文档内容
22.2 核能（导学案）
【学习目标】
1. 了解原子、原子核的结构。
2. 知道核能的优点和可能带来的问题，了解我国和世界核能利用新进展。
3. 了解核裂变、核聚变。
【学习重点】核能的由来及其优点和可能带来的问题。
【学习难点】裂变和聚变。
【自主预习】阅读教材，完成以下问题：
1. 任何物质的原子都是由位于原子中心区域带正电的 和绕核旋转带负电的 组成的；
原子核又是由带正电的 和不带电的 组成的。
2. 核能：质量较大的原子核发生 或者质量较小的原子核相互 ，就可能释放出惊
人的 ，这种能量被称为核能。
3. 裂变：质量较 的原子变成两个质量中等大小的原子核的过程，释放出 。核电站利用
核能发电，它的核心设备是 ；原子弹也是利用核 制造的核武器。
4. 聚变：质量较 的原子核在超高温下结合成新的原子核的过程，释放出更加巨大的能量。 是
利用氢核聚变释放的能量制造的核武器。
【合作探究】
探究一、核能
【想一想】我们知道，分子是由原子组成的，那么，原子是由什么组成的呢？ 让我们看看物理学
家研究的历史与结论吧！
1. 原子模型的建立过程
（1）电子的发现
十九世纪末（1897年），英国物理学家汤姆生在对阴极射线的研究中发现了带负电的 ，并得
出电子是所有物质中原子的组成部分。
由于电子是带负电的，而原子又是中性的，因此物理学家推断出原子中还有带 电的物质。
（2）原子核的发现——α粒子散射实验
英国物理学家卢瑟福在1898年发现了α射线。他用准直的α射线轰击厚度为微米的金箔时，发现
大多数粒子散射角度很小，但有少数α粒子偏角很大。通过对电荷，质量和偏转角度等的运算，1911
年提出了原子结构的行星模型。即原子是由 和核外 组成的。原子的组成
（3）原子的“电子云模型”
1926年奥地利物理学家埃尔温·薛定谔提出“电子云模型”。该模型中， 在原子核外很小的
空间内做高速运动，其运行没有固定的规律，电子 排布，接近现代人类对原子结构的认识。
【想一想】原子核还能再分吗？随着历史的发展，人们对原子内部结构的研究逐步深入。
2. 原子核
（1）质子的发现
1919年，卢瑟福用速度是20000km/s的α粒子去轰击氮元素的原子核时，发现在原子核中还存在
一种带正电的质量比电子大很多的微粒— 。
（2）中子的发现
中子的概念是由英国物理学家卢瑟福提出，中子的存在是1932年英国物理学家詹姆斯·查德威克用
镭的α射线轰击铍原子时的实验中证实的。
物理学家在实验中又进一步发现中子的质量与 相同、但是不带电。
（3）原子核的组成
原子核，简称“核”，位于原子的核心部分，由 和 两种微粒构成。原子核带 电
（即质子所带的正电），中子 电。
3. 原子的组成及带电情况
原子核极小，它的直径在10-16m～10-14m之间，体积只占原于体积的几千亿分之一，在这极小的原
子核里却集中了99.95％以上原子的质量。
4. 核能（1）核能：质量较大的原子核发生 或者质量较小的原子核相互 ，就有可能释放出惊
人的 ，这就是核能。
（2）释放核能的方式：核 和核 。
【例题1】物质是由分子或原子组成的，_______的发现，说明原子是可以再分的；原子是由原子
核和核外_______组成的，原子核由质子和_______组成。如图所示，是不同科学家提出的原子模型，
其中_____（选填“A”或“B”）是卢瑟福提出的原子核式结构模型。
探究二、裂变
1. 裂变
（1）裂变：1934至1938年，科学家先后用中子轰击质量比较大的铀235原子核，使其发生裂变，
发现一个核分裂成两个质量 的原子核，同时释放出大量的 。奇妙的是，铀235核在分
裂成两个别的原子核的时候，又放出 至 个中子。
（2）裂变的能量巨大：1kg铀全部裂变，释放的能量超过 煤完全燃烧时释放的能量。
（3）发生裂变的条件：发生裂变的条件是用 轰击铀核。
【想一想】当外界中子停止轰击铀核时，裂变也就停止了。怎样才能让裂变继续下去呢？
2. 链式反应
（1）模拟链式反应：将火柴搭成下图所示结构，点燃第一根火柴后，会发生什么？
第一根火柴烧完后，会点燃中间的2根火柴， 这2根火柴燃烧完后，又会引起右面4根火柴的燃
