第三节 核能的开发与放射射性防护 教学设计

1教学目标
1、知识目标：知道核裂变和核聚变能技术,目前的核电站使用的是核裂变技术。知道核电站的核心是核反应堆。知道太阳能的优点和目前利用太阳能的三种形式。
2、能力目标：培养学生分析问题，解决实际问题的能力及查资料获取信息的能力。
3、情感目标：了解我国的核电站现状，增强对学生的爱国主义教育。了解核聚变技术对根本解决能源问题的重大意义，树立为祖国服务的历史使命感。
2学情分析
教学内容简单、生动，有趣，学生很要听也容易听懂。
3重点难点
核电站的运行原理和利用太阳能的三种方式
教学活动
活动1【讲授】第三节　　核能和太阳能的开发
【复习引入】
核能释放的两种途径 什么是链式反应
通过前面的教学我们已经知道链式反应如不加控制,就会在极短的时间内释放出大量的核能,发生猛烈的爆炸,原子弹就是根据这个原理制成的。如使原子核的裂变在可控制的条件下缓慢的进行,释放的核能就可有效的利用。目前我们已经掌握了控制裂变链式反应速度的方法，利用核能发电的电站叫做核电站。通过今天的学习，我们可以了解核电站的大致情况。
核电站
1、核电站的构造： 主要由核反应堆,热交换器,冷却系统,汽轮发电机组成。
核电站的核心：控制核裂变的链式反应的装置即核反应堆。
核反应堆的主要材料：核燃料,减速剂和冷却剂(出示核电站的核反应堆的图片)
2、核能发电原理:
核电站的核心是核反应堆，世界上第一座铀核链式反应堆是在物理学家费米领导下于1942年12月在美国芝加哥大学体育场建成的。它以铀235为核燃料，为了有效地利用反应堆中释放的核能，设计建造了两个循环回路。（结合多媒体讲解）
第一回路：在第一回路中，反应堆工作时,核燃料裂变释放出的核能转变为内能，先用泵把水或其他液体压入核反应堆，在那里获得铀核裂变释放的核能，被加热，使反应堆的温度升高,然后进入热交换器，在那里把热量传递给第二回路中的水，再被泵压回反应堆重新被加热。
第二回路：在热交换器内，第二回路中的水被加热成高温高压蒸汽后，进入汽轮发电机推动汽轮机做功，把内能转化成电能．做功后的蒸汽温度和压强都降低了，它将进入冷凝器冷却成水，再由泵压回热交换器重新加热成高温高压蒸汽。
3、汽轮机带动发电机发电：
通过两个回路的不断循环，把核反应堆中铀核裂变释放的核能，源源不断地转化成第二回路中水的内能，利用反应堆工作释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电,就是核电去推动汽轮发电机发电，转化成我们所需要的电能．这就是核电站的工作原理。
[提问]：请同学们思考在核电站发电流程中,发电过程中从核能到电能转化顺序怎么样呢？
能量转化： 核能 → 内能 → 机械能 → 电能
[提问]:核能有那些优点？　讨论归纳总结：（消耗的“燃料”少，成本低，核能是清洁的能源等特点）
①、消耗的“燃料”少，核电站只需消耗很少的核燃料，就能产生大量的电能．例如一座100万千瓦的火力发电厂每年要耗煤三、四百万吨，而相同功率的核电站每年只需核燃料三、四十吨，这就大大减少了燃料的运输。
②、成本低：同样的发电量，消耗的铀矿石只有煤的七万分之一。虽然铀燃料的开发和提炼比煤要复杂得多，但是最后核算下来的成本仍然要比火力发电站低20%以上．所以世界上很多国家都在大力发展核电站。
③、与煤等其他燃料相比，核能是清洁的能源
目前环境污染问题大部分是由使用化石燃料引起的，化石燃料燃烧会放出大量的烟尘、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等，由二氧化碳等有害气体造成的“温室效应”，将使地球气温升高，会造成气候异常，加速土地沙漠化过程，给社会经济的可持续发展带来灾难性的影响，核电站并不排放这些有害物质，不会造成“温室效应”，与火电厂相比，它能大大改善环境质量，保护人类赖以生存的生态环境等。在国外核电站的周围有人居住、游泳、放牧牛羊、钓鱼，有的核电站位于大城市附近，有的位于游览区。核电站是安全、经济、干净的能源，与火电站相比，更有利于保护环境。
核电厂和火电厂对环境影响的比较（电功率100兆瓦） ——核电站对周围环境无污染
居民受到的辐射剂量
二氧化硫排放量
（吨/年）
烟灰粉尘物质
（吨/年）
二氧化氮排放量
（吨/年）
采矿面积
（亩/年）
危害健康的相对指数
