16.3核能的开发与利用课件（23页）2025-2026学年九年级物理全册北师大版（2024）

(共23张PPT)
幻灯片 1：封面
标题：16.3 核能的开发与利用
学科：物理
年级：九年级
授课教师：[你的姓名]
幻灯片 2：课程引入
能源现状思考：
我们的生活离不开能源，从家庭用电到工业生产，都需要消耗大量能源。目前人类主要依赖煤炭、石油、天然气等化石能源，但这些能源储量有限，且燃烧时会产生大量污染物，造成环境污染和温室效应。
思考：是否存在一种高效、清洁的新能源能够替代化石能源？核能作为一种新能源，它是如何产生的？又有哪些应用？
核能应用场景展示：
展示核电站、核动力舰艇、核医学治疗设备等图片，提出问题：这些设备运行所依赖的核能来自哪里？核能的利用有哪些优势和挑战？
引入主题：本节课将带你走进核能的世界，了解核能的产生原理、开发利用方式以及其在能源领域的重要地位和未来发展前景。
幻灯片 3：核能的产生原理
原子与原子核：
回顾原子结构知识：原子由原子核和核外电子组成，原子核由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电，原子核集中了原子的大部分质量。
原子核内部存在着强大的核力，将质子和中子紧密束缚在一起，原子核具有巨大的能量，这种能量称为核能，也叫原子能。
图示：原子结构示意图，突出原子核的位置和组成。
核裂变：
定义：重原子核在中子的轰击下分裂成两个或多个质量较小的原子核，同时释放出大量能量和中子的过程，称为核裂变。
示例：铀 - 235 原子核在中子轰击下会发生裂变，分裂成钡和氪等原子核，同时释放出大量能量和 2 - 3 个中子。这些中子又会轰击其他铀 - 235 原子核，引发新的裂变，形成链式反应。
能量释放：1 千克铀 - 235 完全裂变释放的能量相当于约 2500 吨标准煤完全燃烧释放的能量，能量密度极高。
图示：核裂变示意图和链式反应示意图，展示裂变过程和中子传递。
核聚变：
定义：质量较小的原子核在极高温度和压力下，互相结合成新的质量较大的原子核，同时释放出巨大能量的过程，称为核聚变。
示例：太阳内部时刻在发生核聚变，氢原子核在高温高压下聚变成氦原子核，释放出巨大的能量，为地球提供光和热。
特点：核聚变释放的能量比核裂变更大，且原料（如氢的同位素氘和氚）储量丰富，产物无污染，是理想的清洁能源。但实现可控核聚变的技术难度极大，目前仍处于研究阶段。
图示：核聚变示意图和太阳内部核聚变过程示意图。
幻灯片 4：核裂变的应用 —— 核电站
核电站的工作原理：
核电站主要利用核裂变的链式反应产生能量。在核反应堆中，通过控制铀 - 235 的裂变速度，使核能平稳释放，将水加热成高温高压的水蒸气，推动汽轮机转动，汽轮机带动发电机发电，将核能转化为电能。
能量转化过程：核能→内能→机械能→电能。
图示：核电站能量转化流程图，清晰展示各能量形式的转化过程。
核电站的基本结构：
核反应堆：是核电站的核心设备，里面装有核燃料（如铀 - 235），发生核裂变反应产生热量。反应堆内设有控制棒（由镉等材料制成，能吸收中子），通过插入或抽出控制棒来控制裂变反应的速度。
蒸汽发生器：将核反应堆产生的热量传递给冷却水，使水变成水蒸气。
汽轮机和发电机：水蒸气推动汽轮机转动，汽轮机带动发电机发电。
冷却系统：包括冷凝器和冷却塔，用于将汽轮机排出的水蒸气冷却成水，循环使用，同时将多余的热量散发到环境中。
安全防护设施：包括厚厚的混凝土防护层等，防止核辐射泄漏。
图示：核电站结构示意图，标注各主要设备及其作用。
幻灯片 5：核电站的安全与防护
核辐射的危害：
核裂变过程中会产生多种放射性物质，这些物质会释放出 α、β、γ 等射线，即核辐射。过量的核辐射会对人体细胞造成损伤，导致基因突变、癌症等疾病，甚至危及生命。
图示：展示核辐射对人体影响的示意图（简化说明，避免引起恐慌）。
核电站的安全措施：
多重屏障：核燃料被密封在二氧化铀陶瓷芯块中，芯块封装在金属包壳内，包壳外有压力容器和安全壳，形成多重屏障，防止放射性物质泄漏。
控制棒系统：能快速插入反应堆，吸收中子，紧急情况下可立即停止核裂变反应。
安全冷却系统：即使在断电等紧急情况下，也能通过备用电源驱动水泵，保证冷却水循环，防止反应堆过热。
