高中物理选修3-5教学设计 4.4 核能利用与环境保护 教案
高中物理 第4章 核能 第34讲 核聚变 核能的利用与环境
第3讲核聚变第4讲核能的利用与环境保护[目标定位] 1.了解聚变反应的特点及其条件.2.了解可控热核反应及其研究和发展.3.了解核电站的构造和基本原理，了解核武器的种类.4.了解核能利用的优势、危害及其防护措施．一、轻核聚变1．定义采用轻核聚合成较重核引起结合能变化的方式获得核能的核反应，称为轻核聚变．2．核反应举例21H＋31H―→42He＋10n.3．能量变化轻核聚变后，平均结合能增加，反应中会释放能量．二、可控热核聚变反应1．热核聚变反应的条件必须使原子核的距离达到10－15 m以下，使核具有足够的动能，轻核才能够发生聚变．2．约束聚变材料的方法引力约束、磁约束、惯性约束．三、核能的利用与环境保护1．核电站是将反应堆释放的核能转化为电能的发电厂，它的核心设施是核反应堆．2．核武器原子弹和氢弹是众所周知的两种核武器．(1)原子弹：是一种没有减速剂、不加控制的爆炸性链式反应装置．(2)氢弹：是一种靠惯性约束、不需人工控制而实现聚变的反应装置．3．核能的优势与危害(1)优势：核能发电比燃煤发电的成本低；核电站对环境污染比燃煤发电小得多．(2)危害：核废料具有高放射性．一、核聚变及核能的计算1．聚变发生的条件：要使轻核聚变，必须使轻核接近到核力发生作用的距离10－15 m内，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能．要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温．2．轻核聚变是放能反应：从平均结合能的图线看，轻核聚变后平均结合能增加，因此聚变反应是放能反应．3．聚变方程：21H＋31H―→42He＋10n＋γ.4．重核裂变与轻核聚变的区别反应方式比较项目重核裂变轻核聚变放能原理重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能放能多少聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大3～4倍核废料处理难度聚变反应的核废料处理要比裂变反应容易得多A．聚变是裂变的逆反应B．如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量C．聚变须将反应物加热至数百万开尔文以上的高温，显然是吸收能量D．裂变与聚变均可释放巨大的能量答案 D解析从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应，但其实不然，因为二者的反应物和生成物完全不同．裂变是重核分裂成中等质量核，而聚变则是轻核聚合成为较重核，无直接关联，并非互为逆反应，A项错；既然裂变与聚变不是互为逆反应，则在能量流向上也不必相反，B 项错；要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万开尔文的高温提供能量，但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量，因此，总的来说，聚变反应还是释放能量，故C项错，D项对．例2一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量m H＝1.007 3 u，中子质量m n＝1.008 7 u，氚核质量m T＝3.018 0 u．求：(1)写出聚变方程．(2)释放出的核能是多大？(3)平均每个核子释放的能量是多大？答案见解析解析(1)聚变方程11H＋210n―→31H.(2)质量亏损Δm ＝m H ＋2m n －m T ＝(1.007 3＋2×1.008 7－3.018 0) u ＝0.006 7 u ， 释放的核能ΔE ＝0.006 7×931.5 MeV≈6.24 MeV.(3)平均每个核子放出的能量为6.243 MeV ＝2.08 MeV.借题发挥 轻核聚变释放核能的计算方法 (1)根据质量亏损计算根据爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损(Δm )的千克数乘以真空中的光速(c ＝3×108m/s)的平方，即ΔE ＝Δmc 2.①(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV 能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV ，即ΔE ＝Δm 的数值×931.5 MeV②注意：式①中Δm 的单位为kg ，ΔE 的单位是J ；式②中Δm 的单位是u ，ΔE 的单位是MeV. 针对训练1 氘核(21H)和氚核(31H)结合成氦核(42He)的核反应方程：21H ＋31H ―→42He ＋10n ＋17.6 MeV (1)这个核反应称为________．(2)要发生这样的核反应，需要将反应物质的温度加热到几百万开尔文．式中17.6 MeV 是核反应中________(选填“放出”或“吸收”)的能量，核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量________(选填“增加”或“减少”)了________kg(保留一位有效数字)． 答案 (1)聚变 (2)放出 减少 3×10－29解析 在轻核聚变反应中，由于质量亏损，放出核能，由ΔE ＝Δmc 2，可以求得Δm ＝ΔEc 2≈3×10－29kg.二、核反应类型的判断例3 下列说法不正确的是( ) A.21H ＋31H ―→42He ＋10n 是聚变B.23592U ＋10n ―→14054Xe ＋9438Sr ＋210n 是裂变 C.22688Ra ―→22286Rn ＋42He 是α衰变 D.2411Na ―→2412Mg ＋ 0－1e 是裂变 答案 D解析 A 选项中是两个质量较轻的核结合成了一个质量较重的核，是聚变反应，故A 选项正确；B 选项的核反应是铀核捕获中子裂变为两个(或更多)中等质量的核，并放出几个中子，是裂变反应，故B 选项正确；在C 选项的核反应中没有中子的轰击自发地放出了α粒子，是α衰变，C 选项是正确的；而D 选项应是β衰变，不正确．故答案为D. 借题发挥 主要核反应类型有：(1)衰变：衰变是原子核自发转变为另一种核并辐射出α或β粒子．(2)人工转变：人工转变常用α粒子(也可用质子、中子等)轰击原子核，该核捕获α粒子后产生新原子核，并放出一个或几个粒子．(3)核裂变：核裂变时铀核捕获中子裂变为两个(或多个)中等质量的核，并放出几个中子． (4)核聚变：轻核聚合成中等质量的核反应． 针对训练2 下列说法正确的是( ) A.157N ＋11H ―→126C ＋42He 是α衰变方程 B.11H ＋21H ―→32He ＋γ是核聚变反应方程 C.23892U ―→23490Th ＋42He 是核裂变反应方程D.42He ＋2713Al ―→3015P ＋10n 是原子核的人工转变方程 答案 BD解析 选项A 、D 为原子核的人工转变，选项B 为轻核聚变，选项C 为原子核的α衰变，故选项B 、D 正确.对核聚变的理解及其核反应方程1．科学家发现在月球上含有丰富的32He(氦3)，它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为32He ＋32He ―→211H ＋42He ，关于32He 聚变下列表述正确的是( )A ．聚变反应不会释放能量B ．聚变反应产生了新的原子核C ．聚变反应没有质量亏损D ．目前核电站都采用32He 聚变反应发电 答案 B解析 核聚变反应中产生新的原子核，同时由于发生了质量亏损，会有核能的释放，这是人类利用核能的途径之一．目前核电站大多采用重核裂变的方法来释放与利用核能发电． 2．某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为11H ＋12 6C ―→13 7N ＋Q 1，11H ＋15 7N ―→126C ＋X ＋Q 2方程中Q 1、Q 2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：原子核 11H 32He 42He 12 6C 13 7N 15 7N质量/u1.007 8 3.016 0 4.002 6 12.000 0 13.005 7 15.000 1A ．X 是32He ，Q 2>Q 1 B ．X 是42He ，Q 2>Q 1 C ．X 是32He ，Q 2<Q 1 D ．X 是42He ，Q 2<Q 1 答案 B解析根据核反应中质量数与电荷数守恒容易求得新核X的质量数为4、电荷数为2，即X 是42He；根据表中提供的数据，可以求得第2个核反应的质量亏损大，根据爱因斯坦质能方程必然有Q1<Q2.核反应类型的判断3．现有三个核反应：①2411Na―→2412Mg＋0－1e ②235 92U＋10n―→141 56Ba＋9236Kr＋310n ③21H＋31H―→42He＋10n.下列说法正确的是( )A．①是裂变，②是β衰变，③是聚变B．①是聚变，②是裂变，③是β衰变C．①是β衰变，②是裂变，③是聚变D．①是β衰变，②是聚变，③是裂变答案 C解析原子核自发地放出某种粒子成为新的原子核，叫做衰变，①为β衰变．原子序数较大的重核分解成原子序数较小的原子核，叫做重核裂变，②为裂变．原子序数较小的原子核聚合成原子序数较大的原子核，叫做轻核聚变，③为聚变．故正确答案为C.计算核聚变释放的能量4．一个氘核(21H)和一个氚核(31H)结合成一个氦核(42He)，同时放出一个中子，已知氘核质量为m1＝2.014 1 u，氚核质量为m2＝3.016 0 u，氦核质量为m3＝4.002 6 u，中子质量为m4＝1.008 7 u，求：(1)写出聚变的核反应方程；(2)此反应过程中释放的能量为多少？平均每个核子释放出多少核能？答案(1)21H＋31H―→42He＋10n(2)17.5 MeV 3.5 MeV解析(1)核反应方程为21H＋31H―→42He＋10n.(2)此反应过程的质量亏损为Δm＝2.014 1 u＋3.016 0 u－4.002 6 u－1.008 7 u＝0.018 8 u，ΔE＝0.018 8×931.5 MeV≈17.5 MeV.平均每个核子释放的核能为17.55MeV＝3.5 MeV.(时间：60分钟) 题组一对核聚变的理解1．关于核聚变，以下说法不正确的是( )A．与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁B．世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－15 m以内，核力才能起作用D．地球上聚变燃料的储量十分丰富，从海水中可以提炼出大量核聚变所需的氘核答案 B解析与裂变相比，核聚变有下面的几个优势：(1)安全、清洁、辐射少；(2)核燃料储量多；(3)核废料易处理．但核聚变发电还没有投入实际运行．所以B项是不正确的．2．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是( )A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多B．聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定大C．