3.7 核能 学案（含答案）

12407900115316003.7 核能
人类所利用的能源绝大多数是由核能转化而来的，因为从太阳射向地球的电磁能就是由太阳内部进行着的核聚变反应而产生的。那么，核能是怎样产生的？人类是如何有效地控制和利用核能的？
一、裂变和聚变
1、核能：原子核在转变过程中所释放出的能量，称为核能。
（1）核能是从原子核内部释放出来的，它比物质在化学反应中所释放出的化学能要大得多。
（2）原子核的裂变和原子核的聚变是获得核能的两条途径。
2、核裂变：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。
（1）链式反应：连锁式的铀核裂变反应称为链式反应。例如，用中子轰击铀-235原子核，可以使铀核裂变为氪核和钡核，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其他铀核，引起铀核裂变，就会导致越来越多的铀核不断地发生裂变，放出越来越多的能量（如图3-88）。
（2）原子弹制造原理：原子核裂变的链式反应不加以控制，短时间内形成雪崩式的裂变反应，释放出巨大能量而产生猛烈的核爆炸。
3、核聚变：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。如氘核（核内有1个质子、1个中子的氢核）和氚核（核内有1个质子、2个中子的氢核）在超高温下聚合成氦核，并向 外放出能量，如图3-89所示。
（1）在消耗质量相同的核材料时，核聚变比核裂变释放出更多的核能。
（2）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。如3-90所示氢弹爆炸。
二、核能的和平利用---核电站
1、核反应堆：可控制地进行核反应的装置。
2、核电站（如图3-91）就是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的。
3、核电站的安全性
（1）核安全问题主要在两个方面：一是核反应万一失控，会损坏设备，引起放射性物质泄漏；二是放射性 废料处理不当，会导致环境污染。如切尔诺贝利核电站发生的核电事故、日本福岛核电站在的核泄漏事故等。
（2）防止核电站事故的发生措施：
①核电站的反应堆都有一系列的防护措施，设置了多道安全屏障；
②核电站放射性废料的处理，先在核电站内专用的废物库暂存（我国规定暂存时间为5年），然后送到人烟稀少、地质稳定、地下水位低又远离天然水源的处置场永久存放，一般存放几百年。
三、太阳能
1、太阳的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。
2、太阳释放的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 , 如图 3-92 所示。
四、放射性
1、早在100多年前，科学家贝可勒尔、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。
2、放射性元素放出的射线中包括α、β和γ三种射线。
（1）α射线是带正电的高速运动的氦原子核流，α射线穿透能力最弱，在空气中只能前进几厘米。
（2）β射线是带负电的高速运动的电子流，β射线穿透能力较强，能穿透几厘米厚的铝板。
（3）γ射线是能量很高的电磁波，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。
3、放射性现象在工业、农业、医疗等领域都有广泛应用
（1）工业上：利用放射线来测量物体厚度。
（2）农业上：利用放射线照射种子，使种子发生变异，培育新的优良品种；利用放射线还可以杀菌。
（3）医疗上：利用γ射线治疗癌症，因为人体组织对射线的耐受能力是不同的，细胞分裂越快的组织，它对射线的耐受能力就越弱。
4、过量的辐射对人体和动物的组织都有破坏的作用。因此，在使用放射性物质时，必须注意安全，也要防止放射性物质对空气、水、生活用品等的污染。