严格的监管和监测：核电站的设计、建设、运行等各环节都受到严格监管，设有完善的辐射监测系统，实时监测周围环境的辐射水平。
图示：核电站安全防护系统示意图，说明多重屏障和安全系统的作用。
历史核事故的警示：
介绍切尔诺贝利核事故、福岛核事故等历史上的严重核事故，强调这些事故主要是由于设计缺陷、人为操作失误或自然灾害引发的，说明严格遵守安全规范和加强安全管理的重要性。
图示：事故后的场景图片（适当处理，重点突出安全警示意义），强调吸取教训，不断提升核电站安全水平。
幻灯片 6：核能的其他应用
核动力：
核动力舰艇（如核潜艇、核动力航空母舰）以核反应堆为动力源，不需要频繁添加燃料，续航能力极强。例如，核潜艇可以在水下连续航行数月甚至数年，隐蔽性好。
图示：核潜艇、核动力航空母舰的图片，说明核动力的优势。
核医学：
诊断：利用放射性同位素发出的射线，通过断层扫描等技术，对人体内部器官进行成像，帮助医生诊断疾病，如 PET（正电子发射断层显像）检查。
治疗：利用放射性同位素释放的射线杀死癌细胞，治疗肿瘤等疾病，如放疗。
图示：核医学诊断设备和治疗场景的图片，说明其在医学领域的应用。
工业与农业应用：
工业探伤：利用 γ 射线穿透能力强的特点，检测金属部件内部的缺陷，如焊缝质量等。
食品保鲜：用适量的射线照射食品，杀死细菌、霉菌等微生物，延长食品保质期，且不会留下放射性残留。
农业育种：利用射线照射种子，诱发基因突变，培育优良品种，提高农作物产量和品质。
图示：工业探伤、食品保鲜、农业育种的相关图片，介绍其应用原理。
幻灯片 7：核能的优势与挑战
核能的优势：
能量密度高：少量核燃料可产生大量能量，运输和储存方便。
清洁环保：正常运行时不排放二氧化碳、二氧化硫等污染物，对大气环境影响小，有助于应对气候变化。
续航能力强：核燃料更换周期长，如核电站一次换料可运行 1 - 2 年，核动力舰艇续航能力更强。
弥补能源缺口：作为一种新能源，可减少对化石能源的依赖，缓解能源短缺问题。
图示：用图表对比核能与化石能源的能量密度、污染物排放等指标。
核能面临的挑战：
核废料处理：核裂变产生的放射性废料半衰期长，需要长期安全储存和处理，防止对环境造成污染。目前主要采用深埋等方法，但长期安全性仍需关注。
核安全风险：尽管有多重安全措施，核事故的风险仍然存在，一旦发生泄漏，后果严重，公众对核能的安全性存在担忧。
核扩散风险：核技术和核材料若被滥用，可能用于制造核武器，威胁世界和平与安全，需要加强国际管控。
技术难度大：核电站建设和运行技术复杂，成本高，对人员素质要求高。
图示：核废料储存设施图片，说明核废料处理的难度。
幻灯片 8：核能开发的现状与未来展望
全球核能发展现状：
目前全球有 30 多个国家和地区拥有核电站，核发电量约占全球总发电量的 10% 左右。法国是核能利用比例最高的国家，核发电量占其总发电量的 70% 以上。
我国核能发展迅速，已建成多个核电站，如秦山核电站、大亚湾核电站、福清核电站等，核发电量逐年增长，技术水平不断提升，拥有自主知识产权的 “华龙一号” 核电站已实现出口。
图示：全球核电站分布地图和我国主要核电站图片。
未来发展方向：
先进核反应堆：研发更安全、高效、经济的先进核反应堆，如小型模块化反应堆（SMRs），具有建设周期短、灵活性高、安全性好等优点，可用于偏远地区供电、海水淡化等。
可控核聚变：各国都在积极研究可控核聚变技术，如国际热核聚变实验堆（ITER）计划，旨在实现核聚变的和平利用。一旦成功，将为人类提供几乎无限的清洁能源。
核废料处理技术：研发更先进的核废料处理和再利用技术，减少核废料的数量和危害，实现核能的可持续发展。
图示：小型模块化反应堆示意图和 ITER 装置图片，介绍其技术特点和发展前景。
幻灯片 9：课堂练习
选择题：
下列关于核能的说法，正确的是（ ）
A. 核能是原子核内部质子和电子之间的能量 B. 核裂变是质量较小的原子核结合成质量较大的原子核的过程 C. 核电站利用核裂变产生的能量发电 D. 核能属于可再生能源
核电站中能量转化的顺序是（ ）
A. 核能→机械能→内能→电能 B. 核能→内能→机械能→电能 C. 内能→核能→机械能→电能 D. 机械能→核能→内能→电能
