【核心素養(yǎng)】37核能-浙教版科學九上探究學案

3.7核能核心素養(yǎng)核心素養(yǎng)化學觀念：了解裂變和聚變這兩種獲得核能的方式并解釋原子彈和氫彈的基本原理;了解核電站的原理及能量轉(zhuǎn)化過程;了解核能的特點，知道放射性的定義和三種射線。科學思維:能通過比較不同能源，歸納核能的優(yōu)勢;能利用型圖解釋鏈式反應的原理，說出核能的來源。科學探究與實踐:搜集核電站資料信息，總結(jié)核能的優(yōu)缺點，了解我國核發(fā)展歷史?？茖W態(tài)度與責任:通過分析核污水排海的危害，培養(yǎng)熱愛自然保護自然的可持續(xù)發(fā)展觀，形成道德規(guī)范、人地協(xié)調(diào)等正確的社會責任感;通過了解我國的核能發(fā)展史，培養(yǎng)愛國熱情和家國情懷。課前預習課前預習1.原子核在轉(zhuǎn)變過程中所釋放出的能量稱為核能。核能的獲得途徑:原子核的裂變和原子核的聚變。2.原子彈、核電站、核潛艇是根據(jù)裂變的原理制造的。連鎖式的鈾核裂變反應稱為鏈式反應。原子彈應用的是不加控制的鏈式反應,核電站應用的是可控制的鏈式反應。3.核聚變需要極高的溫度，所以也叫做熱核反應。氫彈是根據(jù)核聚變的原理制造的,它的威力比原子彈大得多。太陽的內(nèi)部在不停地發(fā)生這種核聚變,從而向外釋放出巨大的能量。4.對原子核裂變的鏈式反應加以控制,使核能緩慢、平穩(wěn)地釋放出來的裝置稱為核反應堆,簡稱反應堆，核反應堆是核電站的核心部分。核電站是利用核反應堆提供的能量，使水變成蒸汽，再利用高溫高壓的蒸汽推動汽輪發(fā)電機發(fā)電的。其能量轉(zhuǎn)化情況是:核能一內(nèi)能一機械能一電能5.各種放射性元素放出的射線中包括α、β和γ三種射線。α射線是帶正電的高速運動的氨原子核流β射線是帶負電的高速運動的電子流。γ射線是能量很高的電磁波。這三種射線穿透物質(zhì)的能力也不同α射線穿透能力最弱，β射線穿透能力較強，γ射線穿透能力最強課中研學課中研學任務一:探究核能如何使原子核發(fā)生轉(zhuǎn)變而釋放出核能呢?【答案】使原子核發(fā)生轉(zhuǎn)變并釋放核能主要有2種方式：核裂變、核聚變。??核裂變?：核裂變是指重原子核（如鈾235或钚239）在中子轟擊下分裂成兩個或多個較輕的原子核，并釋放出大量能量。這種過程通常伴隨著中子的釋放，形成鏈式反應。例如，鈾235原子核在吸收一個中子后會分裂成兩個較小的原子核，并釋放出2到3個中子和大量能量。這些釋放的中子又可以繼續(xù)引發(fā)其他鈾235原子核的裂變，形成鏈式反應，從而持續(xù)釋放能量??核聚變?：核聚變是指輕原子核（如氫的同位素氘和氚）在高溫和高壓條件下結(jié)合成較重的原子核（如氦），并釋放出巨大能量。核聚變在太陽等恒星內(nèi)部自然發(fā)生，因為那里的溫度和壓力極高。