聚变反应中粒子的平均结合能变小D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增加答案 B解析在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，但平均每个核子释放的能量一定大，故A错误，B正确；由于聚变反应中释放出巨大能量，则平均结合能一定增加，质量发生亏损，故C、D错误．3．太阳不断地向外辐射能量，仍保持1千万度以上的高温，其主要原因是太阳内部进行着剧烈地( )A．衰变反应 B．人工核反应C．裂变反应 D．热核反应答案 D解析太阳的内部时刻都在进行着轻核的聚变，即热核反应．4．重核裂变和轻核聚变是人们获得核能的两个途径，下列说法中正确的是( )A．裂变过程质量增加，聚变过程质量亏损B．裂变过程质量亏损，聚变过程质量增加C．裂变过程和聚变过程都有质量增加D．裂变过程和聚变过程都有质量亏损答案 D解析重核裂变和轻核聚变都能释放巨大的能量，由爱因斯坦质能方程知两过程均会有质量亏损．5．一个氘核(21H)与一个氚核(31H)发生聚变，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏损．聚变过程中( )A．吸收能量，生成的新核是42HeB．放出能量，生成的新核是42HeC．吸收能量，生成的新核是32HeD．放出能量，生成的新核是32He答案 B解析聚变过程中存在质量亏损，应放出能量．由核反应21H＋31H→10n＋42He，可知新核为42He，B 对．题组二聚变释放核能的计算6．据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试．下列关于“人造太阳”的说法正确的是( )A．“人造太阳”的核反应方程是21H＋31H→42He＋10nB．“人造太阳”的核反应方程是235 92U＋10n→141 56Ba＋9236Kr＋310nC．根据公式E＝mc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量比裂变反应大得多D．根据公式E＝mc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量与裂变反应相同答案AC解析21H＋31H→42He＋10n是轻核聚变方程，故A项正确；根据轻核聚变特点，相同质量的核燃料，轻核聚变释放的能量比裂变反应大得多，故C项正确．7．当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出28.30 MeV的能量，当三个α粒子结合成一个碳(C)核时，放出7.26 MeV的能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放的能量约为( )A．21.04 MeV B．35.56 MeVC．77.64 MeV D．92.16 MeV答案 D解析6个中子和6个质子可结合成3个α粒子，放出能量3×28.30 MeV＝84.9 MeV,3个α粒子再结合成一个碳核，放出7.26 MeV能量，故6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放能量为84.9 MeV＋7.26 MeV＝92.16 MeV，故D对．8．氘和氚发生聚变反应的方程式是21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV，若有2 g氘和3 g 氚全部发生聚变，N A为阿伏加德罗常数，则释放的能量是( )A．N A×17.6 MeV B．5N A×17.6 MeVC．2N A×17.6 MeV D．3N A×17.6 MeV答案 A解析由核反应方程可知1个氘核和1个氚核聚变成氦核时放出17.6 MeV能量和1个中子，则1 mol的氘和1 mol氚全部聚变成1 mol氦核时释放的能量为ΔE＝N A×17.6 MeV，故A 对．9．2006年9月28日，我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次放电、显示了EAST 装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达1 000 s，温度超过1亿度，标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平．合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方．核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富．已知氘核的质量为m 1，中子的质量为m 2，32He 的质量为m 3，质子的质量为m 4，则下列说法中正确的是( )A ．两个氘核聚变成一个32He 所产生的另一个粒子是质子 B ．两个氘核聚变成一个32He 所产生的另一个粒子是中子 C ．两个氘核聚变成一个32He 所释放的核能为(2m 1－m 3－m 4)c 2D ．与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废料具有放射性 答案 BD解析 由核反应方程知221H→32He ＋10X ，X 应为中子，释放的核能应为ΔE ＝(2m 1－m 3－m 2)c 2，聚变反应的污染非常小．而现实运行的裂变反应的废料具有很强的放射性．故A 、C 错误，B 、D 正确．10．4个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子，释放出2.8×106eV 的能量，写出核反应方程，并计算1 g 氢核完成这个反应后释放出多少焦耳的能量？ 答案 见解析解析 该反应的核反应方程为：411H ―→42He ＋2 0＋1e. 由此可知，平均每个氢核反应释放出的能量为 E 0＝2.8×1064eV ＝7×105 eV1 g 氢核(即1 mol)所包含的氢核的个数为6.0×1023(个) 应释放出的总能量E 为：E ＝7×105×6.0×1023 eV ＝4.2×1029 eV ＝6.72×1010 J.11．为了验证爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2，设计了下面的实验：用动能E 1＝0.9 MeV 的质子去轰击静止的锂核73Li ，生成两个α粒子，测得这两个α粒子的动能之和E ＝19.9 MeV.(质子、锂7核、α粒子的质量分别是1.007 3 u 、7.016 u 、4.001 5 u) (1)写出该核反应方程式；(2)计算核反应过程中释放的能量ΔE ； (3)通过计算说明ΔE ＝Δmc 2的正确性．答案 (1)11H ＋73Li ―→242He (2)18.9 MeV (3)见解析解析 可先计算核反应过程中的质量亏损Δm ，再根据爱因斯坦质能方程，计算出核反应中释放的能量ΔE ，并建立一个理想模型，释放的能量全部转化为系统的动能，计算出核反应中系统的动能的增加量E －E 1.在误差允许的范围内，只要释放的能量ΔE 与系统的动能的增加量E －E 1近似相等，即可说明ΔE ＝Δmc 2是正确的． (2)核反应过程中的质量亏损Δm ＝(1.007 3＋7.016 0－2×4.001 5) u＝0.020 3 u.根据爱因斯坦质能方程，计算出核反应中释放的能量． ΔE ＝0.020 3×931.5 MeV≈18.9 MeV. (3)由实验知反应前后系统增加的动能是E －E 1＝(19.9－0.9) MeV ＝19.0 MeV.这与核反应中释放的核能在误差允许的范围内近似相等，证明了质能方程ΔE ＝Δmc 2是正确的．12．如下一系列核反应是在恒星内部发生的： p ＋126C ―→137N13 7N ―→13 6C ＋e ＋＋μp ＋136C ―→147N p ＋147N ―→158O15 8O ―→15 7N ＋e ＋＋μp ＋157N ―→126C ＋α其中p 为质子，α为α粒子，e ＋为正电子，μ为一种中微子．已知质子的质量m p ＝1.672 648×10－27kg ，α粒子的质量m α＝6.644 929×10－27kg ，正电子的质量m e ＝9.11×10－31kg ，中微子的质量可忽略不计．真空中的光速c ＝3.00×108m/s.试计算该系列反应完成后释放的能量． 答案 3.95×10－12J解析 为求出系列反应后释放的能量，将题中所给的各核反应方程左右两侧分别相加，消去两侧相同的项，系列反应最终等效为4p ―→α＋2e ＋＋2μ. 设反应后释放的能量为Q ，根据质能关系和能量守恒得 4m p c 2＝m αc 2＋2m e c 2＋Q ， 代入数据可得Q ≈3.95×10－12J.。
高中物理 第4章 核能 4.3 核聚变 4.4 核能的利用与环境保护教案 鲁科版选修3-5
第3节核聚变第4节核能的利用与环境保护●课标要求1．了解聚变反应的特点及其条件．2．了解可控热核反应及其研究和发展，知道核电站的工作模式．3．知道轻核的聚变能够释放出很多的能量，如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景．●教学地位轻核的聚变也是核能释放的一条途径，聚变反应中，平均每个核子放出的结合能要比裂变中平均每个核子释放的能量大得多．但要让学生知道聚变反应要求条件很高,科学家正在研究和实验可控热核反应的装置．同时还要让学生了解热核反应在宇宙中是很普遍的,如太阳和许多恒星内部就进行着激烈的热核反应，但自然界中的热核反应不是人为控制的，我国在可控热核反应方面的实验处于世界前列．有关核反应及核电站的内容学生初中已学过,教学中最好指导学生阅读有关核反应堆和增殖反应堆的内容，同时让学生树立一种观念,要一分为二的看清事物，核能可以造福人类，但也潜伏着对人类的危害和对环境的破坏作用.●新课导入建议问题导入大海航行靠舵手，万物生长靠太阳．没有太阳，地球上就不可能有姿态万千的生命现象，当然也不会孕育出作为智能生物的人类．太阳是靠什么为地球生命提供巨大的能量呢?●教学流程设计错误!⇒错误!⇒错误!⇒错误!⇓步骤7：指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况⇒错误!⇐错误!⇐错误!⇓步骤8：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评,安排学生课下完成【课后知能检测】危害及其防护措施。
轻核聚变及可控热核聚变反应1.（1)轻核聚变采用轻核聚合成较重核引起结合能变化的方式可获得核能．这样的核反应称为轻核聚变．(2)太阳内部核聚变的反应方程错误!H＋错误!H→错误!He＋错误!n。
（3）核子聚变的条件要使核子发生聚变，必须使核子接近核力能发生作用的范围．(4)物质第四态—-等离子态高温等离子体的密度及维持时间达到一定值时才能实现聚变．(5）约束等离子体的三种方式：引力约束、磁约束、惯性约束．2．思考判断(1)太阳中发生的是可控热核聚变反应．(×）（2)轻核发生聚变反应不需要条件．(×)（3）轻核发生聚变反应核子必须接近到核力发生作用的范围．（√）3．探究交流为什么制造氢弹必须要具有制造原子弹的能力？【提示】氢弹爆炸是热核反应，需要达到几百万摄氏度的高温才能进行，只有利用原子弹爆炸时的高温高压,才能使氢弹中的聚变材料达到热核反应的条件，故只有具备了制造原子弹能力的国家才能制造氢弹。
《核能的利用与环境保护》优秀教案(精选)
