1、核能核能第二十二章能源与可持续发展第二十二章能源与可持续发展复习提问复习提问1、原子核是由什么组成？、原子核是由什么组成？2、原子核内没有电子，怎么会放出、原子核内没有电子，怎么会放出电子呢？电子呢？是由质子和中子组成的是由质子和中子组成的 原来，原子核内放出的电子是原子原来，原子核内放出的电子是原子核内发生某种核反应时产生的，在这核内发生某种核反应时产生的，在这个反应中，一个中子变成一个电子和个反应中，一个中子变成一个电子和一个质子一个质子原子核发生变化时，能量有什么变化呢？原子核发生变化时，能量有什么变化呢？学习内容一：核能学习内容一：核能核能自学检测合作探究即时练习精讲点拨1原子结构原子
2、结构H2O分分子子以水分子为例：它由一个氧原子和两个氢原子以水分子为例：它由一个氧原子和两个氢原子组成。组成。一、核能一、核能H原子由原子核和核外电子组成。原子由原子核和核外电子组成。（1）氢原子由原子核和一个核外电子组成。）氢原子由原子核和一个核外电子组成。原子核有一个质子，质子带正电荷，核外电子原子核有一个质子，质子带正电荷，核外电子带负电荷。二者电荷量相同。带负电荷。二者电荷量相同。O（2）氧原子由原子核和八个核外电子组成。氧原子由原子核和八个核外电子组成。原子核有八个质子和八个中子，由于中子不带原子核有八个质子和八个中子，由于中子不带电，所以正负电荷量仍然相同。电，所以正负电荷量仍然相
3、同。质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互结合时，就有可能释放出惊人的能量，这子核相互结合时，就有可能释放出惊人的能量，这就是就是核能核能。2核能核能质子和中子依靠强大的核力紧密地结合在一起。质子和中子依靠强大的核力紧密地结合在一起。要使它们分裂或结合都是极其困难的。要使它们分裂或结合都是极其困难的。自学检测自学检测返回 1.原子核是由 和 组成的。质子带 电荷，中子 带电。2.质子和中子依靠强大的 结合在一起，如果质量较大的原子核分裂或质量较小的原子核相互结合，就有可能释放出惊人的能量，这就是 。核能核能核力核力不不正正中子中子质子质子合作探
4、究 1.原子内部的结构。返回2.仔细观察P22.21的图片，你获取了哪些信息，相互交流一下。原子核由质子和中子组成，质子带正电荷，原子核由质子和中子组成，质子带正电荷，核外电子带负电，中子不带电，质子所带的正核外电子带负电，中子不带电，质子所带的正电荷的数量等于核外电子所带的负电荷的数量。电荷的数量等于核外电子所带的负电荷的数量。即时练习即时练习1.原子、原子核、电子、中子、质子，它们之间有什么关系？哪些是不带电的？哪些是带电的？带的是哪种电？返回原子原子原子核原子核电子电子质子质子中子中子带负电带负电带正电带正电不带电不带电2.原子和原子核的尺寸究竟有多大？研究表明，若把它们都看成一个球体，
5、原子半径的数量级为1010 m，原子核半径的数量级为1015 m。打个比方，如果原子的大小跟北京奥运会“鸟巢”体育场一样大，那么原子核该有多大？是相当于篮球、垒球、乒乓球？或者是蚕豆、还是绿豆？返回绿豆绿豆学习内容二：裂变和聚变学习内容二：裂变和聚变裂变和聚变自学检测合作探究即时练习精讲点拨自学检测自学检测1.下列说法不正确的是（）A.原子核在分裂或者聚合时释放的能量叫做核能B.用中子轰击比较大的原子核可以使其发生裂变获取核能C.核电站里的链式反应是可以控制的D.原子弹发生爆炸时发生的链式反应也是可以控制的2.获取核能有两条途径：一是原子核的 ，二是 ；用人工控制的办法释放核能的装置叫做 ，利