烧，如果按照这个结构继续下去，被点燃的火柴会越来越多……
（2）链式反应
当中子轰击铀核时，铀核发生 ，释放大量核能的同时产生出几个新的 ，这些中子又会轰
击其他铀核……于是就导致一系列铀核 裂变，并释放出大量 。这就是裂变中的链式反应。模拟链式反应 链式反应示意图
3. 裂变的应用
（1）核电站
核电站利用裂变产生的核能发电，它的核心设备是 。1942年，人类利用核反应堆第一次
实现了可控制的铀核裂变。
①核反应堆
核反应堆是原子核发生链式反应的场所，它能够控制链式反应的 ，缓慢、平稳地释放 的
装置。
②核电站的工作原理及能量转化
核电站将反应堆中放出的核能转化为高温蒸汽的内能，通过汽轮机转化为机械能，再通过发电机
转化为电能。核电站发电时的能量转化情况： 能→ 能→ 能→ 能。
③我国的一些核电站
下图是我国自主设计、制造的具有世界先进水平的核电站。
其中“华龙一号”核电站是由中国核工业集团公司和中国广核集团在30余年核电科研、设计、制造、建设和运行经验的基础上，根据福岛核事故经验反馈以及中国和全球最新安全要求，研发的先进
百万千瓦级压水堆核电技术，具有完全自主知识产权的三代压水堆核电创新成果，是中国核电机组发
展的主力堆型，是中国核电走向世界的“国家名片”，是中国核电创新发展的重大标志性成果。
（2）原子弹
链式反应如果不加以 ，大量原子核就在一瞬间发生裂变，释放出极大的 。根据这一
原理，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——
爆炸了。
【例题2】如上图中我国的大亚湾核电站，是利用核能来大规模生产电能的发电站。关于核能和核
电站，下列相关说法中正确的是（ C ）
A．核能是常规能源 B．核能不会对人类造成危害
C．核电站是利用裂变的链式反应发电的 D．核电站发电时，把核能直接转化为电能
探究三、聚变
1. 聚变
（1）如果将某些质量很 的原子核，例如氘核（由一个质子和一个中子构成）与氚核（由一
个质子和两个中子构成），在超 下结合成新的原子核——氦核，也会释放出巨大的 ，这
就是聚变。
2. 氢弹
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。 利用的就是
聚变瞬间释放的能量。
3. 海水中的核能
如何实现可控聚变，如何利用可控聚变释放的核能，科学家正在积极地探索着。海水中蕴藏着丰
富的、可以实现聚变的氘核。科学家预言，通过 来利用核能，有望彻底解决人类能源问题。
1升海水所含氘产生的聚变能等同于 升汽油所释放的能量。海水中氘的储量可使人类使用几
十亿年。
4. 裂变与聚变的比较裂 变 聚 变
质量较 的原子核分裂成 质量很 的原子核结合成
定义
较 原子核的过程 较 原子核的过程
用一定速度的中子
条件 超高温
轰击较大原子核
释放核能大小 巨大 更加巨大
是否可以控制 可 链式反应速度 目前 人为控制
应用 、原子弹
【例题3】原子核分裂或聚合，可以释放出巨大的能量，这种能量叫作________。用中子轰击比较
大的原子核，使其变成两个中等大小的原子核，同时释放出巨大的能量，这是原子核的________。两
个质量很小的原子核，在一定条件下结合成一个新的原子核，会释放出更大的核能，这就是原子核的
_______，氢弹就是利用这种变化制成的。
5. 核电站和核废料处理
核反应堆是通过可控裂变反应释放核能的设备。反应堆内的铀核发生裂变时，会释放能量，也会
产生放射线。如果放射线泄漏到反应堆外面，会对人和其他生物造成伤害，所以核反应堆都封闭在一
个厚厚的钢筋混凝土壳中。
（1）核泄漏的危害
核电站一旦发生核泄漏事故，就可能产生严重的危害，所以核电站的安全性应得到高度重视。为
此，科学家们制订了严格的安全措施和安全标准。
切尔诺贝利核电站事故于1986年4月26日发生在乌克兰境内的普里皮亚季市，核反应堆全部炸毁，
大量放射性物质泄漏，成为核电时代以来最大的事故。
（2）科学家们制定了严格的安全措施和安全标准
以秦山核电站为例，它有三道屏障，用于防止放射性物质的外泄。
第一道屏障是锆-4合金包壳，它把核燃料及其裂变产物封闭起来。