燃煤发电厂 0.048
46000-127500
3500
26250-30000
1210
SO：32000 NOx：4530 烟灰：1100
核电站：0.018
0
0
0
30-42
氪氙 1
磷 20
[提问]你们说核能的缺点呢？ 你知道核电站最需注意的是什么吗？（防止核泄漏和核污染）因为铀核裂变有放射性污染，因而建设核电站时必须采用可靠的防护措施，防止放射性物质泄漏，避免造成放射性污染，以保证核电站的安全运行。我国对核电站的安全非常重视，有专门负责安全监督的核安全局，保证核能的安全应用。
4、核能发电的前景
目前全世界共有500座核电站,世界各国中,法国的核电站发展最快,有57座核电站,总装机容量为200万KW,核电占总发电量77.8%.1991年,中国自行设计,建造的第一座核电站____秦山核电站启用,随之而来大亚湾核电站投产.中国正规划,兴建4座新的核电站,到2010年核电站总量有望达到2000万KW新的水平。
5、核聚变能技术的开发
轻核聚变: 轻核结合成质量较大原子核并释放巨大能量的过程简称聚变,又称热核反应。由于原子核都是带正电的,互相排斥,要使核发生聚变,必须使核以极高的速度互相碰撞才能实现,这需要把它们加热到几百万摄氏度的高温,自然界只有在太阳这样的恒星内部,温度高达1千万摄氏度以上,轻核才有足够的动能克服彼此之间的斥力发生聚变。氢弹是利用迅速而剧烈,不可控制的热核反应原理设计制造的炸弹,爆炸产生的高温使聚变反应迅速而剧烈的发生,人们当然现在无法控制它的进程。
如何才能有效控制核能的释放,实现可控制的轻核聚变 科学家正在做努力,热核反应的主要原料是氘,每千克海水中大约有3mg氘,而1mg氘释放的能量相当于己于100L汽油燃烧所释放的能量,若把地球上的氘完全利用,足以供人类用上百亿年.目前在欧洲,中国都在研制此类装置,若取得实效,将对解决人类的能源危机起决定作用。
[小组活动]：阅读课本P161—162 核电站的优越性和安全性.并讨论”关于我国是否应该大力发展核电站”讨论后根据讨论的具体情况,从对无污染,无危害及反应物处理情况等更为理想的能源寻找,自然进入太阳能的内容
太阳能的利用
太阳能是由太阳内部热核反应所释放出的光能、热能及辐射能量。它每年辐射到地球上的能量达1813亿吨标准煤，相当于全世界年需要能量总和的5000倍，是地球上最大的能源。其中我国陆地面积每年接收的太阳辐射能相当于2.4x104亿吨标煤。按照目前太阳质量消耗速率计，太阳内部的热核反应足以维持6x1010年，相对于人类发展历史的有限年代而言，可以说是“取之不尽、用之不竭”的能源。太阳内部时时刻刻进行热核反应,向空间释放巨大能量。
1、太阳能的优点: ①、无处不在,普遍,到处可利用,不需开采,运输。②、太阳能无污染。③、可以长期持续使用。④、能量巨大。
2、目前利用太阳能的主要方式:
①、太阳能直接转化为物体内能,光→热转化
即利用太阳辐射能加热集热器，把吸收的热能直接加以利用。（结合多媒体讲解）
平板型集热器:太阳能热水器,太阳能干燥器等
聚焦型集热器:反射式太阳灶等
②、太阳能直接转化成电能，光→电转化
太阳光电转换，主要是各种规格类型的太阳电池板和供电系统。太阳电池是把太阳光直接转换成电能的一种常见的器件。太阳电池的光电效率约１０-１４％，（结合多媒体讲解）
③、太阳能直接转化成化学能，光→化学转化
自然界中绿色植物的光合作用是把太阳能转变成化学能储存起来的理想能量循环。由于世界的飞速发展，大自然留给我们的能源越来越短缺，这就激发了各国的科学家对光合作用及其模拟的研究，只能从能源上考虑，光解水制造氢是太阳能光化学转化与储存的最好途径。因为氢燃烧后只生成水，不污染环境，是便于储存和运输的可再生能源。同学们太阳能怎样分解水制氢？廉价提取氢现在有什么困难呢？同学们课后查找资料了解，看谁能了解的多。
3、我国的太阳能的开发现状和前景 ：
中国能源研究会理事长黄毅诚近日提出，应加速开发无污染、可再生的太阳能资源，力争到２０２０年建成５００万千瓦的太阳能发电容量，使太阳能成为我国最大的可再生能源。
［提问］：既然太阳能有那么多优点，为什么不大量推广、大范围应用呢？（讨论得出）
4、广泛利用太阳能的困难
①、太阳能虽然十分巨大，但它太分散
②、太阳能不稳定，不能正常使用
③、目前太阳能转换器的效率不高