6、用核能发电的电站叫做 。返回D核电站核电站核反应堆核反应堆核聚变核聚变核裂变核裂变2023-2-5问题一、制造原子弹的物理原理是什么？实现原子弹爆炸需要什么条件？（1）核力、核能核子之间存在强大核力核子结合成原子核、原子核分裂都伴随巨大的能量变化（2）核能计算 爱因斯坦质能方程：E=mc2 E=mc2（3）重核裂变 23592U+10 n 9038Sr+13654Xe+1010n 1千克铀全部裂变，放出的能量相当于2500吨优质煤 2023-2-5问题二、核电站主要由哪几个部分组成？其核反应与原子弹爆炸的核反应有何不同？核反应堆热交换器蒸汽轮机发电机冷凝器水泥层发电机核反应堆蒸汽轮机热交换器冷
7、凝器三、三、核核 能能 原子核是可以改变的，而且在有些改变过程中原子核是可以改变的，而且在有些改变过程中还会释放出巨大的能量还会释放出巨大的能量核能（即原子能）。获核能（即原子能）。获得核能有二种途径，一种是原子核的裂变，另一得核能有二种途径，一种是原子核的裂变，另一种是原子核的聚变。种是原子核的聚变。1、裂变、裂变 用中子轰击铀用中子轰击铀235（质量数为（质量数为235的铀），的铀），铀核会分裂成大小相差不很大的两部分，这铀核会分裂成大小相差不很大的两部分，这种现象叫裂变。种现象叫裂变。A、什么叫裂变？什么叫裂变？1938年，科学家用中子轰击质量比较大的铀年，科学家用中子轰击质量比较大的铀
8、235原子核，使其发生了裂变。原子核，使其发生了裂变。1 kg铀全部裂变，释放的能量超过铀全部裂变，释放的能量超过2 000 t煤煤完全燃烧时释放的能量。完全燃烧时释放的能量。用中子轰击铀核，铀核才能发生裂变，放出用中子轰击铀核，铀核才能发生裂变，放出能量。能量。外界中子停止轰击，裂变也就停止了。怎样外界中子停止轰击，裂变也就停止了。怎样才能让裂变继续下去呢？才能让裂变继续下去呢？合作探究1.想一想：像图22.22那样，点燃第一根火柴，会发生什么现象？返回 第一根火柴燃烧完，它的二根火柴开第一根火柴燃烧完，它的二根火柴开始燃烧，这二根火柴燃烧完，后面的四始燃烧，这二根火柴燃烧完，后面的四根火柴
9、开始燃烧根火柴开始燃烧2.观察图22.23，结合图22.22的现象，想象一下，中子撞击第一个铀核后会发生什么？相互说一说。3.科学家怎么描述这种现象。链式反应链式反应4.利用链式反应获取核能的方式叫什么？核裂变核裂变 *裂变时会释放出巨大的能量裂变时会释放出巨大的能量用中子轰击铀核，铀核才能发生裂变用中子轰击铀核，铀核才能发生裂变B、裂变的条件裂变的条件C、链式反应链式反应 当中子轰击铀核时，铀核才能发生裂变，而当中子轰击铀核时，铀核才能发生裂变，而铀核裂变时，还同时放出几新的个中子，放出的铀核裂变时，还同时放出几新的个中子，放出的中子又可以轰击其他铀核，使他们也发生裂变。中子又可以轰击其他铀
10、核，使他们也发生裂变。裂变将不断地自行继续下去的现象。裂变将不断地自行继续下去的现象。将火柴搭成左下图所示结构，点燃第一根火柴将火柴搭成左下图所示结构，点燃第一根火柴后，会发生什么？后，会发生什么？2链式反应链式反应用中子轰击铀用中子轰击铀235原子核，铀核在分裂时，会释原子核，铀核在分裂时，会释放出核能，同时还会产生几个新的中子，这些中子会放出核能，同时还会产生几个新的中子，这些中子会继续轰击其他铀核。于是就导致一系列铀核持续裂变，继续轰击其他铀核。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。并释放出大量核能，这就是裂变中的链式反应。想想议议想想议议2023-2-
