意；
C．太阳辐射能维持地表的温度，地球上的水循环是由太阳能推动的，故C正确，不符合题意；
D．太阳能来源于太阳内部的核聚变，故D错误，符合题意。
故选D。
例2、B
【解析】A．核电站是利用原子核裂变产生的能量来发电的，故A错误；
B．核反应堆是控制重核裂变速度，使核能缓慢地平稳地释放出来的装置，故B正确；
C．通过核反应堆把核能转化为内能，得到高温的水蒸气，水蒸气推动汽轮机转动，把内能又转化为机械能；汽轮机再带动发电机发电，得到电能，故C错误；
D．核电站产生的废料如果直接排放到大海中，会造成核污染，故D错误。
例3、电磁波 重核裂变
【解析】（1）[1]由于月球上是真空环境，声波不能在真空中传播，电磁波可以在真空中传播，所以“玉兔二号”通过电磁波向地面传递信息。
（2）[2]由于核电站是利用可控重核裂变释放核能发电的，同位素温差发电器原理与核电站相同，所以同位素温差发电器也是通过重核裂变释放核能发电。
1.B
【解析】A、该模型表示的是核裂变，该选项说法不正确；
B、该反应产生的中子可继续轰击其他铀核形成链式反应，该选项说法正确；
C、过程中产生的氪原子具有放射性，该选项说法不正确；
D、可以通过核裂变来发电，例如核电站是利用核裂变发电，该选项说法不正确。
故选B。
2．B
【解析】A、各种放射线达到一定的强度会对各种生物都造成严重影响，选项错误；
B、利用放射线时，要进行有效的防护和防止污染，选项正确；
C、放射线对人畜虽然有伤害，但也有一定的益处，即有利有弊，选项错误；
D、α射线、β射线和γ射线对人类来说，都是有利有弊的，利用放射线时，要进行有效的剂量控制、严格防护和防止污染，选项错误；
故选B。
3．B
【解析】在核反应堆中，核能转化为介质的内能，在汽轮机中蒸气的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，最终输送到电网上。
故选B。
4.恒星 核聚变 耐高温、防辐射等
【解析】（1）太阳是一颗发光、发热的气体星球，属于恒星。
（2）太阳能内部是由于较轻的氢原子核在高温下发生聚变而释放出核能。
（3）“羲和号”运行在距离地面大约517公里的太阳同步轨道上，距离太阳很近，所以需要的考虑耐高温、防辐射等。
5.矿物质 2 氢核聚变
【解析】（1）腐殖质指的是被生物分解时候的剩余的富含大量对植物有有利作用的土壤所含的物质，也对整个生态系统有直接的正面作用。矿物质，是地壳中自然存在的化合物或天然元素，又称无机盐。月壤中岩石碎屑、粉末这些成分相当于地球土壤中的矿物质。
（2）氦-3的原子序数为2，即原子核内有2个质子。根据核外电子数等于质子数可知，它的原子内有2个电子。
（3）根据图片可知，两个氦-3原子结合在一起形成一个质量更大的原子，这种现象叫氦核聚变。
1.D
【解析】A.核电站中发生的是可控的核裂变，故A错误。
B.当前的核电站是利用核裂变的原理工作的，故B错误。
C.长时间接受核辐射会使正常细胞发生癌变，故C错误。
D.核电站能量转化的过程是：通过核反应把核能转化为内能，得到高温水蒸气；水蒸气推动汽轮机转动，把内能又转化为机械能；汽轮机再带动发电机发电，得到电能，则整个过程中能量转化的正确顺序是：核能→内能→机械能→电能，故D正确。
故选D。
2.A
【解析】太阳能是地球能量的主要来源，太阳能的实质是原子核聚变产生的核能，故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
3. 聚变
【解析】（1）[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）[2]“人造太阳”每小时发电量为
4.核聚变 BCD
【解析】 “人造太阳”获得核能的方式是核聚变；
由电能公式可得： ；
A．虽然人造太阳需要利用多种能量方式驱动，条件苛刻，投入巨大，但各国科学家都在研究，故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，故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，故观点支持继续进行这项研究；
D．人造小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，在反应过程中生成物为水，故对环境污染小，同时原材料也极易找到，故观点支持继续进行这项研究；
E．核聚变原料来自氢元素家族的氘和氚，在特定条件下发生碰撞，聚合成个头稍大的氦元素，这个过程比铀元素裂变产生的能量还要大得多，而产物只有无毒无放射性的氦气，没有棘手的高放射性废物需要处理，原料的丰富程度也是铀矿储量难以企及的，太阳就是利用这样的反应哺育了地球四五十亿年，很遗憾，我们现在的科技水平还远远驾驭不了这种能量，故观点不支持继续进行这项研究。
2023-2024学年上学期浙教版科学九年级“冲刺重高”讲义（二十六）
核 能