第3節(jié)核能的開發(fā)與利用

第十六章永恒的探索：粒子和宇宙山丹縣第二中學(xué)：曹銀花第4節(jié)設(shè)計節(jié)能環(huán)保小屋

教學(xué)目標(biāo)：1.認(rèn)識核裂變和核聚變的不同2.了解什么是能源和能源的分類，了解幾種重要的能源和應(yīng)用四、核能1.蘊(yùn)藏在原子核中的能量叫做核能。2.釋放核能有兩種方式：核裂變和核聚變。

1905年，愛因斯坦發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)與能量E的關(guān)系，得出了物質(zhì)和能量的方程式

E=mc2核裂變，是指由重的原子核（主要是鈾核或钚核）分裂成兩個或多個質(zhì)量較小的原子的一種核反應(yīng)。其中鈾裂變在核電廠最常見，熱中子轟擊鈾-235原子后會放出2到4個中子，中子再去撞擊其它鈾-235原子，從而形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。3.核裂變四、核能①核電站1942年，人類利用核反應(yīng)堆第一次實現(xiàn)了可控制的鈾核裂變進(jìn)行發(fā)電。核電站的核心設(shè)備是核反應(yīng)堆，核反應(yīng)堆是原子核發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的場所。核電站中的反應(yīng)堆核電站的原理示意圖4.核裂變的應(yīng)用四、核能利用原子核裂變時產(chǎn)生的大量熱量，使水變成蒸汽，推動汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，再帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。核能→內(nèi)能→機(jī)械能→電能工作原理(3)運(yùn)行可靠，利于環(huán)境保護(hù)。核電站不排放二氧化硫、二氧化碳及二氧化氮等有害的污染物，不產(chǎn)生煤灰。核燃料的安全屏障以及嚴(yán)格的監(jiān)督和控制，保證不會發(fā)生核泄漏。核電站的特點(diǎn)是：

(1)消耗的燃料最少。與同功率的火電廠相比較，一座100萬千瓦的火力發(fā)電廠每年約耗用300萬噸煤，一座100萬千瓦的核電站僅耗用30噸濃縮鈾，而且可以再生使用。(2)發(fā)電成本低。根據(jù)國外的報道，核電站的建廠投資比燃煤電廠高20％—50％，但是經(jīng)濟(jì)效益明顯，發(fā)電成本低于火電廠。②原子彈原子彈主要是利用核裂變釋放出來的巨大能量來起殺傷作用的一種武器。不僅釋放的能量巨大，而且核反應(yīng)過程非常迅速，微秒級的時間內(nèi)即可完成。因此，在核武器爆炸周圍不大的范圍內(nèi)形成極高的溫度，加熱并壓縮周圍空氣使之急速膨脹，產(chǎn)生高壓沖擊波。地面和空中核爆炸，還會在周圍空氣中形成火球，發(fā)出很強(qiáng)的光輻射。四、核能5.核聚變①核聚變四、核能是指由質(zhì)量小的原子氘、氚，在超高溫和高壓下，讓兩個原子核能夠互相吸引而碰撞到一起，原子核互相聚合，生成新的質(zhì)量更重的原子核（如氦）。中子雖然質(zhì)量比較大，但是由于中子不帶電，因此能夠在這個碰撞過程中逃離原子核的束縛而釋放出來，大量電子和中子的釋放所表現(xiàn)出來的就是巨大的能量釋放。②氫彈氫彈爆炸形成的蘑菇云氫彈，又稱熱核武器，屬于核武器的一種。主要利用氫的同位素（氘、氚）的核聚變反應(yīng)所釋放的能量來進(jìn)行殺傷破壞，屬于威力強(qiáng)大的大規(guī)模殺傷性武器。四、核能③太陽發(fā)光的原理太陽放光發(fā)熱的原理就是核聚變太陽發(fā)光原理是其內(nèi)部時刻都在發(fā)生著核聚變。組成太陽的物質(zhì)中氫約占71.3%,氦約占27%，其他元素約為2％，太陽由內(nèi)向外分別為核反應(yīng)區(qū)、輻射區(qū)、對流區(qū)，太陽中心區(qū)域溫度高達(dá)1500萬℃，壓力也極大。因此使得氫聚合成氦的熱核反應(yīng)持續(xù)發(fā)生，產(chǎn)生巨大的能量，通過輻射區(qū)和對流區(qū)傳遞到太陽的表面，通過光球像四周輻射出去，最終到達(dá)地球，給地球供給持續(xù)不斷的能量。四、核能中國“環(huán)流器”裝置(3)和平受控?zé)岷朔磻?yīng)實驗利用使用核聚變反應(yīng)平穩(wěn)受控進(jìn)行視頻欣賞《原子核的裂變和聚變》思考：我們學(xué)過有哪些形式的能？資源草、木材煤、煤油、蠟、汽油等空氣水電流燃燒內(nèi)能、光能、化學(xué)能流動機(jī)械能通過做功其它形式的能二、能量與能源1、能量：能夠?qū)ν庾龉?。與物質(zhì)及其運(yùn)動相聯(lián)系的機(jī)械能、電磁能、內(nèi)能、化學(xué)能等。2、能源：凡是能提供能量的物質(zhì)資源都可以叫做能源。（4）核能的發(fā)現(xiàn)