【例1】铀裂变在核电厂最常见，热中子轰击铀原子会放出2到4个中子，中子再去撞击其它铀原子，从而形成链式反应而自发裂变。一个原子核在中子的轰击下发生一种可能的核裂变，其裂变方程为+→++2，下列说法正确的是（　B　）
A．人们之所以选择中子轰击铀原子是因为中子质量最大
B．这些粒子由大到小的排列顺序为：铀原子、铀原子核、Ba原子、Sr原子、中子、电子
C．核能是一种可再生能源
D．最先提出原子的核式结构的物理学家是汤姆逊
1、获取核能有两条途径﹣﹣重核的裂变和轻核的聚变，核电站是利用核的　 　（选填“裂变”或“聚变”）来获得核能的，是　 　（选填“甲”或“乙”）图所示途径；太阳的本质便是个巨大的核　 　（选填“裂变”或“聚变”）工厂，提供了对地球至关重要的光和热。
【答案】裂变；甲；聚变。
【例2】下列关于核能开发的说法中，你认为正确的是（　C　）
A．开发核能会带来可怕的核泄漏，产生放射性污染，所以人类应停止开发核能
B．核能是一种稳定、高效、清洁的可再生能源，是其它新能源不可能替代的
C．福岛第一核电站开发核能是利用可控核裂变过程中释放的核能
D．核反应堆是一种能够控制的链式反应装置，地震等自然灾害不会对它造成影响
1、为缓解电力紧张的状况，我国陆续建造了一些核电站。关于核电站，下列说法正确的是（　C　）
A．核反应堆中发生的是核聚变
B．核电站使用的核燃料是石油或天然气
C．放射性元素放出的射线有α射线、β射线和γ射线
D．核电站发电的能量转化过程是：核能﹣机械能﹣内能﹣电能

1、通过核聚变获得核能量的是（　A　）
A．氢弹 B．原子弹 C．核电站 D．核潜艇
2、如图是核电站发电和供电的流程图。关于流程图中各装置的能量转化，下列说法正确的是（　C　）
A．核反应堆将核能转化为电能
B．蒸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．各种用电器将其他形式的能转化为电能
3、能量转化或转移是自然界的普遍现象，如图所示为核电站示意图、家庭电路部分示意图及电热水壶图，
下列相关叙述正确的是（　D　）
A．核反应堆进行的核裂变释放核能，直接转化为家庭电路所需的电能
B．发电机利用了电流磁效应发电，电热水壶利用了电流热效应烧水
C．汽轮机工作、壶内水升温两过程中，改变水的内能方式相同
D．手机充电和电热壶烧水时，两者本质都是电流做功
4、下列关于核能以及核电站的说法错误的是（　D　）
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．核废料会对环境造成污染
D．能量转换：核能→机械能→热能→电能
5、2018年3月2日，电影《厉害了，我的国》在全国各大影院火爆上映。特别是作为大国工程“一带一路”国家名片的“华龙一号”核电机组（如图），代表创新成果的人造太阳，在影片中亮相，再次彰显了大国实力。下列关于“华龙一号”核电中核能说法正确的是（　C　）
A．核能直接转化为电能
B．该原理与太阳释放能量的原理相同
C．利用核裂变原理
D．核能是原子内部的化学反应释放出来的能量
6、电影《流浪地球》开启了中国科幻电影元年，影片中涉及到许多我们学过的科学知识，以下观点正确的
是（　B　）
A．在太阳内部，发生核裂变产生光和热
B．地球发动机喷射的燃气推动地球前进，说明物体间力的作用是相互的
C．关闭地球发动机后地球仍能向前运动，这是由于受到惯性的作用
D．开启地球发动机使地球加速前进的过程中机械能守恒
7、中国是少数几个能生产核潜艇的国家，中国的094型核潜艇排水量为9000t，搭载了16枚射程为11000km
的“巨浪﹣2’型战略弹道导弹”，是中国二次核反击的中坚力量，是应对核动力航空母舰的最有力武器。对
此分析正确的是（g＝10N/kg）（　C　）
A．核潜艇中的核反应堆是利用核聚变来产生能量的
B．该型潜艇浸没在水中后，受到的浮力为 9×104N
C．核潜艇的动力主要是将核能最终转化为的机械能