人工控制的核聚變反應目前還在研究中，主要難點在于維持高溫高壓的環(huán)境。氫彈和受控熱核聚變反應堆都是利用這一原理?任務二:探究核能的和平利用核電站1.核電站的能量轉(zhuǎn)化過程是怎樣的?【答案】核能→內(nèi)能一機械能一電能2.太陽輻射出的光和熱，通過什么方式得到的?【答案】太陽的巨大能量就是內(nèi)部核聚變產(chǎn)生的。在太陽的內(nèi)部，氫原子核在超高溫下發(fā)生核聚變，釋放出巨大的核能。這些能量再從太陽核心向外擴散到太陽表面，然后，大部分太陽能以熱和光的形式向四周輻射出去，其中有一部分到達地球表面。任務三:探究放射性1.放射性物質(zhì)放出的射線到底是什么呢?【答案】各種放射性元素放出的射線中包括α、β和γ三種射線。射線組成穿透本領(lǐng)α射線帶正電的高速運動的氦原子核流最弱,在空氣中只能前進幾厘米β射線帶負電的高速運動的電子流較強,很容易穿透黑紙,還能穿透幾厘米厚的鋁板γ射線能量很高的電磁波很強,能穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混凝土2.放射性的利與弊是什么呢?【答案】利：工業(yè)利用放射線來測量物體厚度:用γ射線對機械設(shè)備進行探傷農(nóng)業(yè)利用放射線照射種子,使其變異,培育新的優(yōu)良品種:利用放射線可以殺菌醫(yī)療利用γ射線治療癌癥弊：過量的高能量的放射線照射對人體和動植物的組織有破壞作用常考考點對接?？伎键c對接1.知道裂變和鏈式反應，聚變和熱核反應,常見題型為選擇題和填空題,難度較小。2.知道放射性及其應用及核電站是利用核裂變的原理來工作的，常見題型為選擇題和填空題,難度較小。易誤易混總結(jié)易誤易混總結(jié)對核裂變和核聚變的認識混淆?！颈嫖觥繉肆炎兒秃司圩冋J識不清，誤認為目前核裂變和核聚變都是可以加以控制的，對核裂變和核聚變的應用不能區(qū)別。搞清核裂變和核聚變的區(qū)別與聯(lián)系是關(guān)鍵。它們的聯(lián)系:都是原子核發(fā)生變化時,釋放出巨大的能量。它們的區(qū)別:核裂變是一個較重的核分裂為2個較輕的新核，同時釋放出巨大能量的過程，可以制造原子彈和用于核電站發(fā)電，目前人類可以進行控制;而核聚變是2個較輕的核聚合成一個較重的新核，同時釋放出巨大能量的過程，可以制造氫彈，目前人類無法進行控制。課堂任務課堂任務總結(jié)本節(jié)的概念，梳理概念之間的聯(lián)系，畫出思維導圖。課后練習課后練習1.下列有關(guān)核能說法正確的是（）A．核電站是利用核裂變進行發(fā)電的B．太陽的巨大能量是內(nèi)部核裂變產(chǎn)生C．原子彈是利用核聚變的原理制成D．氫彈是根據(jù)核裂變的原理制成的【答案】A【解析】【分析】（1）核裂變分為兩種：可控核裂變，主要用于核能發(fā)電；不可控核裂變，主要用于原子彈；