注：人類利用能源經(jīng)歷了三個時期:

柴草時期煤炭時期石油時期能源發(fā)展歷史（1）火的利用機(jī)械能—內(nèi)能（2）化石能源的利用內(nèi)能---機(jī)械能（3）電能的利用電能---其它形式核能→內(nèi)能→機(jī)械能→電能1.太陽能太陽能熱水器太陽能草坪燈植物的光合作用三、科學(xué)與人類2.風(fēng)能風(fēng)能和陽光一樣，是取之不盡，用之不竭的天然﹝再生﹞能源，全世界的風(fēng)能蘊(yùn)含量達(dá)一百兆MW﹝1014

MW﹞，其中可用來發(fā)電的達(dá)一千萬MW﹝107

MW﹞，在燃料日益短缺的今天，此能源自然不容忽視。3.地?zé)崮?/p>

地?zé)崮艿淖畲罄脻摿υ谟诎l(fā)電，地?zé)崮芤话惴譃槲宸N類型：蒸汽型、熱水型、地壓型、干熱巖型和巖漿型。目前，全球地?zé)岚l(fā)電總量已近800萬千瓦。地?zé)崮艹擞糜诎l(fā)電以外，更大量地直接用于采暖、制冷、醫(yī)療洗浴和各種形式的工農(nóng)業(yè)用熱，以及水產(chǎn)養(yǎng)殖。地?zé)崮茉跍厥摇⒏稍?、制冷、養(yǎng)殖等方面也陸續(xù)在世界各國得到了應(yīng)用。

地?zé)崮苁莵碜缘厍蛏钐幍目稍偕鸁崮?。它來源于地球的熔融巖漿和放射性物質(zhì)的衰變。4.潮汐能中國·江廈潮汐發(fā)電站5.氫能

氫能的主要優(yōu)點(diǎn)有：燃燒熱值高，燃燒的產(chǎn)物是水，是世界上最干凈的能源。資源豐富，氫氣可以由水制取，而水是地球上最為豐富的資源，演義了自然物質(zhì)循環(huán)利用、持續(xù)發(fā)展的經(jīng)典過程。

2005年10月24日消息，最近一家名為E以色列公司發(fā)明了一種能夠在汽車內(nèi)產(chǎn)生氫氣的技術(shù)系統(tǒng)，而且只需要使用鎂和鋁等普通金屬。這一技術(shù)將完全解決汽車在氫氣制造、運(yùn)輸和儲存方面的所有相關(guān)難點(diǎn)。能源的分類：按能源的獲取方式分為：

可再生能源和不可再生能源按能源利用的先后分為：

一次能源和二次能源常規(guī)能源和新能源按能源能否不斷地從自然界中得到補(bǔ)充分為：清潔能源和非清潔能源按能源是否環(huán)保分為：一、一次能源由自然界提供的能源。如：化石能源、水能、風(fēng)能二、二次能源由一次能源轉(zhuǎn)化而來的能源。如：電能、煤氣三、可再生能源以天體物理運(yùn)動為基礎(chǔ)的能源。如：太陽能、風(fēng)能、潮汐能、水能、地?zé)崮芩摹⒉豢稍偕茉床豢赡茉诙唐趦?nèi)從自然界中得到補(bǔ)充的能源。如：化石能源、核能五、常規(guī)能源人類已經(jīng)使用多年的能源。如：化石能源、水能六、新能源近幾年人類開發(fā)和利用的能源。如：核能、太陽能、風(fēng)能、潮汐能、地?zé)崮?.能夠提供化學(xué)能、光能、機(jī)械能和電能等各種形式能量的資源就叫能源。2．能源的類型（1）一次能源（3）不可再生能源（4）可再生能源（2）二次能源課堂小結(jié)

反饋檢測1.

下列能源中不屬于新能源的是()

A.水能B.核能C.潮汐能D.太陽能

2.

下列能源中與太陽能無關(guān)的是（）

A.水能和風(fēng)能B.煤和石油C.潮汐能D.干木柴

3.

屬于裂變的是

屬于聚變的是（1）輕彈（2）原子（3）太陽釋放能量（4）核能發(fā)電

4.

節(jié)約能源的重要意義是（）

A.可提高經(jīng)濟(jì)效益，降低成本

B.能緩解能源緊張局面

C.可提高能源利用率

D.可減少對化石燃料的開采AC2、41、3c5.以下能源中，屬于一次能源的是ABCDEF