文档内容
22.2 核能
一、核能
1. 物理学家汤姆森发现了 ，说明原子是可分的，原子是由 和 构成的，其中
带正电， 带负电．
【答案】电子，原子核，电子，原子核，电子。
【解析】人们原本认为原子不可再分，但汤姆生从原子中发现电子，就可以说明原子是可以再分
的；卢瑟福认为原子由原子核与核外电子组成，原子核由质子和中子组成，中子不带电，质子带正电，
电子带负电。
2. 下列关于原子核的描述：
①通常是由中子和电子构成；②通常是由质子和中子构成； ③带正电荷；④不显电性；⑤不能再
分；⑥跟原子比较体积很小，但却几乎集中了原子的全部质量。
其中正确的是（ ）
A. ②④⑥ B. ②③⑥ C. ①③⑤ D. ①④⑤
【答案】B。
【解析】根据原子核的结构继续分析：原子核通常是由质子和中子构成；带正电荷；跟原子比较
体积很小，但却几乎集中了原子的全部质量，②③⑥ 均正确。
所以选B。
3. 如图，用中子轰击质量较大的铀核，变成两个质量中等的原子核和新的中子，使其发生___变，
同时释放巨大的_____能。 产生的新中子又会轰击其他的铀核，于是发生了______反应。如果这种反
应加以控制，就可以用来发电，如果不加以控制就可以用来制造原子弹。
【答案】裂，核，链式。
【详解】用中子轰击质量比较大的铀核，使其发生分裂并释放新的中子，在分裂的同时会释放巨大的能量，这种获得核能的方式叫核裂变。
产生的新中子又会轰击其他的铀核，于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能，这就
是核裂变中的链式反应。
二、裂变
4. 如图是用中子轰击铀235原子核产生氪核和钡核的模型。下列叙述中正确的是（ ）
A．该模型表示的是聚变
B．该反应产生的中子可继续轰击其他铀核形成链式反应
C．该反应不会产生放射性物质
D．不能用该反应获得能量的方式来发电
【答案】B
【详解】A．观察该模型发现，模型表示一个重核裂变为两个轻核，并释放出能量，应为核裂变，
故A错误；
B．一个重原子核裂变产生两个轻原子核，并释放出中子，产生的中子具有能量，可继续轰击其他
铀核发生裂变，形成链式反应，故B正确；
C．核反应产生的核废料都具有放射性，故C错误；
D．目前人类可以控制核裂变，所以可以用该反应获得能量来发电，故D错误。
故选B。
5．如图所示为江苏省连云港市的田湾核电站发电流程图，在核电站的发电过程中，核能的获取途
径及能量转化顺序正确的是（ ）
A．聚变：核能→内能→化学能→电能
B．聚变：核能→内能→机械能→电能C．裂变：核能→内能→机械能→电能
D．裂变：核能→内能→化学能→电能
【答案】C.
【解析】本题介绍了利用核能发电的基本流程，核反应堆通过裂变把核能转化为水蒸气的内能，
通过汽轮机把内能转化为机械能，再通过发电机把机械能转化为电能。
6．核能作为一种新型能源正在逐步被人们开发和利用，它属于_______（选填“一次”或“二
次”）能源。核电站的核心设备是核反应堆，核反应堆利用的是核材料发生______（选填“核裂变”
或“核聚变”）提供能量，如图是核电站的工作流程，其能量转换过程：核能→内能→_____→电能。
【答案】一次，核裂变，机械能。
【详解】核能可以直接从自然界获取，它属于一次能源。
核反应堆利用不带电的中子轰击铀核，发生可控核裂变产生核能的。
核电站发电过程中，先是将核裂变产生的核能转化为内能，内能对外做功，转化为机械能，然后
机械能再通过发电机转化为电能。
7. 如图所示是核电站原理示意图，对目前已建成运转的核电站来说：
（1）核电站的核心是 ，它是以 （铀/氢）为核燃料的，是利用原子核 放出的
能量来发电的；
（2）在核电站里，能量的转化过程是：反应堆中消耗 能转化为高温蒸汽的 能，通过
汽轮发电机转化为 能；
（3）核电站使用过的核废料，它具有 性，会对人和其他生物造成伤害，一般深埋在人烟稀
少的地方；
（4）秦山核电站的功率为3×105kW，如果1g铀235完全裂变时产生的能量为8.2×1010J，并且假设
所产生的能量都变成了电能，那么每年（按365天计算）要消耗铀235的质量为 kg。
【答案】（1）核反应堆，铀，裂变；（2）核，内，电；（3）放射；（4）115.4.
