1、核能,第二十二章 能源与可持续发展,复习提问,1、原子核是由什么组成？,2、原子核内没有电子，怎么会放出电子呢？,是由质子和中子组成的,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，在这个反应中，一个中子变成一个电子和一个质子,原子核发生变化时，能量有什么变化呢？,学习内容一：核能,1原子结构,H2O分子,以水分子为例：它由一个氧原子和两个氢原子组成。,一、核能,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。,（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，
2、所以正负电荷量仍然相同。,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，这就是核能。,2核能,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。,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,核力,不,正,中子,质子,合作探究,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，核外电子带负电，
3、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。,即时练习,返回,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？,原子,原子核,电子,质子,中子,带负电,带正电,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，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,学习内容二：裂变和聚变,自学检测,返回,1.下列说法不正确的是（ ） A.原子
4、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 ，利用核能发电的电站叫做 。,D,核电站,核反应堆,核聚变,核裂变,2018/10/25,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
5、9038Sr+13654Xe +1010n 1千克铀全部裂变，放出的能量相当于2500吨优质煤,2018/10/25,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,核反应堆,热交换器,冷凝器,三、 核 能,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，另一种是原子核的聚变。,1、裂变,用中子轰击铀235（质量数为235的铀），铀核会分裂成大小相差不很大的两部分，这种现象叫裂变。,A、什么叫裂变？,1938年，科学家用中子轰击质量比较大的铀2
6、35原子核，使其发生了裂变。1 kg铀全部裂变，释放的能量超过2 000 t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？,合作探究,返回,1.想一想：像图22.22那样，点燃第一根火柴，会发生什么现象？,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,4.利用链式反应获取核能的方式叫什么？,核裂变,*裂变时会释放出巨大的能量,用中子轰击
7、铀核，铀核才能发生裂变,B、裂变的条件,C、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。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，点燃第一根火柴后，会发生什么？,2链式反应,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。,想想议议,2018/10/25,链式反应,*如果对裂变的链式反应不加控制，在极短的时间里内就会释放出巨大的核能，发生猛烈的爆炸。例如：原子
8、弹,D、裂变的应用,* 如果控制链式反应速度，使核能缓慢的平稳的释放出来，就能和平利用了。能缓慢、平稳地释放核能的装置叫核反应堆,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控制，大量原子核就在一瞬间发生裂变。释放出极大的能量。,在人类实现可控核裂变大约三年后，即1945年，利用不加控制的核裂变制造的毁灭性武器原子弹爆炸了。,核电站的核心设备是核反应堆。核反应堆是原子核发生链式反应的场所。1942年，人类利用核反应堆第一次实现了可控制的铀核裂变。,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1/5。,3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：
9、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,返回,人类利用核能的二种方式 ： 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）,原子弹爆炸,大亚湾核电站,氢弹爆炸,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来，也会释放出巨大的核能。,氦核,中子,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。,能量,聚变,较轻的核结合成较重的核，也能释放能量
10、的现象,A、什么叫聚变,B、聚变的应用,* 利用轻核聚变可制成氢弹（其威力比原子 弹更为巨大）,*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。,*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“中国环流器1号”已取得不少研究成果,三、聚变,氘核和氚核都属于氢核的一种。大量氢核的聚变，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。,可控聚变尚未实 现，海水中蕴藏着丰 富的氘核，科学家预 言，通过可控聚变来 利用核能，将有望彻 底解决人类能源问题。,2018/10/25,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）
11、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、 核 能,1、裂变,A、什么叫裂变？,用中子轰击铀235，铀核会分裂成大小相差不很大的两部分，这种现象叫裂变。,B、裂变的条件,用中子轰击铀核，铀核才能发生裂变,C、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，使他们也发生裂变。裂变将不断地自行继续下去的现象。,D、裂变的应用 原子弹、核电站,2、聚变,A、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,B、裂变的应用 氢弹,总
12、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。,2018/10/25,课堂练习,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=1.007
13、3u, ma=4.0015u, me=0.00055u, 1u=1.6610-27kg),411H 42He + 20+1e,E=mc2=4.4210-29(3108)2=410-12J,m=E /C2=3.81026/(3108)2=0.41010kg,t =M / m=21030310-4 / 0.41010=151016秒=5109年,即时练习,1.完成下面的表格。,核裂变和核聚变的区别,较大原子核分裂为较小原子核的过程,质量小的原子核结合成较大 原子核的过程,中子轰击较大原子核,超高温,巨大,更加巨大,裂变的链式反应可控,聚变目前不可控,原子弹、核电站,氢弹、太阳内部爆炸,3. 核反应
14、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；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。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。,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,发电,内能转化为机械能,机械能转化为电能,