核能技术与其他技术的结合
核能技术与其他能源技术如太阳能、风能等的结合，可以实 现能源的互补和优化，提高能源利用效率和稳定性。
核能与可持续发展
核能对环境的影响较小
核能作为一种清洁能源，对环境的影响较小，可以减少温室气体排放和其他污 染物排放，有助于减缓气候变化。
核能驱动原理
核能驱动利用核反应产生 的能量，通过核反应堆产 生推力或热量，推动船舶 、潜艇等移动载体前进。
核能驱动的优势
核能驱动具有高效、持久 、环保等优势，能够替代 传统的燃油驱动方式，降 低碳排放。
核能驱动的挑战
核能驱动存在安全风险、 技术难度高等问题，需要 加强技术创新和监管。
01
核能与环境保护
核能与其他能源形式如化石能源、可再生能源等的互补，可以优化能源结构，提 高能源供应的稳定性和安全性。
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THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
《核能的利用与环境 保护》优秀教案(精 选)
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
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2023-12-27
目录CONTENTS
• 核能简介 • 核能利用 • 核能与环境保护 • 核能安全问题 • 核能未来展望
01
核能简介
核能定义
01
02
03
核能
又称原子能，指存在于原 子核内的能量，通过核反 应从原子核中释放出来。
核动力航空母舰安全问题
核动力航空母舰虽然具有强大的动力和持久的续航能力， 但也有一定的安全问题，如蒸汽发生器故障、反应堆控制 问题等。
2019_2020学年高中物理第4章核能第3节核聚变第4节核能的利用与环境保护教学案鲁科版选修3_5
第3节核聚变第4节核能的利用与环境保护1.了解聚变反应的特点及其条件．(重点)2.了解可控热核反应及其研究和发展．3．了解核电站的构造和基本原理，了解核武器的种类． 4.了解核能利用的优势、危害及其防护措施．[学生用书P59]一、轻核聚变1.轻核的平均结合能小于中等质量的核的平均结合能．2.采用轻核聚合成较重核引起结合能变化的方式可获得核能．这样的核反应称为轻核聚变．(1)太阳和其他恒星能够发光并辐射出巨大的能量，是它们内部核聚变的结果．(2)氢核聚变的核反应方程为21H＋31H→42He＋10n．同时释放17.51 MeV的能量，平均每个核子释放3.5 MeV的能量，比裂变中平均每个核子释放的能量大得多．3.聚变反应不仅能释放巨大的能量，而且所用的燃料容易获得．氘可从海水中提取，天然的氚不存在，但可通过核反应10n＋63Li→42He＋31H得到．(1)核聚变时吸收能量．( )(2)核聚变平均每个核子放出的能量，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大．( )提示：(1)×(2)√二、可控热核聚变反应1.要使核子发生聚变，必须使核子接近核力能发生作用的范围．两个氘核发生聚变，它们的距离必须接近10－15米以内，核力才能起作用．2.轻核聚变温度到达108K，在这样的高温下，原子完全电离形成等离子态，才能实现聚变．3.为了实现核聚变，目前靠3种方法对等离子体进行约束，一是靠引力，二是用磁场，三是靠惯性．环流器是目前性能最好的一种磁约束装置．1．为什么温度达到几百万摄氏度核聚变才能发生？提示：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即10－15 m，要使原子核接近到这种程度，必须使它们具有很大的动能以克服原子核之间巨大的库仑斥力．要使原子核具有如此大的动能，就要把它加热到几百万摄氏度的高温．三、核能的利用与环境保护1.核电站(1)核电站就是将反应堆释放的核能转化为电能的发电厂． (2)目前核电站的反应堆以235 92U 为燃料，发电成本低于煤电．(3)采用增殖反应堆可以使资源得到充分利用．2.核武器(1)原子弹是一种没有减速剂、不加控制的爆炸性链式反应装置．(2)氢弹是一种靠惯性约束、不需人工控制而实现聚变的反应装置．3.核能的优势与危害(1)核能作为一种新能源，有很多优势．①核能发电比燃煤发电的成本低．②核电站对环境污染比燃煤发电小得多．(2)核能的利用也存在一些危害．核燃料使用后，存留一定量的具有高放射性的核废料．2．为什么只有具备制造原子弹能力的国家才能制造氢弹？提示：氢弹是热核反应，需达到几百万摄氏度以上高温才能进行核反应，只有用原子弹爆炸的高温高压，才可以使氢弹中的聚变材料达到热核反应的条件，故只有具备制造原子弹能力的国家才能制造氢弹．对轻核聚变的理解[学生用书P60]1.聚变发生的条件：要使轻核聚变，必须使参与反应的原子核接近到原子核大小的尺寸范围，这就要求它们具有很大的动能以克服原子核之间巨大的库仑斥力做功，必须把它们加热到几百万摄氏度的高温．在高温下原子处于电离态，要让聚变持续发生，首先应对等离子体进行约束．目前，可控的热核聚变反应还处于探索阶段，实验室内通过磁约束实现了对等离子体的约束．2.聚变比裂变反应放出更多能量的原因(1)平均每个核子释放能量较多，是裂变反应的2～3倍．例如，一个氚核和一个氘核结合成一个氦核时放出能量17.6 MeV ，平均每个核子放出能量约3.5 MeV ；而235 92U 裂变时，平均每个核子放出能量为1 MeV.(2)同样质量的情况下，聚变比裂变反应放出更多的能量，如氘和氚聚变为1 kg 氦时放出的能量为ΔE 1，则ΔE 1＝1 0004×6.02×1023×17.6 MeV ≈2.65×1033eV假设一个铀核裂变时平均放出的能量为200 MeV ，则1 kg 铀核全部裂变时放出能量为ΔE 2，即ΔE 2＝1 000235×6.02×1023×200 MeV ≈5×1032eV ΔE 1ΔE 2＝5.3. 轻核必须在很高的温度下相遇才能发生聚变反应放出更大的能量．由于发生聚变的温度极高，聚变又叫热核反应．(多选)下列说法正确的是( )A ．聚变反应中有质量亏损，所以必向外界放出能量B ．要使核发生聚变反应，必须使核之间的距离接近到1×10－15 m ，也就是接近到核力能够发生作用的范围内C ．要使核发生聚变反应，必须克服核力做功D ．热核反应只有在人工控制下才能发生[解析] 由质能方程可知，选项A 正确；轻核结合成质量较大的核，必须使轻核间的距离达到核力能发生作用的范围，才能使它们紧密地结合起来，选项B 正确、C 错误；热核反应必须在很高的温度下才能发生，不一定要人工控制，选项D 错误．[答案] AB核能的利用与环境保护[学生用书P61]1.核原料提供的能量巨大，1 kg 铀全部释放的能量大约相当于2 700 t 标准煤燃烧放出的能量．地球上的一般常规能源都无法跟核能相比．除铀外，钍也是一种裂变材料，它比铀更丰富，如果能把钍利用起来，核电的发展前景将更为广阔．热核反应所需的氘更是储量丰富．核原料的运输和储存方便，如：一座100万千瓦核电站一年所需原料铀，只需6辆卡车就可全部运到现场．核电站不排放二氧化碳、氮氧化合物等造成温室效应或酸雨的气体及烟尘，有利于环境保护．2.核电站为防止放射性物质的泄漏，一般有4道安全屏障：二氧化铀陶瓷体燃料芯块滞留裂变产物，外面密封锆合金包壳，第三道是压力边界，第四道是安全壳．这些措施大大提高了核能利用的安全性．对核废料进行回收利用，剩下的废料就很少了，将其中低放射性废料进行沥青固化或水泥固化后，储存在地下浅层废料库，对高放射性的废料采用玻璃固化后，埋藏在深层废料库．加之实时监测等措施都降低了对环境污染的可能性．关于核电站以下说法正确的是( )A ．核电站中的核反应是无法控制的B ．目前核电站主要原料是铀，能量主要来源于核聚变C ．采用增殖反应堆可以使核原料充分利用D ．核电站使用过的核燃料还可以在火力发电厂中二次利用[思路点拨] 根据核电站的原理解答．[解析] 目前核电站主要原料是铀，能量主要来源于核裂变，其反应是可以通过控制棒控制反应速度的，A 、B 均错；采用增殖反应堆可以充分利用铀235之外的原料从而放出更多能量，C 对；核废料具有放射性，不能再通过燃烧的方式二次发电，D 错．[答案] C有关核聚变能量的计算[学生用书P61]太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能量来源．(1)写出这个核反应方程．(2)这一核反应能释放多少能量？(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026J ，则太阳每秒减少的质量为多少千克？ (m p ＝1.007 3 u ，m He ＝4.002 6 u ，m e ＝0.000 55 u)[思路点拨] 核反应中由于质量数、电荷数保持守恒，由此可写出核反应方程；根据爱因斯坦的质能关系方程，由质量亏损(或能量)可计算释放的能量(或质量亏损)．[解析] (1)核反应方程是411H ―→42He ＋02X ，而02X 只能是2个正电子．因此核反应方程应为411H ―→42He ＋201e.(2)反应前的质量m 1＝4m p ＝4×1.007 3 u ＝4.029 2 u反应后m 2＝m He ＋2m e ＝4.002 6 u ＋2×0.000 55 u ＝4.003 7 uΔm ＝m 1－m 2＝0.025 5 u ，由质能方程得，释放能量ΔE ＝Δmc 2＝0.025 5×931.5MeV ≈23.75 MeV.(3)由质能方程，ΔE ＝Δmc 2得每秒减少的质量Δm ＝ΔE c 2＝3.8×1026（3×108）2 kg ≈4.2×109 kg. [答案] (1)411H ―→42He ＋201e (2)23.75 MeV(3)4.2×109 kg对于轻核聚变时核能的计算与前面重核裂变时核能的计算方法完全一样，利用爱因斯坦质能方程进行计算即可．大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电．氘核聚变反应方程是：21H ＋21H →32He ＋10n.已知 21H 的质量为2.013 6 u, 32He 的质量为3.0150 u，10n的质量为1.008 7 u，1 u＝931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为( )A．3.7 MeV B．3.3 MeVC．2.7 MeV D．0.93 MeV解析：选B.氘核聚变反应的质量亏损为Δm＝2×2.013 6 u－(3.015 0 u＋1.008 7 u)＝0.003 5 u，释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.003 5×931 MeV/c2×c2≈3.3 MeV，选项B正确．[随堂检测] [学生用书P62]1.科学家发现在月球上含有丰富的32He(氦3)，它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为32He＋32He→211H＋42He，关于32He聚变下列表述正确的是( )A．聚变反应不会释放能量B．聚变反应产生了新的原子核C．聚变反应没有质量亏损D．目前核电站都采用32He聚变反应发电解析：选B.该聚变反应释放了能量，是因为发生了质量亏损，A、C错；该聚变反应产生了新原子核11H，B对；目前核电站都是用重核裂变发电的而不是用轻核聚变，D错．