D．核潜艇浸没在水中后，加速下潜的过程中重力小于浮力
8、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宝贵资料。
①质量巨大的天体，像太阳一样，其内部一直发生着核　 　（填“聚变”或“裂变”）反应，并释放大量的能量。
②研究人员在计算机屏幕上将黑洞边缘环状（明亮）部分用红色显示，红光　 　（填“属于”或“不属于”）光的“三基色”。
【答案】①聚变；②属于。
9、如图甲是汉能便携式薄膜太阳能发电书包，这样的书包给人们带来了全新的体验，太阳能来源于太阳内
部发生的核　 　（填“聚变”或“裂变”）；如图乙所示，该书包左侧肩带设计有大小吸盘，由于　 　的
作用，可以在此处放心安放手机。该书包带有两个USB接口，利用该书包给手机充电时，书包相当于　 　
（填“电源”或“充电器”）
【答案】聚变；大气压；电源。
10、20世纪初，科学家认识到原子核内蕴藏着巨大的能量，发现了获取核能的途径。其中当中子轰击铀核时，铀核会分裂成质量大致相等的两个原子核的过程，称为　 　。另一种获取核能的方式称为原子核聚变反应，人类最早发现的核聚变反应是　 　内的核反应。最早实现、最著名的人工核聚变反应是　 　。
【答案】核裂变；太阳；氢弹爆炸。
11、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。
【答案】（1）核聚变；（2）3×103；（3）BCD。
12、请阅读《核电技术》并回答问题
核电技术
核电与水电、火电一起构成世界能源的三大支柱，在世界能源结构中占有重要地位，核能发电不会造成空气污染，不会产生加重地球温室效应的二氧化碳：核能发电能量密集，功率高，为其它能源所不及；核电比火电“经济”，核能发电成本要比火电厂低15%～50%，诚然，核能电厂会产生废料，具有放射性，如果在事故中发生泄漏，会对生态及民众造成伤害。
我国核电事业学始于20世纪50年代，历经近70年的发展己经跻身核电强国之列，自主研发了拥有完全自主知识产权和出口权的三代核电技术“华龙一号”和“国和一号”，核电运营管理水平位居世界前列至2019年6月底，我国大陆在运核电机组47台，装机容量4873万千瓦，位居全球第三，在建核电机组11台，位居全球第一。
我们已经知道，原子是由原子核和核外电子构成的，而原子核又是由质子和中子组成的，有的原子核的质子和中子个数比较少，像氮（读dan）原子核，其结构面示意图如图所示，它有两个质子和两个中子，像这样的原子核我们称之为轻核；而有的原子核是由比较多的质子和中子组成，像某种钍（读tu）核它有90个质子和144个中子，我们把这样的原子核叫作重核，重核在其它粒子的轰击下分裂成中等质量原子核的核反应，叫作重核变，科学家用中子轰击铀核（铀核是重核），发生了重核裂变，裂变不但可以释放出能量，同时还发射出几个中子，这些中子又会去轰击其它的核，继续发生裂变，从而产生巨大的能量，可以测算1kg铀全部变时放出的能量就相当于2800吨标准煤完全燃烧时放出的能量，为了拉制反应堆中重变的速度，人们用容易吸收中子的某种材料做成足够长的控制棒插入反应中心，控制入深一些，吸收的中子就多一些，而去轰击核的中子就会少一些，发生核变的铀核就会减少，产生的能量就会减少，裂变产生的核能转变为内能加热水产生蒸汽，蒸汽推动汽轮转动，从而带动发电机发电，最终转变为电能在高铁成为“中国创造”代表的同时，中国核电依靠其领先国际的技术和安全水准，也成为与高铁并驾齐驱的一张“中国创造”的新名片。
请根据上述材料，回答下列问题
（1）核能发电的优点　 　（写出一条即可）
（2）从核能到我们用到的电能，其中经历的能量转化过程是：　 　
（3）若想使反应堆中裂变产生的能量增加，可以进行的操作是　 　
（4）如图所示是重核裂变过程的截面示意图（中子用?表示，质子用O表示）其中合理的是　 　（选填选项前的字母）
【答案】（1）能量巨大；（2）核能→内能→机械能→电能；（3）让控制棒插入的浅一些；（4）D。