【详解】（1）核电站的核心是核反应堆，它是以铀为核燃料的，是利用原子核裂变的链式反应产生的能量来发电的。
（2）核电站能量的转化过程是：反应堆中消耗核能转化为高温蒸汽的内能，通过汽轮发电机转化
为电能。
（3）核电站使用过的核燃料称为核废料，它具有放射性，会对人和其他生物造成伤害，一般深埋
在人烟稀少的地方。
（4）核电站一年产生的能量为
W=Pt=3.0×108W×365×24×3600s=9.4608×1015J
1g铀释放的能量为8.2×1010J，则每年消耗铀的质量
9.4608×1015J
m= ≈1.154×105g=115.4kg
8.2×1010J/g
三、聚变
8. 如图所示是一种核反应的过程，这种反应的原理可用于制造（ ）
A．原子弹 B．氢弹 C．导弹 D．普通炮弹
【答案】B
【详解】AB．由图可知，该反应为聚变反应，可以用来制作氢弹；原子弹是利用核裂变的原理来
工作的。故B符合题意，A不符合题意；
CD．导弹、普通炮弹都没有用到核反应。故CD不符合题意。
故选B。
9．如图所示，中国“人造太阳”——大型核实验装置“东方超环”（EAST）实现1.2亿摄氏度
101秒等离子体运行，创造了世界新纪录．“东方超环”的反应原理与太阳类似，即通过 （选填
“裂变”或“聚变”）释放巨大的核能，原子核能又转化为 能，从而获得上亿度的高温．
【答案】聚变，内。
【详解】太阳内部发生的是核聚变，“东方超环”的反应原理与太阳内部一样，为核聚变，释放
巨大的核能，原子核能又转化为内能。
10. 如图所示，是 （选填“核聚变”或“核裂变”）的过程。1g氢的同位素完全核变释放的能量是3.36×1011J，相当于 kg航空煤油完全燃烧释放的能量。总重为500吨的运载火箭，为了
能顺利到达月球，其自重的90%为航空煤油，如果未来使用氢核变供能，则只需携带氢的同位素
g。（航空煤油的热值是4.2×107J/kg）
【答案】核聚变，8000，56.25。
【详解】图中两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核，并释放出能量的过程，是核聚变。
航空煤油的质量
Q 3.36×1011J
m= = =8000kg
q 4.2×107J/kg
航空煤油的质量 m =500×103kg×90%=4.5×105kg
煤
航空煤油完全燃烧放出的热量 Q =m q=4.5×105kg×4.2×107J/kg=1.89×1013J
放 煤
如果未来使用氢核变供能，则只需携带氢的同位素的质量
1.89×1013J
m'= =56.25g
3.36×1011J/g
11. 核能发电过程如图，某一段时间，反应堆释放能量为E，发电机输出电能为E，则（ ）
1 2
A．E 一定小于E
2 1
B．利用核能发电没有任何缺点
C．核反应堆里，铀发生聚变反应
D．汽轮机是热机的一种，它工作时，将机械能转化为内能【答案】A
【详解】A．能量在转化过程中会有损耗，所以E 一定小于E，故A符合题意；
2 1
B．核能的安全性也是人们研究的一个重要课题，核废料具有很强的放射性，对环境危害很大，应
专门进行处置，故B不符合题意；
C．在核反应堆中，核燃料（如铀）发生核裂变释出大量的核能，故C不符合题意；
D．汽轮机工作时，将内能转化为机械能，故D不符合题意。
故选A。
12. （多选题）大亚湾核电站是我国第一座大型的商用核电站，年发电量约为450亿千瓦时，为香
港和珠三角地区的经济社会发展和环境保护作出了巨大的贡献。如图所示核电站工作原理图中，核电
站以核反应堆来代替火电站的锅炉，核燃料在核反应堆中释放核能，核能转变为内能来加热水产生蒸
气，蒸汽通过管路进入汽轮机推动发电机发电。下列说法正确的是（ ）
A．核能是一种清洁能源，所以使用时不需要在何防护
B．水蒸气推动汽轮机转动，水蒸气的内能转化汽轮机的机械能
C．核电站利用核能发电，核反应堆中发生的链式反应是可控的
D．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，都能释放核能
【答案】BCD
【详解】A．核能是未来的清洁能源，但核反应堆内的铀发生裂变时，会产生射线，对人和其它生
物造成伤害，所以应在封闭的环境中进行，故A错误；
B．水蒸气推动汽轮机转动时，水蒸气对汽轮机做功，将蒸气的内能转化为汽轮机的机械能，故B
正确；
C．核反应堆的链式反应是可控的，用以发电，链式反应不加以控制会变成毁灭性武器——原子弹