故正确答案为B.2.下列说法中正确的是( )A．重核裂变时放出能量，轻核聚变时吸收能量B．聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变反应中平均每个核子放出的能量多C．裂变时产生放射性物质处理起来比热核反应时产生放射性物质简单得多D．太阳辐射出的能量是由太阳内部的裂变反应产生的解析：选B.重核裂变和轻核聚变均有质量亏损，均释放出核能，A错；聚变时每个核子平均释放出的核能是裂变时平均每个核子释放出的核能的3～4倍，B对；裂变反应时产生的放射性物质对生物及环境有污染，需慎重处理；热核反应时产生的核废料污染小，处理简单，C错；太阳辐射出的能量是由太阳内部的核聚变反应释放的，D错．3.(多选)关于热核反应下列说法正确的是( )A．就每一个核子平均来说，比重核裂变时释放的能量多B．对环境的放射性污染较裂变轻，且较容易处理C．热核反应的原料在地球上储量丰富D．热核反应的速度容易控制解析：选ABC.聚变反应平均每个核子比裂变反应中平均每个核子放出的能量要大3～4倍，且其原料均为氢的同位素，在地球上储量极为丰富，其放射性污染也较裂变轻．但是，目前只是能够让轻核聚变发生，还不能控制聚变反应、和平利用聚变时释放的核能．故正确选项为A 、B 、C ，错误选项为D.4．(多选)下列关于聚变的说法中正确的是( )A ．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功B ．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫做热核反应C ．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应D ．自然界中不存在天然的热核反应解析：选ABC.轻核聚变时，必须使轻核之间距离达到10－15m ，所以必须克服库仑斥力做功，A 正确；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万摄氏度下才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故B 、C 正确；在太阳内部或其他恒星内部都进行着热核反应，D 错误．5．氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为：21H ＋31H →42He ＋X ，式中X 是某种粒子．已知：21H 、31H 、42He 和粒子X 的质量分别为2.014 1 u 、3.016 1 u 、4.0026 u 和1.0087 u ；1 u ＝931.5c 2 MeV ，c 是真空中的光速．由上述反应方程和数据可知，粒子X 是______，该反应释放出的能量为________ MeV(结果保留3位有效数字)．解析：根据质量数和电荷数守恒可得X 是10n(中子)．核反应中的质量亏损为Δm ＝2.014 1 u ＋3.016 1 u －4.002 6 u －1.008 7 u ＝0.018 9 u所以该反应释放出的能量为ΔE ＝Δm ·c 2≈17.6 MeV.答案：10n(或中子) 17.6[课时作业] [学生用书P103(独立成册)]一、单项选择题1.原子弹和氢弹的制造原理分别是( )A ．都是根据重核的裂变B ．都是根据轻核的聚变C ．原子弹是根据轻核聚变，氢弹是根据重核裂变D ．原子弹是根据重核裂变，氢弹是根据轻核聚变解析：选D.原子弹是根据重核裂变原理制造的，氢弹是根据轻核聚变原理制造的． 2.我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献．下列核反应方程中属于聚变反应的是( )A.21H＋31H→42He＋10nB.147N＋42He→178O＋11HC.42He＋2713Al→3015P＋10nD.235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n解析：选A.A项是氢元素的两种同位素氘和氚聚变成氦元素的核反应方程，B项是用α粒子轰击氮原子核发现质子的核反应方程，C项属于原子核的人工转变，D项属于重核的裂变，因此只有A项符合要求．3．一个氘核(21H)与一个氚核(31H)发生聚变，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏损．聚变过程中( )A．吸收能量，生成的新核是42HeB．放出能量，生成的新核是42HeC．吸收能量，生成的新核是32HeD．放出能量，生成的新核是32He解析：选 B.聚变出现质量亏损，一定放出能量，由质量数守恒和电荷数守恒可知，生成的新核是42He，选项B正确．4.原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源．当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，放出热量．这几种反应的总效果可以表示为621H―→k42He＋d11H＋210n＋43.15 MeV，由平衡条件可知( )A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6 D．k＝2，d＝3解析：选B.根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒得6×2＝4k＋d＋2，6×1＝2k ＋d，解得k＝2，d＝2.故正确答案为B.5.已知一个氢原子的质量为1.673 6×10－27 kg，一个锂原子的质量为11.650 5×10－27 kg，一个氦原子的质量为6.646 7×10－27kg.一个锂核受到一个质子轰击变为2个α粒子，核反应方程为11H＋73Li→242He.根据以上信息，以下判断正确的是( )A．题中所给的核反应属于α衰变B．题中所给的核反应属于轻核聚变C．根据题中信息，可以计算核反应释放的核能D．因为题中给出的是三种原子的质量，没有给出核的质量，故无法计算核反应释放的核能解析：选C.一个锂核受到一个质子轰击变为2个α粒子，核反应类型是人工核转变，A 、B 两项均错误；反应前一个氢原子和一个锂原子共有4个核外电子，反应后两个氦原子也是共有4个核外电子，因此只要将一个氢原子和一个锂原子的总质量减去两个氦原子的质量，得到的恰好是反应前后核的质量亏损，电子质量自然消掉．由质能方程ΔE ＝Δmc 2可以计算释放的核能，选项C 正确、D 错误．6.月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3(32He)”的化学元素，是热核聚变的重要原料．科学家初步估计月球上至少有100万吨氦3，如果相关技术开发成功，将为地球带来取之不尽的能源．关于“氦3(32He)”与氘核聚变，下列说法中正确的是( )A ．核反应方程为32He ＋21H →42He ＋11HB ．核反应生成物的质量将大于参加反应物质的质量C ．氦3(32He)一个核子的结合能大于氦4(42He)一个核子的结合能D ．氦3(32He)的原子核与一个氘核发生聚变将吸收能量解析：选A.“氦3(32He)”与氘核聚变的核反应符合质量数与电荷数守恒，且聚变是放能反应．质量亏损，新核的结合能大．故选A.7.太阳内部持续不断地发生着热核反应，质量减少．核反应方程是411H →42He ＋2X ，这个核反应释放出大量核能．已知质子、氦核、X 的质量分别为m 1、m 2、m 3，真空中的光速为c ，下列说法中正确的是( )A ．方程中的X 表示中子(10n)B ．方程中的X 表示电子( 0－1e)C ．这个核反应中质量亏损Δm ＝4m 1－m 2D ．这个核反应中释放的核能ΔE ＝(4m 1－m 2－2m 3)c 2解析：选D.由质量数守恒及核电荷数守恒知，X 为正电子，A 、B 错；质量亏损Δm ＝4m 1－m 2－2m 3，释放的核能ΔE ＝Δmc 2＝(4m 1－m 2－2m 3)c 2，C 错，D 对．8．关于聚变，以下说法中正确的是( )A ．两个轻核聚变为中等质量的原子核时放出能量B ．同样质量的物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量小C ．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积D ．发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能解析：选 D.两个轻核聚变为较大质量的原子核就可释放能量，但不一定是中等质量的核，故A 项错误．聚变反应放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大得多，这点由聚变反应的特点我们就可以知道，故B 项错误．裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积，而聚变反应的条件是原子核间距达到10－15 m ，故要求有足够大的动能才能克服原子核间的斥力做功，故C 错，D 正确．二、多项选择题9．下列核反应方程中属研究两弹的基本的核反应方程式的是( )A.14 7N ＋42He →17 8O ＋11HB.235 92U ＋10n →9038Sr ＋136 54Xe ＋1010nC.238 92U →234 90Th ＋42HeD.21H ＋31H →42He ＋10n解析：选BD.原子弹爆炸是靠重核裂变放出能量，B 式是其反应方程式．氢弹爆炸是靠轻核聚变放出能量，D 式是其反应方程式．A 式是人工转变方程，C 式是铀核的α衰变方程．故B 、D 正确．10.在某些恒星内，3个α粒子结合成1个126C 核，12 6C 原子的质量是12.000 0 u ，42He 原子的质量是4.002 6 u ．已知1u ＝1.66×10－27 kg ，则下列各选项正确的是( )A ．反应过程中的质量亏损是Δm ＝0.007 8 uB ．反应过程中的质量亏损是Δm ＝1.29×10－29 kg C ．反应过程中释放的能量是7.26 MeVD ．反应过程中释放的能量是1.16×10－19 J解析：选ABC.由题目可得此核反应的方程为342He ―→12 6C ＋ΔE ，则反应后的质量亏损为Δm ＝(3×4.002 6－12.000 0) u ＝0.007 8×1.66×10－27 kg ＝1.29×10－29 kg ，由质能方程ΔE ＝Δm ·c 2＝1.29×10－29×(3.0×108)2 J ＝1.161×10－12 J ＝7.26 MeV.故A 、B 、C 项正确，D 错误．三、非选择题11.试求在氢弹中合成1 kg 的氦时所释放出的能量．(氘核21H 的质量为2.014 1 u ，氚核31H 的质量为3.016 0 u ，氦核42He 的质量为4.002 6 u ，中子的质量为1.008 7 u)解析：设氢弹壳内装的是氘核和氚核，它们在高温下聚变生成氦核，核聚变方程为21H ＋31H ―→42He ＋10n.一个氘核21H 与一个氚核31H 发生反应放出的能量：ΔE ＝Δmc 2＝(2.014 1＋3.016 0－4.002 6－1.008 7)×931.56 MeV ≈17.51 MeV ，1 kg 氦中所含的原子数目N ＝nN A ＝1 0004×6.02×1023个＝1.505×1026个 这样合成1 kg 氦时所放出的总能量E ＝N ΔE ＝1.505×1026×17.51 MeV≈2.64×1027MeV.答案：2.64×1027 MeV12．已知氘核质量为2.013 6 u ，中子质量为1.008 7 u ，32He 核的质量为3.015 0 u ．两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成32He 并放出一个中子，释放的核能也全部转化为机械能．(质量亏损为1 u 时，释放的能量为931.5 MeV.除了计算质量亏损外，32He 的质量可以认为是中子的3倍)(1)写出该核反应的反应方程式；(2)该核反应释放的核能是多少？(3)若测得反应后生成中子的动能是3.12 MeV ，则反应前每个氘核的动能是多少MeV? 解析：(1)核反应方程为221H →32He ＋10n.(2)质量亏损为Δm ＝2.013 6 u ×2－3.015 0 u －1.008 7 u ＝0.003 5 u ．则释放的核能为ΔE ＝Δmc 2＝0.003 5×931.5 MeV ≈3.26 MeV.(3)设中子和32He 核的质量分别为m 1、m 2，速度分别为v 1、v 2，反应前每个氘核的动能为E 0，反应后中子和32He 核的动能分别为E 1、E 2.根据动量守恒得：m 1v 1－m 2v 2＝0所以v 1v 2＝m 2m 1＝31根据E ＝12mv 2得E 2E 1＝12m 2v 2212m 1v 21＝31×⎝ ⎛⎭⎪⎫132＝13 即E 2＝E 13＝13×3.12 MeV ＝1.04 MeV 由能量转化和守恒定律得E 1＋E 2＝2E 0＋ΔE代入数据得E 0＝0.45 MeV.答案：(1)见解析 (2)3.26 MeV (3)0.45 MeV。
