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上册第三章第8-9节核能的利用;能量的转化与守恒

发布时间:2013-10-31 10:35:00  

【本讲教育信息】

一、教学内容

核能的利用;能量的转化与守恒

二、考点清单

(一)学习目标:

1、知道原子核的裂变和聚变是获得核能的两种方式

2、了解和平利用核能的方式与进展,了解核能的优点和核能开发可能带来的问题

3、知道各种形式的能可以相互转化,能举出日常生活中能量转化的例子。

4、理解能的转化和守恒定律,能用能量守恒观点分析自然现象。

5、初步了解现实生活中能量的转化与转移有一定的方向性。

(二)重难点分析:

重点:知道原子核的裂变和聚变是获得核能的两种方式;了解核能的优点和核能开发可能带来的问题;能用能量守恒观点分析自然现象。

难点:初步了解现实生活中能量的转化与转移有一定的方向性。

三、全面突破

【知识点1】核能的利用:

(一)裂变和聚变

1、核裂变

——质量较大的原子核在中子轰击下分裂成2个新原子核,并释放出能量的过程。 举例:中子轰击铀235产生核能

链式反应(chain reaction):如果产生的中子继续轰击其他铀核,就会导致一系列铀核持续裂变。所以中子就像“点燃”核燃料的火柴。

原子弹――根据核裂变的原理制成。属于不可控制的链式反应的结果!

1

2、核聚变

――2个质量较小的原子核结合成质量较大的新核,同时释放出能量的过程。 举例:氘核和氚核在超高温下聚合成氦核,同时放出大量能量。

由于聚变反应需要在很高的温度下才可发生,所以也叫热核反应。

氢弹——根据核聚变的原理制成。威力比原子弹还大。

(二)核能的和平利用――核电站

如果使原子核的裂变和聚变在可控制的条件下缓慢进行,释放的核能就可有效地利用。 *核电站

――利用原子核裂变时产生的大量热量,使水变成蒸汽,推动汽轮机运转,再带动发电机发电。

我国目前已经运行发电的核电站有位于广东的大亚湾核电站和位于浙江的秦山核电站,还有几座新的核电站正在建设中。

图一:秦山核电站

图二:核电站示意图

2

在核电站工作过程中,能的转化过程:

核能→内能→机械能→电能

介绍如何控制核裂变的反应速率(如下图)

这是由金属镉制成的控制棒。镉能吸收中子。所以镉棒是用来控制核反应的。当反应进行得太过剧烈时,就插入镉棒来吸收中子,以使反应速度减慢。若想关闭核反应堆,就将镉棒完全插入。

(三)放射线

核变化过程中除了放出大量热量外,同时也会放出许多肉眼无法看见、能量很高的射线 如以下三种:

α射线:带2个单位正电荷,是氦原子核

β射线:带1个单位负电荷,是高速的电子流

γ射线:由电中性的粒子组成。

放射线的益与害:

大剂量的放射线对人畜会造成伤害,但较小的量并加以控制则可以为人类做许多的事,如γ射线可以对机械设备进行探伤;可以使种子变异,培育出新的优良品种;可以利用射线杀死癌细胞,治疗肿瘤等疾病。

【典型例题】

例1. 开发利用核能是解决能源危机的方法之一,如核裂变已应用于核电站发电。核能产生的另一条途径是:在超高温下,使质量较小的原子核结合成质量较大的新核,同时释放出巨大的能量,这一过程称为 。

该途径产生的核能是否可以用来发电,还处于实验阶段,其中的一种实验需要强大的磁

3

场,而天然磁体无法满足实验要求,科学家尝试利用 周围存在的磁场来达到目的。

解析:这道题以聚变反应作为背景材料,综合考查了电磁学方面的知识点。第一问从题意中很容易判断出是聚变反应(热核反应),第二问要获得强大的磁场,八年级学过,应用通电导体(或电流 电磁铁)周围所产生的磁场可以实现。