11、5 链式反应 *如果对裂变的如果对裂变的链式反应不加控制，链式反应不加控制，在极短的时间里内在极短的时间里内就会释放出巨大的就会释放出巨大的核能，发生猛烈的核能，发生猛烈的爆炸。例如：原子爆炸。例如：原子弹弹 D、裂变的应用裂变的应用 *如果控制链式反如果控制链式反应速度，使核能缓应速度，使核能缓慢的平稳的释放出慢的平稳的释放出来，就能和平利用来，就能和平利用了。能缓慢、平稳了。能缓慢、平稳地释放核能的装置地释放核能的装置叫核反应堆叫核反应堆我国第一颗原子弹爆炸时形成的蘑菇云我国第一颗原子弹爆炸时形成的蘑菇云链式反应如果不加以链式反应如果不加以控制，大量原子核就在一控制，大量原子核就在一瞬间发
12、生裂变。释放出极瞬间发生裂变。释放出极大的能量。大的能量。在人类实现可控核裂在人类实现可控核裂变大约三年后，即变大约三年后，即1945年，年，利用不加控制的核裂变制利用不加控制的核裂变制造的毁灭性武器造的毁灭性武器原子原子弹爆炸了。弹爆炸了。核电站的核心设核电站的核心设备是核反应堆。核反备是核反应堆。核反应堆是原子核发生链应堆是原子核发生链式反应的场所。式反应的场所。1942年，人类利年，人类利用核反应堆第一次实用核反应堆第一次实现了可控制的铀核裂现了可控制的铀核裂变。变。目前，全世界已经建成了几百座核电站，核电目前，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发电量接近全球发电量
13、的1/5。3核电站利用核能发电核电站利用核能发电2.利用核反应堆来发电时，能量是这样转化的：核能内能机械能电能3.目前来说，核聚变都是不可控的，人类利用核聚变制成威力强大的武器氢弹。精讲点拨精讲点拨人类利用核能的二种方式：1.核裂变：A、发电（可控链式反应）。B、制造原子弹。（不可控链式反应）。2.核聚变：C、制造氢弹（不可控核聚变）返回原子弹爆炸原子弹爆炸大亚湾核电站大亚湾核电站氢氢弹弹爆爆炸炸返回5.看图22.25，了解人类利用核能的另一种方式核聚变。阅读图片左侧的文字，相互说一说核聚变是怎么一回事。将质量较小的原子核结合起将质量较小的原子核结合起来，也会释放出巨大的核能。来，也会释放出巨
14、大的核能。氘氘氚氚氦核氦核中子中子氘核与氚核在超高温下结合形成氦核和一个中氘核与氚核在超高温下结合形成氦核和一个中子，能释放大量核能。这一过程就是聚变。子，能释放大量核能。这一过程就是聚变。能量能量聚变聚变 较轻的核结合成较重的核，也能释放能量的现象较轻的核结合成较重的核，也能释放能量的现象A、什么叫聚变什么叫聚变B、聚变的应用聚变的应用 *利用轻核聚变可制成氢弹（其威力比原子利用轻核聚变可制成氢弹（其威力比原子弹更为巨大）弹更为巨大）*太阳内部进行着大规模的聚变，释放的核能以太阳内部进行着大规模的聚变，释放的核能以电磁波的形式的形式从太阳辐射出来。电磁波的形式的形式从太阳辐射出来。*和平利用
15、聚变产生的核量是非常吸引人的重大和平利用聚变产生的核量是非常吸引人的重大课题，我国的可控核聚变装置课题，我国的可控核聚变装置“中国环流器中国环流器1号号”已取得不少研究成果已取得不少研究成果三、聚变三、聚变氘核和氚核都属氘核和氚核都属于氢核的一种。大量于氢核的一种。大量氢核的聚变，可以在氢核的聚变，可以在瞬间释放惊人的能量。瞬间释放惊人的能量。氢弹利用的就是聚变氢弹利用的就是聚变瞬间释放的能量。瞬间释放的能量。可控聚变尚未实可控聚变尚未实现，海水中蕴藏着丰现，海水中蕴藏着丰富的氘核，科学家预富的氘核，科学家预言，通过可控聚变来言，通过可控聚变来利用核能，将有望彻利用核能，将有望彻底解决人类能源
