初中物理第2节 核能一等奖课件ppt
展开①回忆核电站工作时的能量转化
我们知道,20世纪40年代,科学家发明了可以控制核能释放的装置——核反应堆,把核能转化为电能,拉开了以核能为代表的新能源利用的序幕。
核电站可以把核能转化为电能,核能是怎样来的呢?
二战后期,美国在广岛和长崎甩下两枚原子弹,让数十万日本民众死亡,几百万人无家可归。原子弹摧枯拉朽的破坏力,将众多建筑物夷为平地,城市变成一片废墟;在这场灾难中,只有少部分人幸存下来,大部分要么被冲击波杀害,要么被核辐射杀害,对身体的影响超乎想象。
原子弹为什么会突然放出那么大的能量?
1964年10月16日15时,我国第一颗原子弹爆炸成功。
今天我们一起了解这些知识。
③我国研制的第一颗原子弹、氢弹
你知道氢弹和原子弹的原理相同吗?
1967年6月17日上午8时20分,在我国西部地区新疆罗布泊上空,我国第一颗氢弹爆炸试验成功。
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。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。
以水分子为例认识原子的结构
(2) 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,由于中子不带电,所以正负电荷量仍然相同。
我们已经知道,分子是由原子构成,原子的中心是原子核,原子核周围有一定数目的电子在核外运动。
进一步研究表明:原子核由质子和中子组成。
质子的质量大约是电子的 1836 倍,中子和质子的质量几乎相同。质子和中子构成非常小的原子核,就像几颗豆粒挤在原子这个大广场的中央,只占有非常小的空间,但它们结合得非常紧密。
质子、中子依靠强大的核力紧密地结合在一起,因此原子核十分牢固,要使它们分裂或结合是极其困难的。但是,一旦质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互聚合,就有可能释放出惊人的能量,这就是核能。
原子核占据的位置虽小,但质量大,蕴含着巨大的能量。
二战期间,美国于1945年8月6日和8月9日将外号为“小男孩”和“胖子”的两颗原子弹分别投到日本的广岛和长崎。原子弹爆炸时释放出的巨大能量将两座城市在瞬间化为废墟。
当原子核发生聚变或者是裂变时会出现质量减少,根据爱因斯坦的质能方程E=mc2,减少的质量会转化为能量,因此发生聚变和裂变时释放出巨大的能量。
一个重核分裂成两个中等大小的核。
两个轻核结合成一个较大的核。
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,并释放能量的过程。
1938年,科学家用中子轰击质量比较大的铀235原子核,使其发生了裂变。 1kg铀全部裂变,释放的能量超过2 000t煤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,放出能量。 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?
用中子轰击铀核,铀核才能发生裂变,释放出能量。这就好比用火柴点燃木材,木材才能燃烧。假如外界的中子停止轰击,裂变也就停止了。那么,怎样才能使裂变继续下去呢?
用中子轰击“铀235”的原子核, 铀核分裂的同时会释放出核能,同时还会产生几个新的中子,这些中子又会继续轰击其他铀核……于是导致一系列铀核持续裂变,并释放出大量核能,这就是重核裂变中的链式反应。
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?
用中子轰击铀235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。
核反应堆是原子核发生链式反应的场所。是核电站的核心设备。核电站利用反应堆产生的内能,通过蒸汽轮机做功,带动发电机发电。
思考:在核电站工作过程中,能是如何转化的?