第二道屏障是壁厚为175mm钢板制成的反应堆压力容器及相应的管道设施，它把反应堆冷却剂包
容在里面，防止有放射性的冷却剂外泄。
第三道屏障是反应堆安全壳，它是高72.5m、外径38m、厚1米的钢筋混凝土制成的圆柱形建筑，
内衬6mm的钢板。安全壳也能抵御外部破坏。
（3）核废料的处理核电站使用过的核燃料成为 。由于核废料仍具有放射性，对环境会造成相当大的危害，因此
要将核废料深埋到人迹稀少的 地带。
【精讲点拨】
1. 原子结构：原子是由原子核和核外电子组成的，原子核又是由带正电的质子和不带电的中子组
成，电子带负电。原子的质量主要集中在原子核上，体积非常小。
2. 核能：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，就有可能释放出惊人的能
量，这就是核能。获取核能有两条途径：一是原子核的裂变，二是聚变。
3. 裂变：质量较大的原子核分裂成较小原子核的过程称为裂变。通过控制链式反应的速度，使核
能缓慢平稳的释放出来，就可以和平地使用核能了，核反应堆就是基于这样的目的建造出来的。
4. 聚变：质量较小的原子核在超高温下结合成新的原子核的过程，释放出更加巨大的能量。
【归纳整理】
第2节 核能
【课堂练习】
1．下列关于核能的说法正确的是（ ）
A. 物质是由原子构成的，原子中有原子核，所以利用任何物质都能得到核能
B. 到目前为止，人类获得核能有两种途径，即重核裂变和轻核聚变
C. 原子弹和氢弹都是利用原子核裂变的原理制成的D. 自然界只有在人为的条件下才能发生聚变
2．关于核电站，下列说法正确的是（ ）
A. 核电站所使用的核燃料是煤和石油
B. 核电站核反应堆中发生的是可以控制的核裂变
C. 核电站发电的能量转化过程：核能→内能→电能→机械能
D. 核电站产生的核废料可以作为生活垃圾来处理
3．如图是我国目前能源使用比例图．其中核能是我国正在大力开发和利用的一种有前途的能源，
下列说法正确的是（ ）
A．核电站利用核能发电，将核能转化为电能
B．现在的核电站是利用聚变反应来产生电能
C．核能是我国目前消耗的主要能源
D．核电站产生的核废料对环境不会造成污染
4．2011年3月11日，日本东北部海域发生的海底大地震导致福岛第一核电站二号机组受损，引
发了较为严重的核泄漏，核电安全再次成为各国高度关注的问题。关于核能开发的说法中，你认为正
确的是（ ）
A. 停止开发核能，因为开发核能会带来可怕的核泄漏，弊远大于利
B. 核能是一种稳定、高效、清洁的可再生能源，是其他新能源不可能替代的
C. 福岛第一核电站开发核能是利用可控核裂变过程中释放的核能
D. 核能开发是绝对安全的，即使有核泄漏也是清洁、无污染的
5．2021年1月30日，全球第一台“华龙一号"核电机组——中核集团福建福清核电5号机组投入
商业运行。下列说法正确的是（ ）
A．核燃料发电后产生的废弃物可以按照一般垃圾处理
B．核电站中的能量转化是将核能最终转化为电能
C．核电站是利用核聚变释放能量来发电
D．通过改进科学技术，可以让核电站的能源转化的效率达100%
6. 图是核能发电原理图，下列说法正确的是（ ）A．核能是可再生能源 B．核反应堆将核能转化为电能
C．汽轮机将内能转化为机械能 D．发电机将电能转化为机械能
7． 如图所示，中国“人造太阳”——大型核实验装置“东方超环”（EAST）取得重大突破，创
造世界新纪录，在上亿度的高温状态下，物质呈现等离子态，它们可以被磁场约束。“东方超环”的
反应原理与太阳类似，通过______ （填“裂变”或“聚变”）释放巨大的核能，原子核能又转化为
______，从而获得上亿度的高温。
8．2011年3月，日本发生了强烈地震并引发了海啸，对福岛核电站造成了很大的破坏，如图甲所
示．
（1）核电站是利用______能来发电的，其能量是原子核发生了核_______（选填“裂变”或“聚
变”）；
（2）由于一系列的爆炸，使得大量的核燃料外泄，周围的人们处在核污染当中．图乙中是核辐射
标志的是_______；
（3）为了给处于高温中的核反应堆外壳降温，消防员通过喷水的方法来有效降温，这是用
________的方法来改变内能的；
【课后反思】