16、问题。底解决人类能源问题。2023-2-5问题三、制造氢弹的物理原理是什么？氢弹爆炸需要什么条件？（1）轻核的聚变 21H+31H 42He +10n(2)热核反应 轻核聚变需要满足几百万度的高温条件。太阳内部时刻在进行着激烈的热核反应三、三、核核 能能1、裂变、裂变A、什么叫裂变？什么叫裂变？用中子轰击铀用中子轰击铀235，铀核会分裂成大小相差不很大的两，铀核会分裂成大小相差不很大的两部分，这种现象叫裂变。部分，这种现象叫裂变。B、裂变的条件裂变的条件用中子轰击铀核，铀核才能发生裂变用中子轰击铀核，铀核才能发生裂变C、链式反应链式反应 当中子轰击铀核时，铀核才能发生裂变，而铀核裂变当中子轰击
17、铀核时，铀核才能发生裂变，而铀核裂变时，还同时放出时，还同时放出23个中子，放出的中子又可以轰击其他铀核，使个中子，放出的中子又可以轰击其他铀核，使他们也发生裂变。他们也发生裂变。裂变将不断地自行继续下去的现象。裂变将不断地自行继续下去的现象。D、裂变的应用裂变的应用 原子弹、核电站原子弹、核电站2、聚变、聚变A、什么叫聚变什么叫聚变 较轻的核结合成较重的核，也能释放能量的现象较轻的核结合成较重的核，也能释放能量的现象B、裂变的应用裂变的应用 氢弹氢弹总结33返回6.阅读“科学、技术、社会”核电站和核废料处理。说一说，人类在利用核能的时候，可能带来哪些问题？核电站如果发生核泄漏事故，会带来严重
18、的环境污核电站如果发生核泄漏事故，会带来严重的环境污染；核废料如果处理不当也会带来严重的环境问题。染；核废料如果处理不当也会带来严重的环境问题。2023-2-5太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦的热核反应，太阳的这 种核反应每秒钟释放出3.81026J的能量就是太阳的能源。（1）写出这个核反应方程。（2）这一核反应能释放多少能量？（3）每秒钟太阳的质量减少多少千克？（4）目前太阳的质量为21030kg,若太阳质量减少万分之三，这种热核反应不能继续发生，计算太阳的这种热核反应能维持多少年？(mp=1.0073u,ma=4.0015u,me=0.00055u,1u=1.6610-27kg
19、)411H 42He +20+1e E=mc2=4.4210-29(3108)2=410-12Jm=E/C2=3.81026/(3108)2=0.41010kg t=M/m=21030310-4/0.41010=151016秒=5109年即时练习即时练习比较裂变聚变定义条件释放核能的大小是否可控应用核裂变和核聚变的区别较大原子核分较大原子核分裂为较小原子裂为较小原子核的过程核的过程质量小的原子质量小的原子核结合成较大核结合成较大原子核的过程原子核的过程中子轰击较中子轰击较大原子核大原子核超高温超高温巨大巨大更加巨大更加巨大裂变的链式裂变的链式反应可控反应可控聚变目前不可控聚变目前不可控原子弹、
20、核电站原子弹、核电站氢弹、太阳内氢弹、太阳内部爆炸部爆炸3.核反应堆和原子弹都是释放核能的装置，它们释放核能的过程有什么相同？有什么不同？4.什么是原子核的聚变？人类关于核聚变的应用已经取得的成就是什么？还有什么问题急需解决？核反应堆释放核能的速度是可控的，释放速度较慢；核反应堆释放核能的速度是可控的，释放速度较慢；原子弹释放核能的速度不加控制，速度很快。原子弹释放核能的速度不加控制，速度很快。如果将某些质量很小的原子核，在超高温下结合如果将某些质量很小的原子核，在超高温下结合成新的原子核也会释放出巨大的核能这就是聚变，成新的原子核也会释放出巨大的核能这就是聚变，人类利用核聚变制程了威力强大的武器氢弹。人类利用核聚变制程了威力强大的武器氢弹。目前来说人类还无法控制核聚变的反应速度，无目前来说人类还无法控制核聚变的反应速度，无法利用它来发电。法利用它来发电。5.以下是核电站工作情况的方框图，请在空白的方框内填写装置的种类，并在下面的括弧内填写这种装置中发生了怎样的能量转化。蒸汽轮蒸汽轮发电发电内能转化内能转化为机械能为机械能机械能转化机械能转化为电能为电能