1942年,人类利用核反应堆第一次实现了可控制的铀核裂变。
链式反应如果不加控制大量原子核就会在极短时间里发生裂变,释放出极大的能量,进而产生毁灭性的破坏力。
1.2021年5月19日,中俄两国核能合作项目在两国领导入见证下正式开工。下列关于核能、原子核的说法,正确的是( )。A.太阳能来自太阳内部物质的核裂变反应;B.核反应堆发生的链式反应是可以控制的;C.核废料可直接排放,无需任何处理试验;D.原子核是由质子、中子和电子组成
【解析】A.太阳能是来自太阳内部物质的核聚变反应,故A错误;B.核电站的反应堆发生的链式反应是可控制的,故B正确;C.核废料具有放射性,不能直接排放,故C错误;D.原子核是由质子和中子组成,原子由原子核和电子组成,故D错误。故选B。
2.我国核动力潜艇的相关技术已十分成熟,目前正在加紧研究将大功率核动力用于航空母舰的技术。关于核动力航母说法正确的是( )。A.航母核反应堆里发生的是化学反应;B.航母核反应堆里发生的是核聚变;C.航母核反应堆中发生的链式反应是可以控制的;D.航母核反应堆产生的核废料对环境没有污染
【解析】A.在核反应的过程中,会产生不同于入射弹核和靶核的新的原子核。因此,核反应是生成各种不稳定原子核的根本途径。化学反应是原子的重新组合,在反应前后元素种类和原子个数是保持不变的。而核反应中的原子变成了其他的原子了,故不是化学反应,故A错误;B.航母核反应堆核潜艇是利用核裂变释放的核能来发电的,故B错误;C.核在裂变和聚变时都能释放能量,但是由于核聚变不容易控制,故航母核反应堆中发生的是可控的核裂变,故C正确;D.核废料具有放射性,对环境污染很严重,故D错误。故选C。
氘核和氚核都属于氢核的一种。大量氘核和氚核的聚变,可以在瞬间释放惊人的能量。氢弹利用的就是聚变瞬间释放的能量。
如果将某些质量很小的原子核,例如氘核(由一个质子和一个中子构成)与氚核(由一个质子和两个中子构成),在超高温下结合成新的原子核——氦核,也会释放出巨大的核能,这就是核聚变,有时我们也把(核)聚变也称为热核反应。
氢弹原理:用一层能产生聚变反应的物质(如“氘”),把一个原子弹包裹起来,就成为了能产生核聚变的“氢弹”。
虽然核聚变可以产生比裂变要多得多的能量。但核聚变需要几百万度以上的超高温度,如何实现可控聚变,如何利用可控聚变释放的核能,科学家正在积极地探索着。但遗憾的是,人类至今还未能实现通过可控聚变来利用核能。
海水中蕴藏着丰富的、可以实现核聚变的氘核。科学家预言,人类终有一天能够实现可控核聚变并利用核聚变的能量,到那时,有望彻底解决人类能源问题。
在太阳内部,氢核在极高温度下聚变成氦核,在这过程中释放出28MeV的能量。不过这种聚变过程,不是一次反应就能完成的,要经过几次反应才能把四个氢核聚合成一个氦核。太阳正是靠这种反应以惊人的巨大功率,向宇宙空间辐射能量的。
太阳能-巨大的核能火球
1.我国的核电技术已进入世界先进行列。2021年5月19日下午,国家主席习近平在北京通过视频连线,同俄罗斯总统普京共同见证两国核能合作项目——田湾核电站和徐大堡核电站开工仪式。下列关于田湾核电站和徐大堡核电站的说法正确的是( )。A.可以利用各种原子核发电;B.利用核聚变发电;C.发电后产生的核废料仍然具有放射性;D.核能能够全部转化为电能而没有损失
【解析】核电站是利用铀核发生裂变而发电的,核反应堆在发电过程会产生内能,不会将核能全部转化为内能,发电后产生的核废料具有放射性,对人体有伤害,故ABD错误,C正确。故选C。
2.20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____________。
【解析】1938年,物理学家用种子轰击铀,使铀这种重原子核分裂成两块中等质量的原子核,同时放出大量的能量,这种原子核反应叫做核裂变。物理学家发现了轻核在一定条件下能聚合成质量较大的核,同时也能放出大量的能量,这种反应称为轻核聚变,人类最早发现的核聚变反应是太阳内的核反应。最著名的人工核聚变反应就是氢弹爆炸。【答案】裂变;太阳;氢弹爆炸。
1. 由于核电不会排放CO2,因此不会造成空气污染; 2. 核电消耗较少的核能就能产生巨大的电能,发电成本低; 3. 核电站建厂投入成本巨大; 4. 核能电厂使用的核燃料及废料有放射性,必须慎重处理; 5. 一旦发生核泄漏,污染和危害特别大。