答案:热核反应(或聚变反应) 通电导体(或电流 电磁铁)

例2. 热核反应是一种理想能源的原因,描述不正确的是 ( )

A. 就单位质量来说,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. 热核反应的核原料在地球上储量丰富

D. 热核反应的实现与约束控制较容易

解析:这一题主要考查热核反应的发展前景,它是未来的一种理想能源。A答案就单位质量来说,热核反应比重核裂变时释放的能量多是正确的,这也是氢弹比原子弹威力大的原因。B答案对环境的放射性污染较裂变轻,且较容易处理是正确的,因为热核反应的产物主要是氦,放射性污染很少。C答案中热核反应的核原料在地球上储量丰富是正确的,它所需要的原料是氘核和氚核,容易得到。D答案热核反应的实现与约束控制较容易是错误的,要实现热核反应需要很高的温度,难以实现,且一旦反应很难加以控制。

答案:D

例3. 下图为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

解析:首先从核电站的原理分析是裂变,然后从能量转化顺序分析是核能→内能→机械能→电能,所以选择答案C。

答案:C

例4. 我国“九五”期间已建成投产和已开工兴建的核电站有4座,分别位于浙江、广东、辽宁、江苏等地,这些电站都选址在沿海或岛屿,这主要是为了( )

A. 考虑辐射安全 B. 便于核废料处理

C. 便于运输设备 D. 减小可能的核泄漏所造成的影响

解析:这是一道有关核电站安全方面的题,核电站都选址在沿海或岛屿,这主要是为了减小可能的核泄漏所造成的影响,所以选择答案D。

答案:D

【知识点2】能量的转化与守恒:

(一)各种形式的能

下面这段材料中有哪些我们以前学习了的能的形式?

“铃??”,汤姆被闹钟振动的声音唤醒,迷迷糊糊中他打开床头台灯一看,钟面液晶显示7:00,汤姆马上起床穿上衣服。他打开煤气热水器放出热水刷牙,洗脸,然后把面包

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拿到电烤箱里,再冲上一杯牛奶。吃完早餐,汤姆匆匆忙忙地拿起书包,骑上自行车去学校了。

我们已学习了 能, 能, 能, 能, 能。

(二)能的转化和守恒定律

大量事实告诉我们:能量既不会消灭,也不会创生,它只会从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到另一个物体。而在转化和转移的过程中,能的总量保持不变。

这就是能量转化和守恒定律,它是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。无论是机械运动,还是生命运动;无论是宇宙天体,还是微观粒子,都遵循这个定律。

我国有句谚语“要使马儿跑得快,又要马儿不吃草”比喻现实生活中不可能的事,现在用能量转化和守恒定律分析,可知其中是有很强的科学哲理的。

永动机为什么不能制造?

因为它违背了能量转化和守恒定律。

(三)能量的转移和转化的方向性

“永动机”不可能成功的事实告诉我们,违反能量的转化和守恒定律的事件是不可能发生的。那遵循能量的转化和守恒定律的事件是否一定会发生呢?

分析:

①汽车制动时,由于摩擦,动能转变为地面、空气的内能,这些能量能够自动地用来再次开动汽车吗?

②一块炽热的铁块投入水中时,能量是怎么转移的?能否反方向进行?

③当杂技演员沿竹竿下滑时,能量是怎么转化的?追问内能与重力势能之间能否反方向进行?

归纳:能量的转移和转化有一定的方向性。

【典型例题】

例1. 100℃的水能自动地把内能转移给低温的空气, (填“也能”或“但不能”)相反;汽车制动时,由于摩擦,汽车的 转变为地面、空气的内能,这些散失到空气和地面的内能,不能自动地用来再次开动汽车,这说明能量的转化和转移具有 .