（2）核聚變的主要應用是氫彈；太陽上無時無刻不發(fā)生著核聚變，這是太陽能的來源?！窘獯稹緼.核電站是利用可控核裂變進行發(fā)電的，故A正確；

B.太陽的巨大能量是內(nèi)部核聚變產(chǎn)生，故B錯誤；

C.原子彈是利用核裂變的原理制成，故C錯誤；

D.氫彈是根據(jù)核聚變的原理制成的，故D錯誤。

故選A。2.2022年12月，核聚變研究領(lǐng)域取得突破性進展。科學家在使用激光的聚變實驗中首次實現(xiàn)了凈能量增益，即產(chǎn)生的能量比注入的能量還要多。這意味著，人類未來有望結(jié)束對化石燃料的依賴，或?qū)碛袀€安全、綠色、用之不竭的能源選項。核聚變使用的核材料是下列中的（）A．氫（H） B．氦（He） C．鈾（U） D．钚（Pu）【答案】A【解析】根據(jù)核聚變的燃料的知識判斷?！窘獯稹吭诂F(xiàn)階段，核聚變使用的材料為氫（H），故A正確，而B、C、D錯誤。故選A。3.我國自主研發(fā)的“華龍一號”核電站總體技術(shù)方案通過專家評審．核電站利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)備是核反應堆．下列說法正確的是（）A．目前核電站都是通過聚變反應來釋放核能B．核電站產(chǎn)生的核廢料對環(huán)境沒有污染C．核反應堆中發(fā)生的鏈式反應是可以控制的D．核反應堆所用的核燃料主要是氫的同位素【答案】C【解析】【解答】解：A、核能發(fā)電是利用鈾原子核裂變時放出的核能來發(fā)電的，故A錯誤；B、核廢料是對環(huán)境污染很嚴重的，故B錯誤；C、核電站的核心設(shè)備是核反應堆，核反應堆是通過可控裂變（鏈式反應）釋放能量的，故C正確；D、核能發(fā)電是利用鈾原子核裂變時放出的核能的，不是氫的同位素，故D錯誤；故選C．【分析】（1）核能發(fā)電是利用鈾原子核裂變時放出的核能來發(fā)電的．核電站的核心設(shè)備是核反應堆，核反應堆是通過可控裂變（鏈式反應）釋放能量的．（2）核廢料是對環(huán)境污染很嚴重的．4.核電站是利用核反應堆提供能量，使水變成蒸汽，再利用高溫高壓的蒸汽推動汽輪發(fā)電機發(fā)電的。甲是核電站的原理示意圖，乙是兩種核反應示意圖。下列說法不正確的是（）A．日本福島核污染水是C中流出的水B．核電站核反應堆利用的是A所示的核反應C．核反應后有核廢料，因此它是化學變化D．根據(jù)核電站原理圖，能量轉(zhuǎn)化順序是核能→內(nèi)能→機械能→電能【答案】C【解析】核電站主要利用核裂變釋放的能量進行發(fā)電。

【解答】A.日本排放的是核污染水，日本福島核污染水是機芯斷裂，內(nèi)部核料泄露到冷卻水中，A正確；

B.A是核裂變，B是核聚變，核電站主要利用核裂變釋放的能量進行發(fā)電，B正確；

C.核反應后有核廢料，屬于核反應，不是化學反應，也不是化學變化，C錯誤；

D.核電站能量轉(zhuǎn)化順序是核能→內(nèi)能→機械能→電能，D正確；

故答案為：C。5.我們認為原子彈和核電站的根本區(qū)別是(）A．原子彈利用核裂變，核電站利用核聚變B．原子彈利用核聚變，核電站利用核裂變C．原子彈對聚變的熱核反應不加控制，核電站控制聚變的熱核反應速度D．原子彈對裂變的鏈式反應不加控制，核電站控制裂變的鏈式反應速度【答案】D【解析】根據(jù)對裂變的原理和利用的知識分析判斷。

【解答】原子彈和核電站都是利用原子的裂變，但是前者利用的是不加控制的，后者利用的是可控制的，故D正確，而A、B、C錯誤。

6.有“人造太陽”之稱的世界首個全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST），由我國科學團隊建成并成功運行，不僅創(chuàng)造了1.2億度101秒、可重復高約束模403秒等10項托卡馬克運行的世界紀錄，還為人類開發(fā)利用核聚變清潔能源奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)，下列說法不正確的是（）A．目前核電站是利用核裂變反應發(fā)電的B．“人造太陽”的原理與原子彈的原理相同C．超高溫是核聚變反應需要滿足的條件之一D．核電站發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化過程是：核能→內(nèi)能→機械能→電能【答案】B【詳解】A．目前人類還沒有實現(xiàn)完全可控的核聚變，所以目前核電站是利用核裂變反應發(fā)電的，故A正確，不符合題意；B．原子彈是利用核裂變的鏈式反應原理制成的，“人造太陽”是核聚變原理，所以“人造太陽”的原理與原子彈的原理不相同，故B錯誤，符合題意；C．核聚變反應過程需通過高溫克服原子核間的作用力，所以超高溫是核聚變反應需要滿足的條件之一，故C正確，不符合題意；D．核電站發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化過程是原子核發(fā)生裂變釋放出核能，核能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，水汽化成水蒸氣，水蒸氣推動汽輪機轉(zhuǎn)動，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電，將機械能轉(zhuǎn)化為電能，所以是核能→內(nèi)能→機械能→電能，故D正確，不符合題意；故選B。7.如圖所示，用中子轟擊鈾﹣235原子核產(chǎn)生氪核和鋇核，釋放出核能。下列說法正確的是（）A．核能是一種可再生能源 B．該模型表示的是核聚變 C．目前核電站是利用核裂變反應發(fā)電的 D．該反應不會產(chǎn)生放射性物質(zhì)【解答】解：A、核能屬于不可再生資源，該選項說法不正確；B、該模型表示的是核裂變，該選項說法不正確；C、目前核電站是利用核裂變反應發(fā)電的，該選項說法正確；D、氪為放射性物質(zhì)，所以核裂變時會產(chǎn)生放射性物質(zhì)，該選項說法不正確。故選：C。8.下列關(guān)于放射現(xiàn)象、原子核和核能的說法中，正確的是()A．通過對放射現(xiàn)象的研究，物理學家確認，原子核由質(zhì)子和電子組成B．放射性有著廣泛的應用，但是強劑量或長時間的輻射對人體有害C．目前的核電站是利用核聚變釋放的核能來發(fā)電的D．核聚變的原料"鈾"在地球上的儲量非常有限【答案】B【解析】（1）原子是由原子核和電子組成的，原子核是由質(zhì)子和中子組成的；

