22.2 核能
U
235
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
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，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
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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。
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2.仔细观察P22.2－1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，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
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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10−10 m，原子核半径的数量级为10−15 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？
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绿豆
学习内容二：裂变和聚变
自学检测
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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 ，利用核能发电的电站叫做 。
D
核电站
核反应堆
核聚变
核裂变
2016-3-5
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
2016-3-5
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
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235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
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1.想一想：像图22.2－2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22.2－3，结合图22.2－2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
2016-3-5
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：
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
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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
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5.看图22.2－5，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。
2016-3-5
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、 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2－3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
总结
33
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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。
2016-3-5
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3.8×1026J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2×1030kg,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=1.66×10-27kg)
411H  42He + 20+1e
△E=△mc2=4.42×10-29×(3×108)2=4×10-12J
△m=△E /C2=3.8×1026/(3×108)2=0.4×1010kg
t =ΔM / Δm=2×1030×3×10-4 / 0.4×1010=15×1016秒=5×109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