2019年高中物理第4章第3、4节核聚变核能的利用与环境保护学案鲁科版.docx

核聚变 核能的利用与环境保护1.轻核聚合成较重的核引起结合能变化，获得核能的反应叫聚变。2约束核聚变材料的方法：引力约束、磁约束和惯性约束。3原子弹是一种没有减速剂、不加控制的爆炸性链式反应装置。氢弹是一种靠惯性约束、不需人工控制而实现聚变的反应装置。 1轻核聚变轻核聚合成较重核而释放核能的过程。2常见的聚变方程(1)一个氘核和一个氚核结合成一个氦核：HHHen这个核反应可释放17.51 MeV的能量，平均每个核子释放3.5 MeV的能量。(2)HHHH4.00 MeV3轻核聚变的反应条件核间距接近1015 m，核力发生作用的距离内。4约束核聚变材料的方法引力约束、磁约束和惯性约束。5核电站：将反应堆释放的核能转化为电能的发电厂。工作流程：将反应堆释放的核能转化为蒸汽的内能，再利用蒸汽驱动汽轮机发电转化为电能。燃料：反应堆以U为燃料。6核武器：原子弹和氢弹是众所周知的两种核武器。7核能的优势(1)核能发电比燃煤发电的成本低。(2)核电站对环境污染比燃煤发电小得多。8核能利用存在的危害(1)核废料的高辐射性。(2)放射性物质泄漏，产生核污染。(3)核武器威力巨大，不仅能摧毁生命，而且会使生态环境受到严重破坏。1自主思考判一判(1)太阳中发生的是可控热核聚变反应。()(2)轻核发生聚变反应不需要条件。()(3)轻核发生聚变反应核子必须接近到核力发生作用的范围。()(4)太阳自身强大的引力把高温等离子体约束在一起，维持了其内部的热核反应的进行。()(5)磁压缩装置中的环形线圈通电后可以产生磁场，将等离子体约束在环形真空室内。()(6)目前，可控热核聚变已经被广泛应用于核电站发电。()2合作探究议一议(1)为什么制造氢弹必须要具有制造原子弹的能力？提示：氢弹爆炸是热核反应，需要达到几百万摄氏度的高温才能进行，只有利用原子弹爆炸时的高温高压，才能使氢弹中的聚变材料达到热核反应的条件，故只有具备了制造原子弹能力的国家才能制造氢弹。(2)原子弹和氢弹的装置有何不同？提示：(1)原子弹是一种没有减速剂、不加控制的爆炸性链式反应装置。(2)氢弹是一种靠惯性约束、不需人工控制而实现聚变的反应装置。对核聚变的理解1聚变发生的条件：要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离1015 m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能，有一种办法就是把它们加热到几百万开尔文的高温。2轻核聚变是放能反应：从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。3核聚变的特点(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。(3)普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆。典例科学家发现在月球上含有丰富的He(氦3)。它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为HeHe2HHe。关于He聚变下列表述正确的是()A聚变反应不会释放能量B聚变反应产生了新的原子核C聚变反应没有质量亏损D目前核电站都采用He聚变反应发电解析聚变反应时将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变反应中会有质量亏损，故C错；聚变反应要放出大量的能量，故A错；目前核电站都采用铀核的裂变反应，故D错，B对。答案B重核裂变与轻核聚变的比较重核裂变轻核聚变反应原理重核分裂成两个或多个中等质量的原子核放出核能两个轻核结合成质量较大的原子核放出核能核能聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大34倍核废料处理聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多可控性速度比较容易进行人工控制，现在的核电站还都是用裂变反应释放核能目前，除氢弹以外，人们还不能控制它 1以下说法正确的是()A聚变是裂变的逆反应B如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量C将反应物加热至数百万度高温聚变才能发生，显然聚变反应是吸收能量D裂变与聚变均可释放巨大能量解析：选D聚变是轻核聚合成较大质量的核，裂变是重核分裂成中等质量的核，二者无直接关系，故A错；裂变和聚变都是放出大量的核能，故B错，D正确；核聚变反应是热核反应，需数百万度的高温，但聚变反应一旦开始所释放的能量就远大于所吸收的能量，因此聚变反应还是释放能量的，故C错。2一个氘核(H)与一个氚核(H)发生聚变，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏损。该聚变过程中()A吸收能量，生成的新核是HeB放出能量，生成的新核是HeC吸收能量，生成的新核是HeD放出能量，生成的新核是He解析：选B由质量数和电荷数守恒可判断产生的新核是He，其核反应方程式为HHnHe；由聚变反应中出现质量亏损可知，该反应放出能量，B选项正确。核能的利用及环境保护1核能利用核原料提供的能量巨大，1 kg铀释放的全部能量大约相当于2 700 t标准煤完全燃烧放出的能量。地球上的常规能源一般都无法跟核能相比。除铀外，钍也是一种裂变材料，它比铀更丰富，如果能把钍利用起来，核电的发展前景将更为广阔。热核反应所需的氘更是储量丰富，核原料的运输和储存方便。2核电站(1)核反应堆能实现核能的稳定输出并转化为其他形式的能量。核电站是将反应堆释放的核能转化为电能的发电厂。(2)核电站的工作原理将反应堆释放的核能转化为蒸汽的内能，再利用蒸汽驱动汽轮发电机组发电，实现核能向电能的转化。(3)核电站的燃料核电站的反应堆使用浓缩铀作为核燃料，目前一般将浓缩铀(铀235占3%4%)制成铀棒。3核能的优势与危害(1)核能优势核原料提供的能量巨大，是常规材料无与伦比的。核燃料(铀、钍等)在地球上的可采储量丰富。合理利用对环境的污染小。(2)核能的危害核能作为一种新能源，它是一把双刃剑，既有很多优势，也存在一些危害。核燃料使用后，核废料具有高放射性。核能利用的装置一旦在运行中发生事故，产生核泄漏，就会产生严重的后果。核武器的使用会使生态环境受到严重破坏。1关于热核反应是一种理想能源的原因，以下说法不正确的是()A就平均每一个核子来说，热核反应比重核裂变时释放的能量多B对环境的放射性污染较裂变轻，且较容易处理C热核反应的原料在地球上储量丰富D热核反应的速度容易控制解析：选D由热核反应的优势可知，选项A、B、C正确，热核反应的速度不容易人为控制，故D项错误。2多选为应对能源危机和优化能源结构，提高清洁能源的比重，我国制定了优先选择核能，其次加快发展风电和再生能源的政策，在核电中长期发展规划中要求2020年核电运行装机总容量达到4 000万千瓦的水平，请根据所学物理知识，判断下列说法中正确的是()A核能发电对环境的污染比火力发电要小B所有核电站都只利用重核裂变释放大量的原子能C所有核电站既有重核裂变