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第十一章 物理學與能源技術
第4節 核能
我們已經知道物體是由分子組成，分子又是由原子組成。以水分子為例：
由水分子組成
H2O分子
由一個氧原子和兩個氫原子組成
那么，原子又是由什么組成的呢？
新課導入
3.知道核聚變及其應用前景。
2.知道核裂變及其應用。
1.知道什么是核能。
學習目標
1.原子核內部結構
1911年，盧瑟福根據α粒子散射實驗現象提出原子核式結構模型。
原子核（正）
核外電子（負）
質子（正）
中子（不帶電）
質子
中子
原子核
電子
新知學習
知識點一：原子核 核能
思考：許多帶正電的質子擁擠在一個小小的原子核中，它們之間必定會產生很大的相互排斥力。那么，為什么原子核里的質子和中子還能緊緊地結合在一起呢
原子核內的各個粒子質子和中子是通過一種叫作“核力”的作用力使它們能緊緊地結合在一起。
中子
質子
大部分元素的原子核是牢固而穩定的，而有些原子核會按照一定的規律發出射線變成新的原子核，這樣的性質稱為放射性。
2.元素的放射性
3.核能
質量較大的原子核發生分裂或者質量較小的原子核相互結合時，就有可能釋放出驚人的能量，這就是核能，也就是人們常說的原子能。
裂變
聚變
1.裂變：重原子核分裂成較輕的原子核，叫裂變。
如圖用中子轟擊鈾核，使鈾核分裂成兩個或兩個以上中等質量原子核的過程就是裂變的過程。
新知學習
知識點二：核裂變能及其利用
鏈式反應示意圖
2.用中子轟擊鈾核，鈾核發生裂變，放出能量。鈾核分裂的同時放出2～3個中子，又可以轟擊其他鈾核，使它們也發生裂變。于是裂變反應便會鏈鎖式地自行持續下去。這種反應叫作鏈式反應。　　
鏈式反應如果是在一瞬間進行那將是劇烈的爆炸。原子彈的爆炸就是鈾核或钚核裂變發生鏈式反應的結果。
思考：核能這么巨大，難道只能用于戰爭嗎？如何才能有效地控制鏈式反應？
3.核電站
（1）核反應堆：是一種能夠控制鏈式反應的裝置。
（2）核電站：利用核反應堆工作時釋放的能量使水汽化，推動蒸汽機帶動發電機發電。
汽輪機發電系統（二回路系統）
核蒸汽供應系統（一回路系統）
冷凝器
水
排水
進水
加壓的水（冷卻劑）
蒸汽
水
核反應堆
蒸汽
熱交換機
蒸汽渦輪
發電機
傳動軸
蒸汽腔
混凝土保護層
鐵殼
石墨
鈾
鎘或硼
泵
核電站
示意圖
①思考：由上圖可知核反應堆有厚重的保護層，這是為什么呢？
這是因為用于核反應的燃料，是具有強烈放射性的物質，能夠發出射線。如果沒有足夠的保護措施，這些射線會對人體健康造成嚴重傷害。
②能量轉化：
核能
內能
機械能
電能
（3）核電站的優點
1.核電站消耗的燃料很少，可以大大減少燃料的運輸量。
例如：一座1.0×l06kW的核電站，每年約消耗30t鈾燃料，而同樣功率的火力發電站卻要消耗約3.0×106 t煤。
2.核電站沒有煤燃燒放出的大量硫化物、碳氧化物、煙塵等，不會對大氣造成污染。
討論交流：核泄漏
閱讀52頁討論交流回答下列問題：
1、大家擔心的是什么？
2、怎樣減少核輻射對人體的危害？
（4）注意防止放射性物質的泄露，導致產生放射性污染。
1、核燃料的放射性對人體造成的嚴重傷害。
2、對于輻射強度超過國家標準的放射性物質，一定要防止其擴散，人體切莫隨便靠近。
距離防護：遠距離操作，任何源不能直接用手操作。
屏蔽防護：根據輻射源的類型、射線能量、活度設置屏蔽體：核廢料也有很強的放射性，目前一般都將其放入特制的容器內深埋封存。
1.聚變：輕原子核結合成較重的原子核，也會釋放核能，這種核反應叫聚變。
為什么聚變又叫熱核反應呢？
原子核帶有正電，兩個較輕的核在靠近過程中，彼此排斥，難以接近，所以把它們加熱到足夠高的溫度使這些粒子的無規則運動極其劇烈。以至于會有原子核在碰撞過程中靠得足夠近，從而發生聚變。因此聚變也常稱為熱核反應。
新知學習
知識點三：核聚變
氘核
氚核
被釋放的中子
釋放能量
形成氦核
中子
氫核聚合
氫核聚變
氫的同位素氘和氚，其原子核在超高溫下就可能聚合成氦核，釋放出巨大的能量。
可能有的同學會產生疑惑：使反應物獲得極高的溫度，要消耗不少能量，一旦發生聚變，獲得的核能能彌補之前的付出嗎？不會有“入不敷出”的現象發生吧？
事實上，聚變釋放的核能遠大于我們“點火”所需的能量。太陽的能量，就來自核聚變——這把“火”自從46億年前“點燃”后，至今未熄。
太陽內部發生的聚變反應，每秒鐘把7 ×108 t的氫變為氦。
2.聚變的應用
氫彈就是根據核聚變原理制成的，它的威力比原子彈大得多。
雖然在消耗相同質量核燃料的情況下，核聚變比核裂變放出的能量大得多，但是核聚變需要在極高的溫度下才能進行，現在人類還不能像控制核裂變那樣控制核聚變。
可控核聚變的研究已在實驗室取得重大進展，但是可控核聚變的利用還有相當長的路程要走。
3.可控核聚變
1.原子核是由質子和中子組成的。
2.獲得核能兩種方式：裂變和聚變。
1.裂變：重原子核分裂成較輕的原子核，叫裂變。
2.鏈式反應可制成原子彈。
3.核電站的主要組成部分及能量轉化。
核聚變
1.輕原子核結合成較重的原子核，也會釋放核能，這種核反應叫聚變。
2.氫彈就是根據核聚變原理制成的。
原子核 核能
核裂變能
及其利用
核能
課堂小結
1.組成原子核的粒子是（ ）
A.帶正電的質子和帶負電的電子
B.帶正電的質子和不帶電的中子
C.帶正帶的質子、帶負電的電子和不帶電的中子
D.帶負電的電子和不帶電的中子
2.關于核能，下列說法中正確的是（ ）
A.核能很小，無法利用 B.核能巨大，但現在無法利用
C.核動力航母利用的是核能 D.核能是可再生的
B
C
當堂檢測
3.關于裂變反應，下列說法中錯誤的是（ ）
A.所有原子核都能發生裂變反應釋放能量
B.裂變反應是重原子核吸收中子后發生的
C.原子彈是利用鏈式反應釋放的能量
D.核電站是利用可控鏈式反應釋放的能量
A
4.（多選）以下屬于核聚變反應的是（ ）
A.氫彈爆炸
B.原子彈爆炸
C.太陽內部發生的核反應
D.連續發生的劇烈化學反應
AC

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