爆炸，故C正确；
D．核能的来源分为：裂变和聚变，质量较大的原子核发生分裂释放出巨大的能量是裂变，质量较
小的原子核相互结合时释放出巨大的能量是核聚变。故D正确。故选BCD。
13. 如图是中国自主设计、建造的全超导托卡马克核聚变实验装置 东方超环（简称EAST）
的原理图，它在1亿度超高温度下运行了近10秒。
（1）该装置被称为“人造太阳”，其反应原理与太阳类似，通过核 （选填“聚变”或“裂
变”）释放巨大的核能；
（2）该装置中，用通电线圈产生的磁场将超高温等离子体约束在磁场中，这是利用了电流的
；为了产生强磁场，线圈中需要很大的电流，若线圈有一定电阻，则线圈流过大电流后会产生大量热
量，这是因为电流具有 （以上两空均选填“热效应”或“磁效应”）。所以该装置的线圈使用
超导材料绕制，这些线圈工作在零下296摄氏度的超低温中，从而实现超导，处于超导状态时的线圈
的电阻为 Ω；
（3） “人造太阳”加热功率超过1×1012W，若利用“人造太阳”发电，发电效率为60%，则每
小时发电量达 kW⋅h。
【答案】（1）聚变；（2）磁效应，热效应，0；（3）6×108
【详解】（1）太阳内部进行着核聚变，由氢原子核聚变成氦原子核，释放出核能。“人造太阳”
的反应原理与太阳相似，通过核聚变的途径释放出巨大能量，从而获得高温。
（2）根据奥斯特实验可知通电导线周围存在磁场，由此可知该装置中，用通电线圈产生的磁场将
超高温等离子体约束在磁场中，这是利用了电流的磁效应。
根据焦耳定律可知电流具有热效应，因此线圈流过大电流后会产生大量热量，这说明电流具有热
效应。
当在超低温的温度下导体电阻为0Ω的现象称为超导现象，该导体材料较超导材料。
（3）人造太阳每小时发电量为
W=ηPt=60%×1×1012W×1h=60%×1×109kW×1h=6×108kW⋅h
14．如图所示是卢瑟福进行的α粒子散射实验，结果发现，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方
向前进，但是有少数α粒子却发生了较大的偏转，并且有极少数的α粒子偏转超过90°，有的甚至几乎
达到180°，像是被金箔弹了回来。（1）根据实验现象，卢瑟福提出：“原子的大部分质量集中到了一个很小的结构上”，这个“很
小的结构”指的是 ；
（2）1μm金箔包含了3000层金原子，绝大多数α粒子穿过后方向不变，下列有关该现象的解释
中合理的是_______。
A．原子的质量是均匀分布的 B．原子内部绝大部分空间是空的
（3）由上图分析可得a粒子带 （选填“正电”或“负电”）。
【答案】（1）原子核；（2）B；（3）正电.
【详解】（1）如果原子质量分布均匀，少数α粒子就不会发生偏转，发生了偏转就说明原子的质
量主要集中在原子核上，这个“很小的结构”指的是原子核。
（2）原子核外部有一个相对非常大的空间，使绝大多数α粒子穿过后方向不变，故A不符合题意，
B符合题意。故选B。
（3）原子核带正电，a粒子被弹开说明它和原子核带了相同的电荷，同种电荷相互排斥，故a粒
子带正电。
15．2021年11月15日，国家能源核能供热商用示范工程二期450万平方米项目在山东海阳正式
投产，依托海阳核电，利用核电余热供暖，使海阳成为全国首座零碳供暖城市。核能供暖主要是从核
电机组二回路抽取蒸汽作为热源，通过厂内换热首站、厂外供热企业换热站进行多级换热，最后经市
政供热管网将热量传递至最终用户。
（1）图甲所示的海阳核电站获得核能利用的是可控制的核 （选填“裂变”或“聚变”）。（2）传统核电站的大体组成如图乙所示，核反应过程中放出大量的热量，这些热量在热交换器中
加热水，使水 成高温高压的蒸汽进入蒸汽轮机。经过蒸汽轮机的蒸汽之后进入冷凝器 成
水；（均填物态变化名称）
（3）核能供暖主要是从核电机组二回路抽取蒸汽作为热源，在热交换器中加热供热水，将其传递
至用户进行供暖。每个供暖季可节约原煤10万吨，这些原煤完全燃烧放出的热量为 J，如果这
些热量的42%被水吸收，可以将 kg的水从20℃加热至80℃。[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，
原煤的热值q=3×107J/kg]
【答案】（1）裂变；（2）汽化，液化；（3）3×1015，5×109
【详解】（1）核电站是利用原子核裂变发生可控链式反应时释放的大量热量来发电的。