下列不属于核能应用的是（ ）
A. 核电站发电 B. 核潜艇动力 C. 太阳能热水器 D. 肿瘤放疗
填空题：
核能包括______和______两种形式，目前核电站主要利用______来产生能量。
核裂变过程中会产生______，这些中子又会轰击其他原子核，引发______反应。
核电站的核心设备是______，里面发生的能量转化是______转化为______。
简答题：
简述核电站的工作原理。
列举核能的优势和面临的主要挑战。
幻灯片 10：课堂总结
核能的产生：核能来自原子核内部，包括核裂变和核聚变两种形式，核裂变已实现可控利用，核聚变仍在研究中。
核电站：利用核裂变的链式反应，通过核反应堆产生热量，将水加热成水蒸气推动汽轮机发电，能量转化过程为核能→内能→机械能→电能。
核能的应用：广泛应用于发电、动力、医学、工业、农业等领域，为人类生产生活提供了重要支持。
优势与挑战：核能能量密度高、清洁环保，但面临核废料处理、核安全风险、核扩散等挑战。
发展前景：全球核能持续发展，我国核能技术不断进步，未来先进核反应堆和可控核聚变技术有望推动核能更广泛、更安全地应用。
核心意义：核能作为一种重要的新能源，在应对能源危机和气候变化中具有重要作用，但其开发利用需要平衡效益与安全，实现可持续发展。
幻灯片 11：课后作业
书面作业：完成课本上关于核能开发与利用的练习题，包括核能原理、核电站结构、核能应用等题目。
实践作业：
查阅资料，了解我国一座核电站的基本情况，如建设时间、装机容量、技术特点等，撰写一份简短的介绍报告。
设计一份关于 “核能利与弊” 的调查问卷，在同学中进行调查，分析大家对核能的认识和态度。
拓展作业：查阅资料，了解国际热核聚变实验堆（ITER）计划的最新进展，撰写一篇 500 字左右的短文，介绍核聚变技术的前景和意义。
2024北师大版物理九年级全册
16.3核能的开发与利用
第十六章 永恒的探索：宇宙和粒子
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
了解核电站的工作原理及核能利用的优缺点。
02
知道核裂变与核聚变的概念及能量释放原理。
01
学习目标
观察与思考
1964年10月16日15时，我国第一颗原子弹爆炸成功。你知道原子弹为什么会突然放出那么大的能量的呢
1967年6月17日上午8时20分，我国西部地区新疆罗布泊上空，我国第一颗氢弹爆炸试验获得完全的成功，氢弹和原子弹的原理相同吗
核能
核能是通过核反应从原子核中释放的能量。核能的开发主要有核聚变和核裂变两种途径
核裂变是较重的原子核分裂释放能量的过程；
核聚变是较轻的原子核聚合在一起释放能量的过程。
1938 年，物理学家用中子轰击质量比较大的铀 235原子核，使其发生裂变。1 kg 铀全部裂变，释放的能量相当于 2500 t 优质煤完全燃烧所释放的能量。
铀矿石
核裂变
物理学家又发现将质量较小的原子核结合起来，也会释放出巨大的核能。氘核与氚核在极高的温度下能够聚合形成氦核和一个中子，释放大量核能。
核聚变
太阳内部的温度高达摄氏1千万度以上，在那里进行着大规模的聚变反应。太阳辐射出的光和热，正是由聚变反应释放的核能转化而来的。可以说，地球上的人类每天都享用着聚变释放出的能量。
利用核能进行发电的电站称为核电站。
核电站的关键设备是核反应堆。核反应堆是原子核发生链式反应的场所。
1942 年，人类利用核反应堆第一次实现了可控制的铀核裂变。
目前，全世界已经建成了几百座核电站，核电发电量接近全球发电量的1/5。
核电站中的反应堆
核能的利用
秦山核电站
大亚湾核电站
田湾核电站
岭奥核电站
核电站用的燃料是铀，用铀制成的核燃料在核反应堆中发生裂变而释放出大量热量，通过热交换器将水变成蒸汽，蒸汽推动蒸汽轮机带着发电机发电，并通过电网送到四面八方。
核电站的发电原理
从广义来说，核设施、核活动、核材料和其他放射性物质都有产生核辐射的危险。放射性物质以波或微粒形式发射出的一种能量就叫核辐射。核爆炸或核事故都会产生核辐射。
核安全
核辐射标志
原子核中的能量如果在一瞬间释放出来，那将是剧烈的爆炸。
原子弹的爆炸就是铀核或钚核裂变发生链式反应的结果。
核爆炸