高中物理第4章核能4.4核能的利用与环境保护教案鲁科版选修3-5(new)
4.4 核能的利用与环境保护三维教学目标1、知识与技能(1）知道什么是核反应，会写出人工转变方程;(2）知道什么是放射性同位素，人造和天然放射性物质的主要不同点;（3)了解放射性在生产和科学领域的应用；（4)知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害，了解防范放射线的措施，建立防范意识.2、过程与方法:渗透和安全地开发利用自然资源的教育.3、情感、态度与价值观：培养学生收集信息、应用已有知识、处理加工信息、探求新知识的能力.教学重点:人工转变的两个核反应方程及反应过程中遵循的规律。
教学难点：人工转变的两个核反应方程及反应过程中遵循的规律教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学用具:（1）挂图，实验器材模型，课件等；(2)多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。
(一）引入新课前面已经学习了核反应的一种形式:衰变。
本节课我们要学习核反应的另一种形式：人工转变以及人工转变产生的放射性同位素的应用和核辐射的防护.(二）进行新课1、核反应:原子核在其它粒子的轰击下产生新原子核的过程叫核反应。
在核反应中质量数守恒、电荷数守恒.人工转变核反应方程:H O He N 1117842147+→+ n C He Be 101264294+→+ 例如：写出下列原子核人工转变的核反应方程.（1）1123Na 俘获1个α粒子后放出1个质子（2)1327Al 俘获1个α粒子后放出1个中子(3)816O 俘获1个中子后放出1个质子（4)1430Si 俘获1个质子后放出1个中子理解并记住核反应方程，通过方程理解核反应中遵循的规律。
2、人工放射性同位素（1）放射性同位素：有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。
放射性同位素有天然和人造两种,它们的化学性质相同.（2）人工放射性同位素Al He P （3）人工放射性同位素的优点:放射强度容易控制；形状容易控制;半衰期短，废料容易处理.（4）凡是用到射线时，都用人造放射性同位素。
核能的利用与环境保护教案
核能的利用与环境保护教案一、教学目标：1.知道核能的利用方式和原理。
2.了解核能利用对环境的影响。
3.探讨如何合理利用核能保护环境。
二、教学内容：1.核能及其利用方式a.核能的定义和分类b.核能的利用方式：核裂变和核融合c.核能利用的过程和原理2.核能利用对环境的影响a.核能发电的优点和缺点b.核能废物的处理与储存c.核事故对环境的影响3.合理利用核能保护环境a.探讨核能发电的技术创新和改进b.探讨核能与可再生能源的结合c.强调核能发展必须符合环保要求三、教学过程：1.导入（10分钟）通过提问方式引导学生回顾上节课所学内容，引发对核能的思考和兴趣。
2.核能及其利用方式（20分钟）a.通过教师讲解的方式，介绍核能的定义、分类和利用方式。
b.结合实例和图片，生动形象地说明核裂变和核融合的原理和应用。
3.核能利用对环境的影响（30分钟）a.分小组讨论，学生思考核能发电的优点和缺点，并总结出相关观点。
b.教师组织学生展示讨论结果，并讲解核能废物处理与储存的现状和挑战。
c.通过案例分析和视频资料，让学生认识核事故对环境的严重影响。
4.合理利用核能保护环境（30分钟）a.学生就如何推动核能发电技术创新和改进进行小组讨论，并汇报结果。
b.探讨如何将核能与可再生能源相结合，实现更可持续的能源利用。
c.强调核能的发展必须符合环保要求，鼓励学生提出自己的创新观点。
5.活动总结及延伸（10分钟）教师对本节课的内容进行总结，回答学生提问，并展示与核能相关的研究成果和国际合作的现状。
四、教学资源：1.图片和案例分析2.视频资料3.讽数据和研究成果展示五、教学评估：1.课堂小组讨论结果的汇报评估2.学生对于核能利用与环境保护的思考和观点表达的评估3.答题评估：根据课堂学习和讨论内容出一份相关问题的问答题。
六、教学延伸：1.带领学生进行实地考察，参观核电站或核能研究实验室。
2.安排学生自主阅读相关科普书籍或研究报告，撰写小论文或举行研讨会。
2024年高中物理第4章第34节核聚变核能的利用与环境保护学案鲁科版选修3_5
核聚变 核能的利用与环境爱护1.轻核聚合成较重的核引起结合能改变，获得核能 的反应叫聚变。
2．约束核聚变材料的方法：引力约束、磁约束和 惯性约束。
3．原子弹是一种没有减速剂、不加限制的爆炸性 链式反应装置。
氢弹是一种靠惯性约束、不需人 工限制而实现聚变的反应装置。
1．轻核聚变轻核聚合成较重核而释放核能的过程。
2．常见的聚变方程(1)一个氘核和一个氚核结合成一个氦核：21H ＋31H ―→42He ＋10n这个核反应可释放17.51 MeV 的能量，平均每个核子释放3.5 MeV 的能量。
(2)21H ＋21H ―→31H ＋11H ＋4.00 MeV 3．轻核聚变的反应条件 核间距接近10－15m ，核力发生作用的距离内。
4．约束核聚变材料的方法 引力约束、磁约束和惯性约束。
5．核电站：将反应堆释放的核能转化为电能的发电厂。
工作流程：将反应堆释放的核能转化为蒸汽的内能，再利用蒸汽驱动汽轮机发电转化为电能。
燃料：反应堆以23592U 为燃料。
6．核武器：原子弹和氢弹是众所周知的两种核武器。
7．核能的优势(1)核能发电比燃煤发电的成本低。
(2)核电站对环境污染比燃煤发电小得多。
8．核能利用存在的危害(1)核废料的高辐射性。
(2)放射性物质泄漏，产生核污染。
(3)核武器威力巨大，不仅能摧毁生命，而且会使生态环境受到严峻破坏。
1．自主思索——判一判(1)太阳中发生的是可控热核聚变反应。
(×)(2)轻核发生聚变反应不须要条件。
(×)(3)轻核发生聚变反应核子必需接近到核力发生作用的范围。
(√)(4)太阳自身强大的引力把高温等离子体约束在一起，维持了其内部的热核反应的进行。
(√)(5)磁压缩装置中的环形线圈通电后可以产生磁场，将等离子体约束在环形真空室内。
(√)(6)目前，可控热核聚变已经被广泛应用于核电站发电。
(×)2．合作探究——议一议(1)为什么制造氢弹必须要具有制造原子弹的实力？提示：氢弹爆炸是热核反应，须要达到几百万摄氏度的高温才能进行，只有利用原子弹爆炸时的高温高压，才能使氢弹中的聚变材料达到热核反应的条件，故只有具备了制造原子弹实力的国家才能制造氢弹。
《核能的利用与环境保护》优秀教案(精选)
03
CHAPTER
环境保护背景下核能应用探 讨
温室气体减排目标设定
设定温室气体减排目标
监测与评估
根据国际协议和国家政策，设定具体 的温室气体减排目标，如到2030年减 少碳排放量的一定百分比。
建立温室气体排放监测体系，定期评 估减排计划的实施效果，并根据评估 结果进行调整和优化。
制定减排计划
为实现减排目标，制定详细的减排计 划，包括能源结构调整、提高能源利 用效率交流环节
学员对核能利用的
认识
通过课程学习，学员对核能利用 有了更深入的了解，认识到核能 在能源领域的重要地位。
学员对环境保护的
思考
学员意识到环境保护的重要性， 探讨了如何在核能利用过程中加 强环境保护措施，减少对环境的 不良影响。
学员对未来发展的
展望
学员对核能未来的发展充满期待 ，认为随着技术的进步和环保意 识的提高，核能将在未来能源领 域发挥更大的作用。
02
CHAPTER
核能资源现状及前景展望
全球核能资源分布
铀资源分布
全球铀资源主要分布在澳大利亚、哈萨克斯坦、加拿大、俄 罗斯和美国等国家。其中，澳大利亚的铀资源储量居世界首 位。
钍资源分布
钍是一种潜在的核能资源，全球钍资源主要分布在印度、澳 大利亚、美国、俄罗斯和巴西等国家。印度的钍资源储量尤 为丰富。
06
CHAPTER
总结回顾与展望未来发展趋 势
本次课程重点内容回顾
核能基本概念及原理
介绍了核能的基本概念、核反应原理以及核能发电的基本 过程。
核能利用现状与挑战
分析了当前全球核能利用的现状，探讨了核能发展面临的 挑战，如核废料处理、核安全等问题。
环境保护与核能的关系
《核能的利用与环境保护》优秀教案(精选)
清洁安全高效利用原则
清洁利用
核能发电过程中不产生烟尘、二 氧化硫等污染物排放，是一种清
洁的能源利用方式。
安全保障
建立健全核安全监管体系，确保 核设施的安全稳定运行，防范核
事故风险。
高效利用
提高核能发电效率，降低核能发 电成本，促进核能产业的可持续
发展。
废弃物处理和辐射安全防护措施
废弃物处理
对核能产生的放射性废弃物进行安全处理，确保 不会对环境和人类健康造成危害。
辐射安全防护
加强辐射安全防护措施，确保工作人员和公众免 受不必要的辐射照射。
应急预案制定
建立健全核应急预案体系，提高应对突发事件的 能力，确保核安全万无一失。
公众参与和科普教育推广
公众参与
加强公众ห้องสมุดไป่ตู้核能利用的认知和理解，鼓励公众参与核能决策过程 ，提高决策的透明度和公正性。
科普教育推广
加强核能科普教育推广，提高公众对核能的科学认知水平，消除对 核能的恐惧和误解。
美国
美国政府重视核能在能源安全和环境保护方面的作用，通过制定税收优 惠、提供研发资金支持等政策，鼓励企业加大核能技术研发和投入。
03
欧洲
欧洲国家普遍将核能作为实现能源转型和应对气候变化的重要手段。法
国、德国等国家纷纷制定了发展核电的长期规划，并加强跨国合作，共
同推进欧洲核能产业的发展。
新型核反应堆技术发展趋势
《核能的利用与环境保护》优 秀教案(精选)
汇报人： 2023-12-23
目录
CONTENTS
• 核能概述与基本原理 • 核能资源现状及开发前景 • 环境保护背景下核能利用策略 • 国内外典型案例分析比较 • 创新驱动发展战略在核能领域应用实践 • 总结回顾与展望未来发展趋势
