九年级.物理 第22章 能源与可持续发展 第2节 核能课件

聚变是核结合来看,二者似乎是一种互逆过程.二者真的是核反应中的
互逆过程吗?就此问题阐明你的观点.(至少谈两点)
〔解析〕 本题的考查点是裂变和聚变的区别.裂变和聚变发生的 条件、反应的原料、释放的能量以及反应物等都有不同之处,故不 能单纯认为裂变和聚变是核反应中的互逆过程.
〔答案〕 裂变和聚变是两个并无直接关系的核反应,不是互逆过程. (1)反应的原料不同,裂变需要用铀这样的重核,在自然界中,这种能源储 量有限,而在海水中蕴藏着丰富的核聚变原料. (2)发生的条件不同,裂变只要用中子轰击,在通常的环境温度下就能引 发,而聚变需要极高的温度才能引发. (3)聚变时会释放出比裂变更大的核能. (4)裂变在反应时产生放射性物质,对环境造成放射性污染,聚变在反应 时不产生放射性物质.
〔解析〕 核电站的核心是反应堆,它以铀为核燃料,反应堆中放出
的核能转化为高温蒸汽的内能,内能转化成汽轮机的机械能,带动发
电机利用电磁感应现象转化为电能.放出的热量
Q=W=3×1010kW·h=1.08×1017J,相当于完全燃烧烟煤的质量m=
Q q
1.081017 J 3107 J / kg
=3.6×109kg.
第二十二章 能源与可持续发展
第2节 核能
12/10/2021
核电站的能量转化(规律方法) 例1 在核电站中,从核能到电能,中间经过了哪些
形式的能量转化?
〔解析〕 核电站的原理方框图:
〔答案〕 在核电站中,核反应堆里的铀核裂变,将核能通过热交换器转化为 高温蒸汽的内能,蒸汽推动汽轮机运转,内能转化为机械能,汽轮机带动发电机 发电,机械能转化为电能. 【解题归纳】 高温蒸汽的内能通过汽轮机先转化为机械能,然后通 过发电机将机械能转化为电能.
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1.下图为核电站发电流程图.在核电站发电过程中,能量转化的先后顺序是( C )
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C[提示:核电站发电过程中是利用核能来加热 水,得到高温、高压的水蒸气,利用水蒸气来 推动蒸汽轮机转动,再利用蒸汽轮机带动发 电机发电,所以核电站的能量转化顺序是
对原子和原子核的组成不清楚(易错点)
〔解析〕 原子弹是对裂变不加控制,在极短时间内释放出巨大的能 量的武器,A错.重核裂变和轻核聚变时均释放能量,B错.氢弹的威力比 原子弹大得多,D错.故正确答案为C.
【解题归纳】 解决核裂变和核聚变的问题,关键是要知道核裂变和核 聚变的区别及发生的条件.原子弹的原理是不可控核裂变,核反应堆的原理 是可控核裂变,氢弹的原理是不可控核聚变.
只要从开发新能源、节约化石能源以及存在的安全隐患、核废料 处理等方面说明即可.
〔解析〕 核电站是利用原子核的裂变释放的能量来发电的,发电过程中是 利用核能给水加热,转化为高温高压水蒸气的内能,再利用蒸汽来推动蒸汽轮 机转动,将内能转化为机械能,最后蒸汽轮机带动发电机发出电来,故整个能 量转化情况是核能→内能→机械能→电能,核能由于能量巨大,消耗原料少, 污染少,可以节约大量的化石能源等,但存在的问题是一旦发生核泄漏事故, 就可能产生严重的危害,因此在发展核能的同时一定要注意核电站设施的安 全和技术的创新.
请在下面的空格中填上适当的内容: (1)从能源的分类来看,核能是属于 一次能源 .(选填“一次能源”或“二次能源”) (2)发电机发电时是让线圈在 磁场 中旋转而产生 电流 ,这种现象在物理学中称 之为 电磁感应 现象.
(3)核电站所需的核能是利用原子核 裂变 (选填 “裂变”或“聚变”)所产生的,该变化是 可控 的 (选填“可控”或“不可控”).
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例4
[创新应用题]开发利用核能是解决能源危机的方法之一,如核裂变已应用于
核电站发电.核能产生的另一条途径是:在超高温下,使质量较小的原子核结
合成质量较大的新核,同时释放出巨大的能量,这一过
程称为 热核反应(或聚变反应) .该途径产生的核能是否可以用来发电,还
处于实验阶段,其中的一种实验需要强大的磁场,而天然磁体无法满足实验要
使验电器放电,他还发现,所有的铀盐都能放出这种射线,金属铀更为明
显.