用中子轰击铀235原子核，铀核分裂时释放出核能，同时还会产生几个新的中子，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。
用火柴模拟链式反应
链式反应示意图
链式反应
核安全是核能与核科学技术发展的前提和基础，事关人民群众的生命和人类的前途命运。加强核安全已成为国际社会共识。
维护核安全，既要全面采取核安全保障措施，提高核设施安全水平，预防核事故发生；又要做好事故缓解和应急措施建设，有效减轻事故后果；还要提升核材料、核技术的管控能力，维护国际核不扩散体系。
知识点
2
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1
1．原子弹和氢弹爆炸时释放核能的方式依次是(　　)
A．核裂变　核聚变
B．核聚变　核裂变
C．核裂变　核裂变
D．核聚变　核聚变
A
核能及其利用
2．[2025·湖州模拟]东方超环(EAST)，俗称“人造小太阳”，成功实现超过亿度1 066秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，对加快实现可控核聚变具有重要意义。下面应用中核能的开发方法与东方超环一样的是(　　)
A．原子弹 B．氢弹
C．核动力潜艇 D．核电站
B
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1
3．下列关于核能的说法错误的是(　　)
A．核电站是利用核能来发电的
B．核反应堆中发生的是链式反应
C．核电站发生泄漏时会对人和生物造成伤害
D．核废料不会对环境造成污染
D
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4．图甲和图乙是释放核能的两种方式，图________是核电站的工作原理，图乙是核________(填“聚变”或“裂变”)的示意图，目前还不能人为控制。
甲
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聚变
5．[2025·咸阳模拟]我国在核能利用方面取得了巨大成就，其中具有完全自主知识产权的“华龙一号”核电站通过________(填“可控”或“不可控”)的________(填“核裂变”或“核聚变”)发电，如图所示的为核电站发电流程图，核电站发电过程中的能量转化是________→内能→________→电能。
可控
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核裂变
核能
机械能
6．近年来核安全引起人们的重视，一核电站爆炸引发核危机，反应堆中的铀、钚等核材料进入海洋或大气，将对海洋和大气的环境产生严重的污染作用。下列有关说法中，不正确的是(　　)
A．泄漏出来的铀、钚等核材料具有放射性
B．泄漏出来的铀、钚等核材料会造成核爆炸
C．泄漏出来的铀、钚等核材料因很长时间内都具有放射性而影响动植物健康
D．核电站是利用裂变反应中产生的核能来进行发电的
B
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7．[2025·金华模拟]如图所示的是中国自主设计的“人造太阳”实验装置——东方超环，它成功实现了超过亿度1 066秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行。请回答：
(1)其反应原理与太阳类似，通过核________(填“聚变”或“裂变”)，释放巨大的核能，核能又转化为________，从而获得高温。
(2)“人造太阳”加热功率达1×1012 W，若利用“人造太阳”发电，发电效率为60%，则每小时发电量达___________J。
(3)与核裂变相比，核聚变的优点是
____________(写出一条即可)。
聚变
内能
2.16×1015
安全、清洁
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核能的开发与利用
核能
核裂变
核能的应用
裂变
聚变
核聚变
核电站
原子弹
氢弹
核安全
谢谢观看！