解析:本题是一道典型的能量转化方面的填空题,充分考查了能量转化的方向性,具有代表性。

答案:但不能;机械能;方向性;

例2. 2008年的北京奥运会倡导“绿色奥运”,下图是北京奥运会的环境标志,树冠与人组成参天大树,代表着人与自然的和谐统一。下列做法中不符合“绿色奥运”理念的是( )

A. 大量增加机动车辆,改善交通条件

B. 加大水污染防治工作力度,加强饮用水源的保护

C,尽量减少一次性木筷、餐巾纸、塑料袋等物品的使用

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D. 调整能源结构,采用无污染和低污染能源

解析:本题综合考查了环境保护方面的知识点,同时还考查了能量与能源方面的知识。A答案中明显不符合“绿色奥运”理念,它不利于节能减排。B、C、D都符合“绿色奥运”的理念。

答案:A

例3. 如图所示,为一辆行驶中的太阳能汽车,该车的顶部装有由硅晶制成的太阳能电池板,它将太阳能转化为电能,电能再转化为 能。你认为太阳能汽车与普通燃油汽车相比有什么优点: (说出一点即可)。

解析:第一问主要考查能量的转化,因为汽车在行驶,具有机械能,所以发出来的电能再转化为机械能,第二问比较说出太阳能的优点,一般都从无污染这方面去回答。

答案:机械;无污染

例4. 下列描述,不可能发生的是( )

A. 将80℃的铁块投入20℃的水中,水的温度会升高

B. 将80℃的水浇在80℃的铁块上,铁块能从水中自发地吸收热量

C. 杂技演员沿竹杆下滑时,手和竹杆的温度会升高

D. 用打气筒给自行车轮胎充了一段时间的气后,打气筒的底和壁会发热

解析:这道题主要考查能量转化具有方向性,A答案中描述的是能量的传递,可以发生;B答案中因为水和铁块之间没有温度差,所以不可能发生热量的传递;C和D答案中的能量转化都可以发生。

答案:B

四、应考锦囊

本讲的知识点如果要出现在中考题中,一般会在考查两种核变化的区别,核电站、原子弹、氢弹的工作原理,能量转化和守恒定律的应用,以及能量转化的方向性。同时还会结合到环境保护方面的知识点一同考查,一般难度很小,所以同学们只要把基本知识点理解透彻了,就会有信心拿满分。

五、本讲小结

1、明确裂变和聚变的概念以及相关的分析。

2、明确核电站、原子弹和氢弹的工作原理。

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3、理解能量转化和守恒定律、能量转化的方向性。

六、超前思维(食物与摄食;食物的消化与吸收)

下次上课前请同学们做好以下准备:

(一)学习目标:

1、运用实验探究的方法测定不同食物中的能量,了解“热量价”的含义,知道食物中蕴含能量,说出食物中的主要营养物质及其作用

2、列举不同动物的捕食器官及捕食方式,认同结构与功能相适应、生物适应其生存环境的基本生物学观点

3、知道牙齿的种类,能描述牙齿的结构,阐明保护牙齿的重要意义

4、描述人体消化系统的组成,解读营养物质在消化道内被消化和吸收的图解,概述食物的消化和营养物质的吸收过程

5、体验“影响酶催化作用的因素”的实验探究活动,体验探究的一般过程,控制实验变量和设计对照实验的方法

(二)阅读内容:课本117~129页

(三)带着问题上课堂:

1、人体消化系统的组成器官有哪些?

2、影响酶催化作用的因素有哪些?

(四)牛刀小试:

1. 热量价:每克营养物质在体内时所产生的叫热量价。不同物质的热量价是不同的,蛋白质为16.7千焦,糖类为16.7千焦,脂肪为37.7千焦。

2. 食物中的营养素主要有、、 和7大类。

3. 昆虫的各种口器,

蛾蝶类 ;蝇类 ;

蚊类 ; 蜂类 ; 蝗虫 。

4. 。食物在由消化腺分泌的作用下消化。

①消化道依次包括: 、 、 、 、 、 。

②消化腺包括: 、 、 、 、 。

5. 酶:生物体所产生的,具有 的 。

特点: 性、 性、 性,影响酶催化作用的因素有 、

【模拟试题】(答题时间:40分钟)