1898年,居里夫人和施密特各自独立观察到钍的化合物也能放出类
似的射线,指出放射性的强弱与钍(或铀等)在化合物中的含量成正比,而
与它们所处的化学状态、外界温度、压力变化无关.她推断放射现象是
一种原子现象,并把这种现象称为放射性,这使居里夫人坚持不懈地从天
炭,则6×106 t的煤炭完全燃烧放出的热量是
J (煤炭的热值为3×107
J/kg).
(5)核电站的核废料具有
性,对环境会造成相当大的危害,因此要将核废
料深埋到人迹稀少的沙漠地带,同时如何再开发新能源,又注意环境的保护,是人
类面临的一大课题.
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〔解析〕 (1)核能是一次能源;(2)发电机发电时是让线圈在磁场中旋转而切割 磁感线运动,从而产生感应电流,这就是电磁感应现象.(3)核电站是利用原子核 裂变发生可控链式反应时释放的大量核能来发电的.(4)6×106 t的煤炭完全燃 烧放出的热量:Q=mq=6×109 kg×3×107 J/kg=1.8×1017 J.(5)核电站的核废 料具有放射性,会对环境造成相当大的危害.
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[探索创新题]阅读短文,回答问题.
核能的利用
例6
在常规化石能源非常紧缺的今天,核能受到越来越高度的重视,如今美国
电力的21%是来自核电.核电站的大体组成如图22 - 8所示,核材料在原子反应
堆中发生核反应产生大量的热能,冷却剂将这些热能带到热交换器将水变成
水蒸气,水蒸气推动蒸汽轮机带动发电机发电,最终实现了核能到电能的转换.
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3.人类对核能的开发和利用不断取得新的进展,根据目前的科研水平,你
认为以下关于原子弹和核电站的说法正确的是
( A)
A.核电站能控制裂变的反应速度
B.原子弹对聚变的链式反应不加控制
C.原子弹利用核裂变,核电站利用核聚变
D.原子弹利用核聚变,核电站利用核裂变
A[提示:目前人类获取核能的途径有两种:一是核裂变,二是核聚变.当前 人类技术对核聚变还不能控制,人类和平利用核能是核裂变,如核电站 就是利用可控核反应堆,原子弹是利用核裂变,氢弹是利用了核聚变,所 以A选项正确.]
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例1 [开放题]与火力发电相比,核能发电具有很多
优点,请你根据所掌握的信息写出两点:
(1)
;
(2)
.
〔解析〕 此类问题的解答,关键在于掌握核电站的发电原理以及核能 发电的优点和缺点;认识能源利用与环境保护的关系 ,培养可持续发展的 意识;应用核能比应用煤有很多优点:用料少、成本低、便于运输、污染 小等.
求,科学家尝试利用 通电导体(或电流、电磁铁)
周围存在的磁场来
达到目的.
〔析〕 核能获得的途径有裂变和聚变,聚变是在超高温条件下, 使质量较小的原子核结合成质量较大的新核,所以又叫热核反应.
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例5 [概念辨析题](2016·成都中考)关于核电站、能量和 能源,下列说法正确的是 ( C ) A.目前人类已建成的核电站,都是利用核聚变发电 B.核电站的核废料可以直接堆放在露天垃圾场 C.所有能量转化和转移过程,都遵循能量守恒定律 D.水能、风能和太阳能都属于不可再生能源
2.关于原子核的组成,下列说法正确的是 ( C ) A.原子核是由质子、中子和电子组成的 B.原子核是最小的粒子,不可再分 C.原子核是由质子和中子组成的 D.原子核是由质子和电子组成的
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核裂变和核聚变易混淆(易错点) 例3 下列关于核能的说法中正确的是 ( C )
A.用人工控制链式反应的速度,和平利用核能,这就是原子弹的原理 B.重核裂变时放出能量,而轻核裂变时吸收能量 C.当原子核内部发生变化时,能释放出巨大的能量,核裂变和核聚变是获 得核能的两种方式 D.氢弹是利用轻核聚变制成的,因此它的威力比原子弹要小
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例7
[综合应用题]芜湖核电项目已正式定址繁昌县芦南镇徐圩村芭茅山.核电站所 用的核燃料属于不可再生能源,在反应堆中,核燃料发生 核裂 变释放出大量 的核能,最后发电机利用 电磁感应 原理产生电.芜湖核电项目建成后,四台机 组年发电总量约为3×1010kW·h,这些电能相当于完全燃烧 3.6×109 kg的烟煤 释放出的热量(烟煤的热值为3×107J/kg).