（2）在大劑量的照射下，放射性對人體和動物存在著某種損害作用，放射性也能損傷遺傳物質(zhì)，主要在于引起基因突變和染色體畸變，使一代甚至幾代受害；

（3）核電站是可利用核裂變產(chǎn)生的巨大能量來發(fā)電的；

（4）地殼中鈾的平均含量約為百萬分之2.5，即平均每噸地殼物質(zhì)中約含2.5克鈾，這比鎢、汞、金、銀等元素的含量還高。【解答】A、原子核是由質(zhì)子和中子組成的，質(zhì)子和中子是由更小的微粒夸克組成的，因此該選項錯誤；

B、放射性在治療腫瘤方面有著重要的應用，但是過量的輻射對人體是有危害的，有時住往需經(jīng)20年以后，一些癥狀才會表現(xiàn)出來，因此該選項正確；

C、核電站是利用核裂變的鏈式反應釋放的核能來發(fā)電的，不像化石燃料發(fā)電那樣排放巨量的污染物質(zhì)到大氣中，因此核能發(fā)電不會造成空氣污染，該選項錯誤；

D、鈾在地殼中的含量很高，比汞、鉍、銀要多得多，但由于提取鈾的難度較大，只有瀝青鈾礦和鉀釩鈾礦兩種常見的礦床，另外鈾是核裂變的原料，不是核聚變，故該選項錯誤。故答案為：B9.關(guān)于放射性，下列說法正確的是（）。A．放射性物質(zhì)在外界的影響下發(fā)出穿透能力很強的射線B．α射線是電中性的高速運動的氦原子核流C．β射線是帶負電的高速運動的電子流D．放射性物質(zhì)產(chǎn)生的輻射對人體組織都有破壞作用【答案】C【解析】【分析】根據(jù)有關(guān)放射性的認識分析判斷。