一、选择题

1. 关于原子核能叙述,正确的是( )

A. 原子核能是原子运动产生的能量

B. 原子核不发生变化也能释放原子核能

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C. 原子核能是原子核变化时释放的能量

D. 物质发生化学变化就能释放原子核能

2. 原子弹和氢弹各是根据什么原理制造的?( )

A. 都是根据重核的裂变原理

B. 都是根据轻核的聚变原理

C. 原子弹是根据聚变原理,氢弹是根据裂变原理

D. 原子弹是根据裂变原理,氢弹是根据聚变原理

3. 下图为核电站发电流程图,在核电站的发电过程中,从核能到电能,图中所示的转化顺序正确的是( )

A. 核能,化学能,机械能,电能

B. 核能,内能,机械能,电能

C. 核能,机械能,内能,电能

D. 核能,内能,化学能,电能

*4. 下列对能源的利用事例中,属于利用生物质能的是( )

A. 抽水机抽水 B. 植物的光合作用

C. 电灯发光 D. 柴禾燃烧

5. 维持人体的生命活动需要能量,人们从事生产活动也需要能量,这些能量最终主要来自( )

A. 流水和风 B. 太阳辐射能

C. 绿色植物的能量 D. 深埋在地下的煤和石油

6. 下列关于能量的说法中错误的是( )

A. 人在沉睡时不消耗能量 B. 人的能量主要来自食物

C. 燃料提供了汽车运动所需的能量 D. 声音也具有能量

7. 电流通过下列装置时,能将电能转化为机械能的是( )

A. 电炉 B. 电灯 C. 蓄电池 D. 电风扇

8. 早期的蒸汽汽车工作时,能量的转化过程是( )

A. 热能→化学能→机械能 B. 化学能→热能→机械能

C. 化学能→机械能→热能 D. 热能→机械能→化学能

*9. 下列过程中,化学能减少的是( )

A. 有机物沿食物链传递 B. 蓄电池充电

C. 光合作用 D. 太阳能制取氢气

10. 电动机通电后,电动机带动其他机器运转,一段时间后,电动机的外壳就会变得烫手,则下列关于此过程中能量的转化和守恒的说法中正确的是( )

A. 电能全部转化为机械能,总的能量守恒

B. 电能大部分转化为机械能,小部分转化为内能,总的能量守恒

C. 电能全部转化为内能,内能守恒

D. 电能转为机械能和内能,机械能守恒

11. 以下对于放射线的说法正确的是 ( )

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A. 放射线无污染,无公害,使用时十分安全简单

B. 在利用放射线时,要注意进行有效的防护和防止污染

C. 放射线对人畜伤害严重,有弊无利,难于利用

D. α射线和β射线是有益的,而γ射线是有害的

12. 关于能量守恒定律,下列说法中错误的是 ( )

A. 能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的定律之一

B. 能量守恒定律只适用于在物理中所涉及到的各种变化所遵循的规律

C. 大到宇宙天体,小到原子内部,只要有能量转化,就一定服从能量守恒定律

D. 能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器

13. 《深圳商报》2004年3月11日报导:近日一种新型太阳能公共卫生间落户北京东郊民巷,该卫生间的能源全部由位于顶部的太阳能电池板提供,它还能将多余的能量储存在蓄电池里。这种能量转化和储存的方式是( )

A. 太阳能转化为内能,再转化为电能 B. 太阳能转化为电能,再转化为化学能

C. 太阳能转化为内能,再转化为化学能 D. 太阳能转化为电能,再转化为光能

14. 光合作用过程是一个( )

A. 合成有机物,贮存能量的过程 B. 分解有机物,贮存能量的过程

C. 合成有机物,释放能量的过程 D. 分解有机物,释放能量的过程

二、填空简答与实验探究题

1. 指出下列能量的转化:

热泉水喷发的能量:_______________________,跳远:_________________________, 核电站发电:_______________________,燃料燃烧_________________________, 阳光下绿色小草在生长:___________________,白炽灯通电发光:_________________, 飞机上投下的炸弹速度越来越快:____________,三峡大坝蓄水发电:______________, 摩擦生热;_____________________。太阳能电池:________________________,

2. 水电解生成氢气和氧气,该实验过程中能量形式转化主要是电能转化为_________能。

3. 火箭用联胺(N2H4)作为燃料,用N2O4作氧化剂,燃烧后生成的高温氮气和水蒸气以很高的速度从火箭尾部喷出,使火箭升空。火箭发射过程中将燃料的化学能转化为________能和________能。

4. 骑自行车上坡前,往往要加紧蹬几下以加大自行车速度,从能的转化来说明这样做的好处 。

*5. 我国虽然有丰富的煤炭、水力和石油资源,但由于我国人口众多,人均拥有量并不多,而且资源分布很不均匀:水力资源70%分布在西南地区,煤炭已探明储量的80%分布在北方;南方人口占全国的63%,能量消耗约占全国的65%,而核电站具有消耗的“燃料”少,成本低等特点,只需要很少的核燃料,就能产生大量的电能;1kW·h电能的成本要比火电站低20%以上。因此,为消除我国能源储藏与消耗上的不平衡,在华东、华南等地区发展核电站是迫切需要的。

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通过阅读上面这段话,回答下列问题

(1)核电站具有___________,___________等特点。

(2)为了消除我国在能源储藏与消耗上的不平衡性,在___________、___________等地区发展核电站是迫切需要的。

(3)在核电站发生事故情况下,为避免和减少工作人员和公众所受剂量,应采取怎样的应急措施?

三、分析计算题

1kg铀全部裂变释放出的能量约为8.5×1013J,相当于完全燃烧多少吨无烟煤放出的能量?(无烟煤的燃烧值为3.4×107J/kg)

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【试题答案】

一、选择题:

1. C 2. D 3. B

4. D 解析:生物质能是指利用生物或生物遗体本身的化学能。

5. B 6. A 7. D 8. B

9. A 解析:有机物在沿食物链传递过程中会把化学能转化为内能、机械能等其它形式的能,所以化学能减少。

10. B 11. B 12. B 13. B 14. A

二、填空简答与实验探究题:

1. 内能转化为机械能, 化学能转化为机械能

核能转化为电能, 化学能转化为内能

太阳能转化为化学能, 电能转化为光能和内能

势能转化为动能, 机械能转化为电能

机械能转化为内能, 太阳能转化为电能

2. 化学

3. 内 机械

4. 提高动能,在上坡时可以转化为势能

5. 解析:(1)消耗燃料少;成本低 (2)华东;华南 (3)隐蔽

隐蔽是让人们停留在房屋内,关闭门窗,关闭通风系统,再采取简易必要的个人防护措施。隐蔽对于防护放射性烟雾和地面沉积物照射非常有效,对减少吸入产生的内照射也有一定的作用。隐蔽也是场外应急状态时首先要采取的措施。

食物和饮水控制

对放射性污染的水和食物进行控制,叫做食物和饮水控制。此时,公众对控制区范围内食品和饮用水应该采取不采收、不食用、不销售、不运输。

出入通道的管制

这是在核事故场外应急时必须采取的应急措施,主要是控制人员、车辆、船只进出受事故影响的地区,以防止或减少污染扩散。

撤离

根据气象条件,当估算和测量到某区域范围内的公众受到外照射剂量可能超过应急控制标准,可以组织公众暂时撤离该地区,避免或减少烟雾外照射、地面沉积物外照射和吸入内照射给公众带来的严重危害。

去污

放射性去污是指采用各种手段从被污染的表面去除放射性污染物的过程,以减少对人员的照射剂量,并使污染地区可以使用。

三、分析计算题:

解析:由Q=mq得:m=Q/q=8.5×1013J/3.4×107J/kg=2.5×106 kg=2500t

答:略

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