〔解析〕 依据原子的核式结构模型可知:原子由位于中心的原子 核和核外的电子组成,带负电荷的电子在原子核外空间绕核运动. 原子的质量主要集中在原子核,但不是全集中在原子核,因为电子 也有质量.原子核由质子和中子组成,质子和中子靠核力结合,质子 的个数不一定等于中子的个数.故正确答案为A.
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请在下面的空格中填上适当的内容:
(1)从能源的分类来看,核能是属于
(2)发电机发电时是让线圈在
之为
现象.
.(选填“一次能源”或“二次能源”)
中旋转而产生
,这种现象在物理学中称
(3)核电站所需的核能是利用原子核 “裂变”或“聚变”)所产生的,该变化是 (选填“可控”或“不可控”).
(选填 的
(4)如果核电站每年需要50 t的核燃料,而同等规模火电站每年需要6×106 t的煤
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[探索创新题]阅读短文,回答问题.
核能的利用
例6
在常规化石能源非常紧缺的今天,核能受到越来越高度的重视,如今美国
电力的21%是来自核电.核电站的大体组成如图22 - 8所示,核材料在原子反应
堆中发生核反应产生大量的热能,冷却剂将这些热能带到热交换器将水变成
水蒸气,水蒸气推动蒸汽轮机带动发电机发电,最终实现了核能到电能的转换.
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[实际应用题]2011年3月,日本福岛第一核电站因冷却系统的故障,导致严重的 核泄漏事故,引起了全世界的关注.
例3 (1)核电站是利用原子核发生 裂变 (选填“裂变”或“聚变”)释放能量来
发电的. (2)下面是核能发电中能量转化的过程,请将其补充完整.
内能
(3)“福岛核泄漏”事件引发了广泛的争议.请你对发展核电简述自己的观点.
(4)如果核电站每年需要50 t的核燃料,而同等规模火电站每年需要6×106 t的煤 炭,则6×106 t的煤炭完全燃烧放出的热量是1.8×1017J (煤炭的热值为3×107 J/kg). (5)核电站的核废料具有 放射 性,对环境会造成相当大的危害,因此要将核废 料深埋到人迹稀少的沙漠地带,同时如何再开发新能源,又注意环境的保护,是人 类面临的一大课题.
12/10/2021
[阅读理解题]阅读下面材料,回答问题.
例8
放射性的发现
1896年,法国物理学家贝克勒尔在研究物质的荧光时发现,某些铀盐
能放射一种人眼看不到的射线,它能透过黑纸、玻璃、金属箔等使照相
底片感光,这种铀盐放到黑暗处存放数月之后,使照片感光的能力不减,
贝克勒尔由此得出结论:这种射线不是荧光.他发现射线可以使空气电离,
〔解析〕 核电站是利用核裂变来释放能量的,不是利用核 聚变,A选项错误;核废料具有放射性,会对环境和生物造成严 重的危害,不能直接堆放在露天垃圾场,要做防辐射处理,B选 项错误;所有能量的转化和转移过程都遵循能量守恒定律,C选 项正确;能够源源不断地从自然界中获得或可重复利用的能源 是可再生能源,太阳能、风能和水能是可再生能源,D选项错误. 故正确答案为C.
例2 某学习小组的同学在关于原子和原子核的讨论中,有以下四种说法: (1)原子由位于中心的原子核和核外电子组成; (2)带负电荷的电子在原子核外空间绕核高速运动; (3)原子的全部正电荷和全部质量都集中在原子核里; (4)原子核由质子和中子组成,质子的个数一定不等于中子的个数 下列组合中,都正确的是 ( A ) A.(1)(2) B.(2)(4) C.(1)(3) D.(3)(4)
〔答案〕 (1)核电站只需消耗很少的核燃料,就可以产生大量的电能 (2)核电站还可以大大减少燃料的运输量 (3)核电站特别适于缺少煤、石油、水能等能源的地区 (4)核能发电过程中能量损失小,效率高 (5)核能发电过程中不需排放大量烟尘、废气,对环境污染小(任选两个)
12/10/2021
例2
[简答题]裂变和聚变都是原子核反应过程,单独地从裂变是核分裂,