4. 4《核能的利用与环境保护》教案(鲁科版选修3-5)
4．4《核能的利用与环境保护》学案【学习目标】1、了解核反应堆和核电站的基本原理2、了解核能利用的优势、危害及其防护措施【学习重点】反应堆和核电站的基本原理【知识要点】一、核电站核反应堆是核电站的心脏．它是人工控制链式反应的装置，可以使核能较平缓的释放出来．核电站的工作模式：是以核反应堆为能源，产生高压蒸汽，取代发电厂的锅炉，其余部分与火力发电厂基本相同．如课本图所示，它主要由裂变反应堆、第一回路系统、第二回路系统及其他辅助系统组成．二、核武器原子弹：是一种没有减速剂、不加控制的爆炸性链式反应装置。
氢弹：是一种靠惯性约束、不需要人工控制而实现聚变的反应装置，它利用2H1H迅速地聚变成4H，产生比原子弹更为强烈的爆炸。
和31三、核能的优势与危害核能作为一种新能源，有很优势：核能发电比燃煤发电的成本低；核电站对环境污染比燃煤发电小得多。
核能的利用也存在一些危害：核燃料使用后会存留一定量具有高放射性的核废料；核武器的威力巨大，不仅能摧毁地球上的生命，还能使生态环境受到严重破坏。
【典型例题】例题1：秦山核电站第一期工程装机容量为30万kW，如果1g铀235完全裂变时产生的能量为8.21010 J，并且假定产生的能量都变成了电能，那么，每年要消耗多少铀235?<一年按365天计算）学生回答：解：核电站每天的发电量为W=Pt=3×108×24×3600 J=2.592×1013J，每年的=365W=9.46×1015J而1 g铀完全裂变时产生的能量为：8.2×1010J 发电量W总所以，每年消耗的铀的量为：例题2：水<包括海水）是未来的“煤炭”，能从根本上解决人类能源问题。
这是指<填“氢能”、“核能”、“氢能和核能”）和利用。
请说明理由。
解读：①核能：因为海水中含有大量核聚变的材料氘，通过核聚变能够释放大量的核能。
②核能和氢能：因为海水中含有大量核聚变的材料氘，通过核聚变能够释放大量的核能。
《核能利用与环境保护》参考教案
核能利用与环境保护三维教学目标1、知识与技能（1）知道什么是核反应和核电站的原理；（2）知道原子弹和氢弹的原理；（3）知道核能的优势及其对人类和自然产生的严重危害，了解防范放射线的措施，建立防范意识。
2、过程与方法：渗透和安全地开发利用自然资源的教育。
3、情感、态度与价值观：培养学生收集信息、应用已有知识、处理加工信息、探求新知识的能力。
教学重点：核电站和核武器反应过程中遵循的规律。
教学难点：核电站和核武器反应过程中遵循的规律。
教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学用具：（1）挂图，实验器材模型，课件等；（2）多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。
一、核电站核能发电的原理和水力、火力发电厂有同样的共通点，就是设法使涡轮机转动，以带动发电机切割磁场，将机械能转变为产生电能。
其中主要的不同点在于推动涡轮机所用的动力来源。
水力电厂以大量的急速流动水(例如由水坝或瀑布引出)直接推动涡轮机，而核能电厂与火力电厂则利用大量高温、高压之水蒸气推动涡轮机，其中核能电厂是靠核分裂所释放出的能量、火力电厂则是靠燃烧煤炭、石油或天然气等化石燃料以产生蒸汽。
核能发电利用铀燃料进行核分裂连锁反应所产生的热，将水加热成高温高压，核反应所放出的热量较燃烧化石燃料所放出的能量要高很多(相差约百万倍)，比较起来所以需要的燃料体积比火力电厂少相当多。
核能发电所使用的的铀235纯度只约占3%--4%，其余皆为无法产生核分裂的铀238。
举例而言，核四厂每年要用掉80吨的核燃料，只要2支标准货柜就可以运载。
如果换成燃煤，需要515万吨，每天要用20吨的大卡车运705车才够。
如果使用天然气，需要143万吨，相当于每天烧掉201 核能发电万桶家用瓦斯。
换算起来，刚好接近全台湾692万户的瓦斯用量。
核能发电的原理图示二、原子弹原子弹是一种没有减速剂、不加控制的爆炸性链式反应装置。
在原子弹中，利用高效炸药的聚心爆炸，将两块或多块浓缩度为90%以上的高纯度核装料，原子的链式反应的形成：一种方法是将浓度90%以上的高纯度核装U每块都达不到临界体积。
4..4《核能的利用与环境保护》教案(鲁科版选修3-5)
4． 4 《核能的利用与环境保护》教案【学习目标】1、认识核反响堆和核电站的基来源理2、认识核能利用的优势、危害及其防备举措【学习重点】反响堆和核电站的基来源理【知识重点】一、核电站核反响堆是核电站的心脏．它是人工控制链式反响的装置，能够使核能较缓和的开释出来．核电站的工作模式：是以核反响堆为能源，产生高压蒸汽，代替发电厂的锅炉，其余部分与火力发电厂基真同样．如课本图所示，它主要由裂变反响堆、第一回路系统、第二回路系统及其余协助系统构成．4JzUR98iFE 二、核武器原子弹：是一种没有减速剂、不加控制的爆炸性链式反响装置。
氢弹：是一种靠惯性拘束、不需要人工控制而实现聚变的反响装置，它利用23H快速地聚变为4H，产生比原子弹更加激烈的爆炸。
4JzUR98iFE1H和1三、核能的优势与危害核能作为一种新能源，有很优势：核能发电比燃煤发电的成本低；核电站对环境污染比燃煤发电小得多。
核能的利用也存在一些危害：核燃料使用后会存留必定量拥有高放射性的核废料；核武器的威力巨大，不单能摧毁地球上的生命，还可以使生态环境遇到严重损坏。
4JzUR98iFE【典型例题】例题 1：秦山核电站第一期工程装机容量为30 万 kW ，假如 1g 铀 235 完整裂变时产生的能量为 8.2 1010 J，而且假定产生的能量都变为了电能，那么，每年要耗费多少铀 235?<一年按 365 天计算）4JzUR98iFE学生回答：解：核电站每日的发电量为 W=Pt=3× 108× 24× 3600×1013，每年的发电量 W 总×1015而铀完整裂变时产生的能量为：J×10J 1 g10J因此，每年耗费的铀的量为：m 10151.15 102kg 4JzUR98iFE10kg10例题 2：水<包含海水）是将来的“煤炭”，能从根本上解决人类能源问题。
这是指<填“氢能”、“核能”、“氢能和核能”）和利用。
《核能的利用与环境保护》优秀教案(精选)
技术创新
可持续发展
随着科技的不断进步，核能技术将不 断改进和创新，提高安全性、降低成 本、减少废物产生。
核能利用应与可持续发展相结合，平 衡经济发展、能源安全和环境保护之 间的关系。
国际合作
国际社会需要加强合作，共同推进核 能技术的发展和应用，同时加强核安 全监管和防止核武器扩散的措施。
核能与环境保护
03
核能利用的益处
核能发电
核能发电是核能利用的重要方式 ，相比于化石能源，核能发电具 有高效、低成本、低污染等优势 ，能够为人类提供稳定的电力供
应。
核能医学
核能医学是利用放射性同位素和 核技术进行医学诊断和治疗的重 要手段，能够提高医疗水平和治 疗效果，为人类健康保驾护航。
核能科研
核能科研是推动科学技术发展的 重要力量，能够为人类探索未知 领域、解决重大科技问题提供有
利用核反应堆产生的能 量推进船舶、航空器等 ，具有高速度、长航程
等优点。
核能医疗
利用放射性核素和射线 治疗疾病，如放疗、放
射性示踪等。
核能利用
02
核能利用的历史与现状
核能利用的历史
自20世纪50年代以来，核能利用 经历了从实验室研究到商业化应 用的历程，目前全球已有许多国 家建立了核能发电厂。
核能利用的现状
教学建议与展望
教学方法改进
根据教学效果评估结果，对教学方法 进行改进，提高教学效果。
教学内容更新
关注核能和环境保护领域的最新进展 ，及时更新教学内容。
实践环节加强
增加实践环节，组织学生进行实地考 察或实验操作，增强学生的实践能力 和动手能力。
学科交叉融合
加强与其他相关学科的交叉融合，拓 宽学生的知识面和视野。
鲁科版高三物理选修3《核能的利用与环境保护》说课稿
鲁科版高三物理选修3《核能的利用与环境保护》说课稿一、教学背景分析在高中物理选修课程中，核能的利用与环境保护是一个重要的教学内容。
核能作为一种非常重要的能源形式，对于人类的生活和发展起到至关重要的作用。
了解核能的基本原理、利用方式以及环境保护问题，对于学生的全面素质培养具有积极意义。
二、教学目标通过本节课的学习，学生应达到以下几个方面的目标： 1. 了解核能的基本概念和特点； 2. 掌握核能的利用方式和过程；3. 理解核能在能源领域的重要性和局限性；4. 了解核能利用对环境的影响，并提出环境保护的相关措施。
三、教学重点和难点1.教学重点：–核能的基本概念和特点；–核能的利用方式和过程。
2.教学难点：–核能利用对环境的影响；–环境保护的相关措施。
四、教学过程本节课将分为以下几个环节展开教学：1. 导入（5分钟）通过引入一个与核能相关的日常场景，激发学生对核能的兴趣和思考。
例如，可以引导学生思考如下问题：在电影院看电影时，为什么项目仪器发出的光线会让荧幕变得非常明亮？2. 概念讲解（15分钟）在这一环节中，我将简要介绍核能的基本概念和特点。
首先，在黑板上给出核能的定义，帮助学生建立基本概念；然后，通过示意图和简单实例，讲解核能与化学能、核反应等的区别与联系。
让学生明确核能是一种转化能的形式，能够在核反应中释放出巨大的能量。
3. 核能利用方式讲解（20分钟）在这一环节中，我将详细介绍核能的利用方式和过程，包括核裂变和核聚变两种方式。
首先，通过示意图和简单实例，讲解核裂变和核聚变的基本原理，以及它们在能源中的应用。
然后，让学生参与讨论，探讨核能利用的优点和局限性。
通过引导学生分析和思考，培养其独立思考和批判思维能力。
4. 环境保护问题讨论（20分钟）在这一环节中，我将引导学生思考核能利用对环境的影响，并提出环境保护的相关措施。
首先，给出核能利用对环境带来的问题，如核废料处理、辐射污染等。
然后，让学生分组进行讨论，探索解决这些问题的方法和措施。
4.3核聚变-4.4核能的利用与环境保护 学案(2020年鲁科版高中物理选修3-5)