（2）液态水变成气态的水蒸气，水发生了汽化现象，蒸汽进入冷凝器之后，变成水，是气态变为
液态，发生了液化现象。
（3）10万吨原煤完全燃烧放出的热量
Q =qm =3×107J/kg×10×107kg=3×1015J
放 煤
这些热量的42%被水吸收，则水吸收的热量
Q =42%×Q =42%×3×1015J=1.26×1015J
吸 放
由Q =cm∆t可知水的质量为
吸
Q 1.26×1015J
m= 吸 = =5×109kg
c∆t 4.2×103J/(kg·℃)×(80℃-20℃)
16．（2020·广东·统考中考真题）若把原子、原子核、电子看成球体，原子半径的数量级为 10-
10m，原子核半径的数量级为10-15m，电子半径的数量级小于10-9nm。按尺度从大到小的排序是（
）
A．原子、原子核、电子 B．电子、原子、原子核
C．原子核、原子、电子 D．原子、电子、原子核
【答案】A
【详解】因为1nm=10-9m，所以10-9nm=10-18m
故按尺度从大到小的排序是：原子、原子核、电子。故选A。
17．（2022·贵州贵阳·统考中考真题）如图所示，中国环流器二号M装置在可控核聚变（人造太
阳）上取得重大突破。核聚变过程中产生的能量是（ ）
A．核能 B．动能 C．机械能 D．重力势能【答案】A
【详解】人类获得核能的途径是核裂变和核聚变，所以核聚变过程中产生的能量是核能。故A符
合题意，BCD不符合题意。
故选A。
18．（2022·湖南益阳·统考中考真题）中国成功研发出了先进核裂变能——钍基熔盐堆的第4代核
反应堆发电技术，于2021年9月底在甘肃武威启动试运行，创造了又一项奇迹，其技术应用属于世界
首次。钍基熔盐堆具有产生的核废料非常少、使用氟化盐作为冷却剂无需耗费大量水资源和热转换效
率高等显著优点。下列有关钍基熔盐堆的说法正确的是（ ）
A．钍基熔盐堆不产生核废料
B．钍基熔盐堆需要大量水作冷却剂，因此不可以建在内陆
C．钍基熔盐堆的热转换效率比传统的核反应堆还要低
D．钍基熔盐堆是利用核裂变放出的能量
【答案】D
【详解】A．由题意知，钍基熔盐堆具有产生的核废料非常少，不是不产生核废料，故A错误；
B．由题意可知，钍基熔盐堆使用氟化盐作为冷却剂无需耗费大量水资源，因此可以建在内陆，故
B错误；
C．由题意可知，钍基熔盐堆具有热转换效率高等显著优点，故C错误；
D．钍基熔盐堆是利用核反应堆的裂变的可控链式反应放出的能量，故D正确。
故选D。
19. （2021·湖南益阳·统考中考真题）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
【答案】C【详解】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。
20．（2023·广东惠州·统考一模）阅读短文，回答问题：
核能的利用
在常规化石能源非常紧缺的今天，核能受到越来越高度的重视，如今美国电力需求的21%来自核
电，核电站的大体组成如图所示，核材料在原子反应堆中发生核反应产生大量的热能，冷却剂将这些
热能带到热交换器将水变成水蒸气，水蒸气推动蒸汽轮机带动发电机发电，最终实现了核能到电能的
转换。请在下面的空格中填上适当的内容：
（1）从能源的转化和转移来看，蒸汽轮机中发生能量转化形式是 能转化为 能；
（2）发电机发电时是让线圈在 中旋转而产生电流，这种现象在物理学中称之为
现象；
（3）核电站所需的核能是利用原子核 （填“裂变”或“聚变”）所产生的；
（4）核能发电机的定子绕圈采用水内冷，即利用水进行冷却，是因为水的 大；
（5）如果核电站每年需要50t的核燃料，而同等规模火电站每年需要6×106t的煤炭，则6×106t的
煤炭完全燃烧放出的热量是 J（煤炭的热值为q =3×107J/kg）。
煤
【答案】（1）内，机械；（2）磁场，电磁感应；（3）裂变；（4）比热容；（5）1.8×1017
【详解】（1）蒸汽轮机中，蒸汽的内能会转化为机械能。
（2）发电机发电时是让线圈在磁场中旋转而切割磁感线运动，从而产生感应电流，这就是电磁感
应现象。
（3）核电站是利用原子核裂变发生可控链式反应时释放的大量能量来发电的。
（4）因为水的比热容较大，相同质量的水和其它物质比较，升高相同的温度，水吸收的热量多，
所以核能发电机的定子线圈采用水来冷却。
（5）6×106t的煤炭完全燃烧放出的热量Q=mq =6×106×103kg×3×107J/kg=1.8×1017J
煤