【解答】A.放射性物質(zhì)會自發(fā)的發(fā)出穿透能力很強的射線，不需要外界條件，故A錯誤；

B.α射線是帶正電的高速運動的氦原子核流，故B錯誤；

C.β射線是帶負電的高速運動的電子流，故C正確；

D.放射性物質(zhì)產(chǎn)生的輻射對人體組織都有破壞作用與它的強度有關(guān)，如果劑量合適，那么不會對人體造成傷害，故D錯誤。

故選C。10.圖甲和圖乙是釋放核能的兩種方式，請回答下列問題：（1）圖是核電站的工作原理。（2）圖乙是（選填“聚變”或“裂變”）的示意圖，目前還不能人為控制。【答案】（1）甲（2）聚變【解析】裂變和聚變是釋放核能的兩種方式。裂變是一個原子核變成兩個原子核，聚變是兩個原子核聚合成一個原子核。人類目前能控制和利用的是裂變釋放的核能。聚變產(chǎn)生的核能目前人類未能控制?！窘獯稹浚?）圖甲是核電站的工作原理；（2）圖乙是聚變的示意圖，目前還不能人為控制。故答案為：（1）甲；（2）聚變11.全球領(lǐng)先的第四代核能利用技術(shù)——“釷基熔鹽核反應堆”近日在甘肅省武威市成功建成。與傳統(tǒng)反應堆相比，該核反應堆采用無水冷卻技術(shù)，使用高溫液態(tài)熔鹽作為冷卻劑，可在干旱地區(qū)實現(xiàn)高效發(fā)電。該新型核電站發(fā)生的是核（填“裂變”或“聚變”）反應，其能量轉(zhuǎn)化過程為核能→能→機械能→電能?！敬鸢浮苛炎儍?nèi)【詳解】[1]核電站是利用原子核發(fā)生裂變釋放能量來發(fā)電的。[2]核能發(fā)電時，在核反應堆中，核能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，在汽輪機中，內(nèi)能再轉(zhuǎn)化為機械能，在發(fā)電機中，機械能轉(zhuǎn)化為電能。12.核能是從原子核內(nèi)部釋放出來的能量，比物質(zhì)在化學反應中釋放出的化學能要大得多。獲得核能有兩條途徑，原子彈和核電站都是利用原子核裂變的鏈式反應釋放的能量，兩者的本質(zhì)區(qū)別是核電站發(fā)生的鏈式反應是（填“可控”或“不可控”）的；太陽的巨大能量是其內(nèi)部的氫原子核在超高溫下發(fā)生釋放出的核能?！敬鸢浮靠煽?；核聚變【解析】（1）根據(jù)核電站的工作原理解答；

（2）根據(jù)核裂變的知識解答。【解答】（1）原子彈和核電站都是利用原子核裂變的鏈式反應釋放的能量，兩者的本質(zhì)區(qū)別是核電站發(fā)生的鏈式反應是可控的；

（2）太陽的巨大能量是其內(nèi)部的氫原子核在超高溫下發(fā)生核聚變釋放出的核能。13.小嘉同學展示給大家一幅“特殊燒水裝置圖”，如圖所示，表達了他對自然界能量轉(zhuǎn)化規(guī)律的理解。（1）太陽能是太陽內(nèi)部的氫原子通過釋放的核能轉(zhuǎn)化而來。（2）結(jié)合本圖內(nèi)容，圖中的太陽能轉(zhuǎn)化為電能的過程為：太陽能→化學能→→電能。（3）電熱水壺燒水時，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使水的溫度上升，但是燒開后的熱水不能通過降低溫度，使電爐產(chǎn)生電能，這是因為能量的轉(zhuǎn)化是?！敬鸢浮浚?）核聚變（2）機械能（3）有方向性【解析】本題是關(guān)于能量轉(zhuǎn)化的題目，解答本題的關(guān)鍵是知道能量轉(zhuǎn)化守恒定律，能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量不變。

【解答】（1）太陽能是太陽內(nèi)部的氫原子通過核聚變釋放的核能轉(zhuǎn)化而來。聚變原理是氫元素的兩種同位素原子變?yōu)楹ぴ右约皻湓樱瑫r產(chǎn)生巨大能量；

（2）發(fā)電機最終能量轉(zhuǎn)化為機械能轉(zhuǎn)化為電能，所以圖中的太陽能轉(zhuǎn)化為電能的過程為太陽能→化學能→機械能→電能。

（3）電熱水壺燒水時，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使水的溫度上升，但是燒開后的熱水不能通過降低溫度，使電爐產(chǎn)生電能，這是因為能量的轉(zhuǎn)化是有方向性的，熱量能自發(fā)從高溫傳向低溫，機械能全部轉(zhuǎn)為內(nèi)能，但反過來內(nèi)能不能自發(fā)的全部轉(zhuǎn)化為機械能。14.中國“人造太陽”——全超導托卡馬克(EAST)東方超環(huán)，在全球首次實現(xiàn)了上百秒的穩(wěn)態(tài)高約束運行模式，不僅創(chuàng)造了新的世界紀錄，還為人類開發(fā)利用核聚變清潔能源奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。（1）在上億度的高溫狀態(tài)下，物質(zhì)呈現(xiàn)等離子態(tài)，它們可以被磁場約束。東方超環(huán)就是利用通過強大電流所產(chǎn)生的強大