4.3核聚变-4.4核能的利用与环境保护学案（2020年鲁科版高中物理选修3-5）第第3节节核聚变核聚变第第4节节核能的利用与环境保护核能的利用与环境保护目标定位1.了解聚变反应的特点及其条件.2.了解可控热核反应及其研究和发展.3.了解核电站的构造和基本原理，了解核武器的种类.4.了解核能利用的优势.危害及其防护措施一.轻核聚变1定义采用轻核聚合成较重核引起结合能变化的方式获得核能的核反应，称为轻核聚变2核反应举例21H31H42He10n.3能量变化轻核聚变后，平均结合能增加，反应中会释放能量二.可控热核聚变反应1热核聚变反应的条件必须使原子核的距离达到1015m以下，使核具有足够的动能，轻核才能够发生聚变2约束聚变材料的方法引力约束.磁约束.惯性约束三.核能的利用与环境保护1核电站是将反应堆释放的核能转化为电能的发电厂，它的核心设施是核反应堆2核武器原子弹和氢弹是众所周知的两种核武器1原子弹是一种没有减速剂.不加控制的爆炸性链式反应装置2氢弹是一种靠惯性约束.不需人工控制而实现聚变的反应装置3核能的优势与危害1优势核能发电比燃煤发电的成本低；核电站对环境污染比燃煤发电小得多2危害核废料具有高放射性一.核聚变及核能的计算1聚变发生的条件要使轻核聚变，必须使轻核接近到核力发生作用的距离1015m内，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温2轻核聚变是放能反应从平均结合能的图线看，轻核聚变后平均结合能增加，因此聚变反应是放能反应3聚变方程21H31H42He10n.4重核裂变与轻核聚变的区别反应方式比较项目重核裂变轻核聚变放能原理重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能放能多少聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大34倍核废料处理难度聚变反应的核废料处理要比裂变反应容易得多【例1】以下说法正确的是A聚变是裂变的逆反应B如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量C聚变须将反应物加热至数百万开尔文以上的高温，显然是吸收能量D裂变与聚变均可释放巨大的能量答案D解析从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应，但其实不然，因为二者的反应物和生成物完全不同裂变是重核分裂成中等质量核，而聚变则是轻核聚合成为较重核，无直接关联，并非互为逆反应，A项错；既然裂变与聚变不是互为逆反应，则在能量流向上也不必相反，B项错；要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万开尔文的高温提供能量，但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量，因此，总的来说，聚变反应还是释放能量，故C项错，D项对【例2】一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH1.0073u，中子质量mn1.0087u，氚核质量mT3.0180u求1写出聚变方程2释放出的核能是多大3平均每个核子释放的能量是多大答案见解析解析1聚变方程11H210n31H.2质量亏损mmH2mnmT1.007321.00873.0180u0.0067u，释放的核能E0.0067931.5MeV6.24MeV.3平均每个核子放出的能量为6.243MeV2.08MeV.借题发挥轻核聚变释放核能的计算方法1根据质量亏损计算根据爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损m的千克数乘以真空中的光速c3108m/s的平方，即Emc2.2根据1原子质量单位u相当于931.5MeV能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5MeV，即Em的数值931.5MeV注意式中m的单位为kg，E的单位是J；式中m的单位是u，E的单位是MeV.针对训练1氘核21H和氚核31H结合成氦核42He的核反应方程21H31H42He10n17.6MeV1这个核反应称为________2要发生这样的核反应，需要将反应物质的温度加热到几百万开尔文式中17.6MeV是核反应中________选填“放出”或“吸收”的能量，核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量________选填“增加”或“减少”了________kg保留一位有效数字答案1聚变2放出减少31029解析在轻核聚变反应中，由于质量亏损，放出核能，由Emc2，可以求得mEc231029kg.二.核反应类型的判断【例3】下列说法不正确的是A.21H31H42He10n是聚变B.23592U10n14054Xe9438Sr210n是裂变C.22688Ra22286Rn42He是衰变D.2411Na2412Mg01e是裂变答案D解析A选项中是两个质量较轻的核结合成了一个质量较重的核，是聚变反应，故A选项正确；B选项的核反应是铀核捕获中子裂变为两个或更多中等质量的核，并放出几个中子，是裂变反应，故B选项正确；在C选项的核反应中没有中子的轰击自发地放出了粒子，是衰变，C选项是正确的；而D选项应是衰变，不正确故答案为D.借题发挥主要核反应类型有1衰变衰变是原子核自发转变为另一种核并辐射出或粒子2人工转变人工转变常用粒子也可用质子.中子等轰击原子核，该核捕获粒子后产生新原子核，并放出一个或几个粒子3核裂变核裂变时铀核捕获中子裂变为两个或多个中等质量的核，并放出几个中子4核聚变轻核聚合成中等质量的核反应针对训练2多选下列说法正确的是A.157N11H126C42He是衰变方程B.11H21H32He是核聚变反应方程C.23892U23490Th42He是核裂变反应方程D.42He2713Al3015P10n是原子核的人工转变方程答案BD解析选项A.D为原子核的人工转变，选项B为轻核聚变，选项C为原子核的衰变，故选项B.D正确.对核聚变的理解及其核反应方程1科学家发现在月球上含有丰富的32He氦3，它是一种高效.清洁.安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为32He32He211H42He，关于32He聚变下列表述正确的是A聚变反应不会释放能量B聚变反应产生了新的原子核C聚变反应没有质量亏损D目前核电站都采用32He聚变反应发电答案B解析核聚变反应中产生新的原子核，同时由于发生了质量亏损，会有核能的释放，这是人类利用核能的途径之一目前核电站大多采用重核裂变的方法来释放与利用核能发电2某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为11H126C137NQ1，11H157N126CXQ2方程中Q1.Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表原子核11H32He42He126C137N157N质量/u1.00783.01604.002612.000013.005715.0001以下推断正确的是AX是32He，Q2Q1BX是42He，Q2Q1CX是32He，Q2Q1DX是42He，Q2Q1答案B解析根据核反应中质量数与电荷数守恒容易求得新核X的质量数为4.电荷数为2，即X是42He；根据表中提供的数据，可以求得第2个核反应的质量亏损大，根据爱因斯坦质能方程必然有Q1Q2.核反应类型的判断3现有三个核反应2411Na2412Mg01e23592U10n14156Ba9236Kr310n21H31H42He10n.下列说法正确的是A是裂变，是衰变，是聚变B是聚变，是裂变，是衰变C是衰变，是裂变，是聚变D是衰变，是聚变，是裂变答案C解析原子核自发地放出某种粒子成为新的原子核，叫做衰变，为衰变原子序数较大的重核分解成原子序数较小的原子核，叫做重核裂变，为裂变原子序数较小的原子核聚合成原子序数较大的原子核，叫做轻核聚变，为聚变故正确答案为C.计算核聚变释放的能量4一个氘核21H和一个氚核31H结合成一个氦核42He，同时放出一个中子，已知氘核质量为m12.0141u，氚核质量为m23.0160u，氦核质量为m34.0026u，中子质量为m41.0087u，求1写出聚变的核反应方程；2此反应过程中释放的能量为多少平均每个核子释放出多少核能答案121H31H42He10n217.5MeV3.5MeV解析1核反应方程为21H31H42He10n.2此反应过程的质量亏损为m2.0141u3.0160u4.0026u1.0087u0.0188u，E0.0188931.5MeV17.5MeV.平均每个核子释放的核能为17.55MeV3.5MeV.。
鲁科版选修3-5 4.4 核能的利用与环境保护 学案
第4节核能的利用与环境保护学案学习目标：知道核电站的构成及工作原理，了解核武器及核能的优势与危害。
根底知识：一、核电站1．核电站：是利用核能发电，它的核心设施是核反响堆．它主要由以下几局部组成：(1)燃料：铀棒(2)减速剂：铀235容易捕获慢中子发生反响，可采用石墨、重水、普通水作减速剂．(3)控制棒：为控制能量释放的速度，需控制中子的数目，采用镉棒作为控制棒来控制链式反响的速度．2．工作原理：核燃料裂变释放的能量，使反响区温度升高．3．能量输出：利用水或液态的金属钠等流体在反响堆内外循环流动，把反响堆内的热量传输出去，用于发电．4．核污染的处理：在反响堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变反响放出的各种射线，核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下或海底．二、核武器原子弹：原子弹一般应该由两局部组成，一是常规炸药局部，一是核局部，核局部是由分成几块的裂变核材料组成，每一块都在临界体积以下，引爆时，借助常规炸药在极短时间内，将这几块核材料合成一体，使总体积超过临界体积，从而发生链式反响．氢弹：氢弹是核武器的一种，其杀伤破坏因素与原子弹相同，但威力比原子弹大得多，但要使氢弹内发生轻核聚变反响必须有极高的温度和足够大的碰撞几率．典例1、关于核反响堆，以下说法正确的选项是()A．铀棒是核燃料，裂变时释放核能B．镉棒的作用是控制反响堆的功率C．石墨的作用是吸收中子D．冷却剂的作用是控制反响堆的温度和输出热能答案ABD解析铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，故A正确；镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反响速度，即控制反响堆功率，故B 正确；慢中子最容易引发核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，故C错误；水或液态金属钠等流体在反响堆内外循环流动，把反响堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反响堆冷却，控制温度，故D 正确．稳固练习：1．为应对能源危机和优化能源结构，提高清洁能源的比重，我国制定了优先选择核能，其次加快开展风电和再生能源的政策，在?核电中长期开展规划?中要求2021年核电运行装机总容量到达4 000万千瓦的水平，请根据所学物理知识，判断以下说法中正确的选项是()A．核能发电对环境的污染比火力发电要小B．核能发电对环境的污染比火力发电要大C．目前所有核电站都只利用重核裂变释放大量的原子能D．目前既有重核裂变，又有轻核聚变释放大量的原子能2．秦山核电站第三期工程的两个6×105kW发电机组已实现并网发电. 发电站的核能来源于23592U的裂变，以下说法正确的选项是()A．反响堆中核反响速度通常是采用调节23592U的体积来控制的B.23592U的一种可能的裂变是23592U＋10n→13954Xe＋9538Sr＋210nC.23592U是天然放射性元素，升高温度后它的半衰期会缩短D．一个23592U裂变能放出200 MeV的能量，×10－11 J3．据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳〞)已完成了首次工程调试．以下关于“人造太阳〞的说法正确的选项是()A．“人造太阳〞的核反响方程是21H＋31H→42He＋10nB．“人造太阳〞的核反响方程是235 92U＋10n→141 56Ba＋9236Kr＋310nC．根据公式E＝mc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反响释放的能量比裂变反响大得多D．根据公式E＝mc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反响释放的能量与裂变反响相同4．在所有能源中核能具有能量密度大、区域适应性强的优势，在核电站中，核反响堆释放的核能被转化为电能．