1.下列关于核能说法正确的是( )。A.核反应堆中发生的链式反应是不可控制的;B.核电站产生的核废料仍具有放射性,一般深埋在人烟稀少的地方;C.核反应堆可将核能直接转化成电能;D.我国已建成可控核聚变反应堆
【解析】A.核反应堆中发生的链式反应是可控制的,故A错误。B.核电站产生的核废料仍具有放射性,为了防止核辐射,一般深埋在人烟稀少的地方,故B正确。C.核能发电的能量传递和转化过程是:核能→水和蒸汽的内能→发电机转子的机械能→电能,故C错误;D.我国已建成可控核裂变反应堆,即核电站。不是可控核聚变反应堆,故D错误。故答案为B。
2.为缓解电力紧张的状况,我省正在加大核电站的建设.下列说法正确的是( )。A.核电站将核能最终转化为电能;B.核反应堆中发生的是不可控制的核裂变;C.核能发电使用的燃料是天然气; D.核电站利用的核能属于可再生能源
【解析】核电站是在核反应堆中利用可控的核裂变来进行工作,最终将核能转化为电能的;可以从自然界源源不断地得到的能源称之为可再生能源;一旦消耗就很难再生的能源称之为不可再生能源.A.核电站先将核能转化为内能,再通过汽轮机将内能转化为机械能,再通过发电机将机械能转化为电能,故A正确;B.核反应堆中发生的是可控的核裂变,故B错误;C.核电站使用的就是核燃料,而不是天然气,故C错误;D.核能在地球的储量是有限的,消耗后不可能再生,属不可再生能源,D错误。故选A。
1.人类对于宇宙的探索是在一次次挫折中不断向前发展的,比如俄罗斯“福布斯﹣﹣土壤”火星探测器在地球近地轨道上因主发动机启动失败而无法变轨。经查,是太空中的带电粒子对机载计算机系统产生影响导致程序出错。下列粒子中,首先可以排除对计算机系统产生影响的粒子是( )。A.电子 B.质子 C.中子 D.原子核【解析】原子由原子核和核外电子构成,其中原子核由质子和中子构成的;在原子中,质子带正电,电子带负电,原子核带正电;中子不带电,故C符合题意,ABD不符合题意。故选C。
2.关于核能的下列说法中,正确的是( )。A.物质是由分子组成的,分子由原子组成,任何原子内部都有原子核。所以,利用任何物质都能获得核能;B.原子弹和氢弹都是利用核聚变的原理;C.在太阳内部在不断地进行着大量的核裂反应;D.核聚变必须在极高的的温度和极大的压强下进行
【解析】目前人们获得核能的途径主要是为数极少的放射性物质的裂变和氢的同位素及氦原子的聚变,不是所有的物质都能发生核反应的。原子弹是利用核裂变的原理制成的,而氢弹是利用核聚变的原理制成的,核聚变必须在极高的温度和压强下进行。太阳发出的能量来自于太阳内部的无数氢原子核。太阳内部的超高压和超密度使氢的原子核发生聚变,结合成较重的氦核,同时释放出大量的光和热。故选D。
3.获取核能有两条途径:重核的裂变和轻核的 变。如图所示,甲图属于核 变。
【解析】甲图中进行的是较重的原子核裂变成较轻的原子核的一种核反应,是核裂变,乙图中是较轻的原子核结合成较重的原子核的一种核反应,是核聚变。【答案】聚;裂。
类型4:核能在发电中的能量转化
4.和平与发展是当今世界的主流,但是也存在某些不安定因素,加强国防建设有必要,下列有关说法正确的是( )。A.第二次世界大战末的1945年8月日美国在日本广岛投掷原子弹,原子弹是利用聚变的原理制成的;B.1976年6月17日,我国第一颗氢弹爆炸成功,氢弹的威力比原子弹更大,氢弹是利用聚变的原理制成的;C.我国的第一座核电站是浙江嘉兴的秦山核电站,核电站是利用聚变获得的能量来发电的;D.核电非常清洁,没有污染
【答案】B。【解析】A、原子弹利用的是裂变能,故A错误;B、氢弹是利用聚变的原理制成的,故B正确;C、核电站是利用裂变获得的能量来发电,故C错误;D、核能不属于洁净的能源,核能有污染,故D错误。
5.2021年5月19日,中俄两国核能合作项目在两国领导人见证下正式开工。下列关于核能、原子核的说法,正确的是( )。A.太阳能来自太阳内部物质的核裂变反应;B.核反应堆发生的链式反应是可以控制的;C.核废料可直接排放,无需任何处理试验;D.原子核是由质子、中子和电子组成
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