核反响堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反响，释放出大量核能．(1)核反响方程式235 92U＋10n―→141 56Ba＋9236Kr＋a X是反响堆中发生的许多核反响中的一种，10n为中子，X为待求粒子，a为X的个数，那么X为________，a＝________．以m U、m Ba、m Kr分别表示235 92U、141 56Ba、9236Kr的质量，m n、m p分别表示中子、质子的质量，c为光在真空中传播的速度，那么在上述核反响过程中放出的核能ΔE＝________．(2)有一座发电能力为P×106kW的核电站，核能转化为电能的效率η＝40 %.假定反响堆中发生的裂变反响全是此题(1)中的核反响，每次核反响过程中放出的核能ΔE ×10－11 J ，铀核的质量m U ＝390×10－27 kg ，×107 s)消耗的235 92U 的质量． 参考答案：1.AC2.BD3.AC4.答案 (1)10n 3 (m U －m Ba －m Kr －2m n )c 2(2)1 104 kg解析 (1)由反响方程可知：X 为10n ，a 为3， 释放的能量为ΔE ＝(m U －m Ba －m Kr －2m n )c 2.(2) 因核电站发电效率为40 %，故核电站消耗235 92U 的功率为P ′＝P 40 %＝错误! kW ×106 kW. 核电站每年消耗235 92U 的能量为W ＝P ′t ×109××107 J ×1016 J产生这些能量消耗的铀核的数目：n ＝W ΔE＝错误!×1027(个) 每年消耗235 92U 的质量为M ＝nm U ×1027×390×10－27 kg ＝1 104 kg.。
鲁科版高中物理选修(3-5)-4.4认识核能：核能利用与环境保护
亚洲各地在刚过去的周末都密切关注日本核电站出现的事故，原因是亚洲一些国家正考虑兴建数十座核电站。
印度尼西亚官员也在考虑是否重启对核电站的规划，以满足印度尼西亚巨大的电力供应缺口。
印度表示，将检查其核电站，以确保经得起地震和海啸考验。
韩国也表示，将审视自身的核计划。韩国原计划建造14座新核反应堆。
第二节我国的核能应用
第三节有关核能的国际法律问题
附录：世界核电站的分布
我国核电站的分布
日本地震带来核危机而引发的思考
●时间：北京时间2011年3月11日13时46分
●震级：9.0级（日本地震厅）3月11日
●震中：日本本州岛仙台港以东130公里处3月11日
●伤亡：官方确认其中9700人确认遇难，1万6501人被正式列入失踪人员名单，两者合计总数达到2万6201人3月24日。
19世纪末英国物理学家汤姆逊发现了电子。
1895年德国物理学家伦琴发现了X射线。
1896年法国物理学家贝克勒尔发现了放射性。
1898年居里夫人发现新的放射性元素钋。
1902年居里夫人经过4年的艰苦努力又发现了放射性元素镭。
1905年爱因斯坦提出质能转换公式。
1914年英国物理学家卢瑟福通过实验，确定氢原子核是一个正电荷单元，称为质子。
奥地利环境部长柏拉科维奇称，他前日与欧盟各国环境部长开会时，将就“核电厂压力测试”取得各方共识。这类似2008年金融危机过后，欧盟对各金融体系进行的压力测试。
瑞士政府已决定暂停更新老化核能发电厂的计划，强调最优先考虑的是安全，又责成联邦核安全督察团“分析日本核事故的确切原因，并就可能制订严格新标准作结论”，在彻底的安全审查之前，停建新的核电站。
核能利用与环境保护
高二物理选修学案：.《核能的利用与环境保护》
4．4《核能的利用与环境保护》学案【学习目标】1、了解核反应堆和核电站的基本原理2、了解核能利用的优势、危害及其防护措施【学习重点】反应堆和核电站的基本原理【知识要点】一、核电站核反应堆是核电站的心脏．它是人工控制链式反应的装置，可以使核能较平缓的释放出来．核电站的工作模式：是以核反应堆为能源，产生高压蒸汽，取代发电厂的锅炉，其余部分与火力发电厂基本相同．如课本图所示，它主要由裂变反应堆、第一回路系统、第二回路系统及其他辅助系统组成．二、核武器原子弹：是一种没有减速剂、不加控制的爆炸性链式反应装置。
氢弹：是一种靠惯性约束、不需要人工控制而实现聚变的反应装置，它利用21H和31H迅速地聚变成4H，产生比原子弹更为强烈的爆炸。
三、核能的优势与危害核能作为一种新能源，有很优势：核能发电比燃煤发电的成本低；核电站对环境污染比燃煤发电小得多。
核能的利用也存在一些危害：核燃料使用后会存留一定量具有高放射性的核废料；核武器的威力巨大，不仅能摧毁地球上的生命，还能使生态环境受到严重破坏。
【典型例题】例题1：秦山核电站第一期工程装机容量为30万kW，如果1g铀235完全裂变时产生的能量为8.2⨯1010 J，并且假定产生的能量都变成了电能，那么，每年要消耗多少铀235?（一年按365天计算）学生回答：解：核电站每天的发电量为W=Pt=3×108×24×3600 J=2.592×1013 J，每年的发电量W总=365W=9.46×1015 J而1 g铀完全裂变时产生的能量为：8.2×1010 J 所以，每年消耗的铀的量为：152109.46101.15108.210m kg kg⨯==⨯⨯例题2：水（包括海水）是未来的“煤炭”，能从根本上解决人类能源问题。
这是指（填“氢能”、“核能”、“氢能和核能”）和利用。
请说明理由。
解析：①核能：因为海水中含有大量核聚变的材料氘，通过核聚变能够释放大量的核能。
鲁科版高三物理选修3《核能的利用与环境保护》教案及教学反思
鲁科版高三物理选修3《核能的利用与环境保护》教案及教学反思一、教学内容与时间安排本节课主要讲解核能的利用与环境保护，并入手实验让学生深刻理解相关知识。
本节课的时间安排如下：时间教学内容5分钟准备35分钟核能的利用与环境保护讲解60分钟实验（分为实验讲解和学生实验）20分钟总结和讨论二、课前准备在课前需要对教学材料、实验器材和实验方法进行准备。
具体准备工作如下：1.教学材料：准备《鲁科版高三物理选修3》教材相关章节的PPT及课件打印件。
2.实验器材：难点实验所需的实验器材。
3.实验方法：学生实验的相关操作方法等。
三、教学过程1. 教师讲解首先，教师通过PPT讲解核能的定义、利用和环境保护。
包括以下内容：1.核能的定义：核子的结合能差所产生的能量。
2.核能的利用：核电站，核武器等。
3.核能的环境保护：核辐射对环境和人的危害，以及如何减少核污染等。
2. 实验讲解然后，教师通过实验模拟核反应，帮助学生深入理解核能的利用原理。
实验讲解主要内容包括：1.实验目的：模拟典型核反应，通过实验计算中子流量分布。
2.实验器材：核反应场的慢化杆、中子流量离散传感器等设备。
3.实验步骤：配置实验包，激发中子流，测定相对强度等。
3. 学生实验学生根据教师的实验讲解，采用图示方法，一步一步地完成实验。
在实验过程中，教师要引导学生思考，并解答学生的实验疑惑。
4. 总结和讨论在学生完成实验后，教师要与学生一起讨论实验结果。
讨论主要围绕以下几个方面展开：1.实验结果分析：得到的数据有何特点？是否符合预期？2.实验存在的问题：学生在实验过程中是否遇到难点，如何克服？3.实验中的启示：如何将所得结果运用到真实的核反应过程中？四、教学反思整个教学过程中，由于时间紧凑，教师讲解时间可能有所不足。
因此，出现了一些学生未掌握相关知识点的情况。
为此，教师需要在教学过程中强化对某些重点内容的讲解。
另外，在实验安排方面，虽然本节课的实验部分采用了零散的学生分组实验方式，但由于实验器材数量有限，导致实验时间明显有所抢占。
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4.4核能利用与环境保护
（一）知识与技能
1.知道什么是核反应堆。
了解常用裂变反应堆的类型，了解核电站及核能发电的优缺点。
2．知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。
（二）过程与方法
通过让学生自己阅读课本，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的能力
（三）情感、态度与价值观
1．通过学习，使学生进一步认识导科学技术的重要性，更加热爱科学、勇于献身科学。
2．认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难，希望同学们努力学习，为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力。
教学方法:教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。
课时安排:1 课时
教学过程
（一）引入新课
教师：1967年6月17日，我国第一颗氢弹爆炸成功。
从第一颗原子弹爆炸成功到第一颗氢弹爆炸成功，我国仅用了两年零八个月。
前苏联用了四年，美国用了7年。
学生：学生认真仔细地听课
点评：通过介绍我国第一氢弹爆炸，激发同学们的爱国热情。
（二）进行新课
1、核电站
核核反应堆各组成部分在核反应中起什么作用？
铀棒由浓缩铀制成，作为核燃料。
控制棒由镉做成，用来控制反应速度。
减速剂由石墨、重水或普通水（有时叫轻水）做成，用来跟快中子碰撞，使快中子能量减少，变成慢中子，以便让U235俘获。
冷却剂由水或液态的金属钠等流体做成，在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出，确保反应堆的安全。
学生回答：水泥防护层用来屏蔽裂变产物放出的各种射线，防止核辐射。
核能发电的优点、缺点？
优点：①污染小；②可采储量大；③比较经济。
缺点：①一旦核泄漏会造成严重的核污染；②核废料处理困难。
点评：学生用自己的语言叙述，基本正确即可。
补充：了解常用裂变反应堆的类型：秦山二期、大亚湾二期是压水堆，秦山三期是沸水堆。
教学体会
本节课虽然教学要求不高，但却是开展中学科技教育活动的生动内容。
然而课本的编写，却限于篇幅等因素的影响，存在正如爱因斯坦所说的问题：“科学结论几乎是以完成的形式出现在读者面前，读者学生体验不到探索和发现的喜悦，感觉不到思想形成的生动过程也很难达到清楚地解释全部过程。
”
在课堂教学过程中，结合内容的讲授，以史为鉴，虽着墨不多，却寓意深远，本材料正是以此为设计思想的：沿着科学家的足迹，剖析科学家的思维，领略科学家的创造；激发同学们的兴趣，培养同学们的能力，陶冶同学们的情操。
附：
[1]投影材料一
时间人物事件
指出：中等大小的原子核结合最紧密，核裂变或轻核聚变都会放出
20年代阿斯顿
能量，核聚变放出的能量比裂变大许多
1920年爱丁顿猜测：太阳的能量来自亚原子粒子的相互作用
1926年爱丁顿指出：太阳总体积具有2000万度的高温和极高的密度。
指出：太阳总体积的60％是氢气，如果太阳的能量真是依靠核反1929年罗素
应的话，那么这种核反应只能是氢气的聚变。
1938年贝特证明：太阳的能量确实是靠氢气的聚变来维持的。
[2]投影材料二
事件人物事件
1933年科学家们在实验室中首次观测到核聚变就是氘的聚变
1934年卢瑟福用氘核去轰击氘靶产生了氚，发现氚聚变温度比氘更低。
1942年特勒在探索制造原子弹的各种途径的讨论中提出了一个可怕的问题。
1944年费米用氢的同位素氖和氛做燃料，只需五千万度就可以发生核聚变。
原子弹研制成功后，人们立即觉察到，可以利用裂变反应所产生的1945年美国
超高温来实现核聚变反应，这就是氢弹的原理。