22.2 核能（考点解读）（解析版）

222 核能（考点解读）（解析版） 1、核能及其优点和可能带来的问题 （1）核能：①原子核是由质子和中子靠强大的核力紧密结合在一起的，一旦原子核分裂 或 聚合，就能释放出巨大的能量，这就是核能。②获得核能的两种途径：核裂变和核聚变。 （2）核能优点： ①只需要消耗很少的燃料就可以产生大量的电能； ②核电站可以大大减少燃料的运输量； ③核能能够解决能源不平衡分布的问题。 （3）核能缺点： ①核能属于一次能源，它是不可再生能源． ②核能存在核污染，一旦发生核泄漏事件，会产生放射性污染，会对地球生物造成伤害； ③核反应堆中会产生核废料，在治理核废料过程中，代价较高。 （5）核能的和平利用方式：核电站。非和平利用方式：原子弹。 2、核电站发电过程中的能量转化 （1）核电站中能量转化过程是：通过核反应堆把核能转化为内能，得到高温的水蒸气， 水蒸气推动汽轮机转动，把内能又转化为机械能；汽轮机再带动发电机发电，得到电能。 能量转化顺序为：核能→内能→机械能→电能。 3、核聚变 （1）将质量很小的原子核，在超高温下结合成新的原子核，会释放出更大的核能，这种 反应叫做聚变，也称为热核反应； （2）自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素氘与氚的聚变。 （3）核裂变与核聚变的比较： 比较 裂变 聚变 定义 较大原子核分裂为较小原子核的 过程 质量很小的原子核结合成较大原子核 的过程 发生条件 中子轰击较大原子核 超高温 释放核能大小 巨大 更加巨大 应用或实例 原子弹、核电站 氢弹、太阳内部爆炸 （4）核能是原子核发生变化时释放的能量，不是原子核本身具有的内能。 4、核裂变 （1）用中子轰击较大的原子核，使其变成两个中等大小的原子核，同时释放出巨大的能 量，这种反应叫做裂变； （2）原子核裂变时释放出核能，同时还会产生几个新的中子，这些中子又会轰击其他原 子核，导致一系列原子核持续裂变，释放出大量核能，这就是链式应；如图所示； 【考点1 核能及其优点和可能带来的问题】 【典例1-1】下列说法中，不属于核能优点的是（ ） ．核电站只需消耗很少的核燃料 B．它属于不可再生能源 ．核电站不排放烟尘和二氧化碳、二氧化硫等有害气体 D．核电站运行成本低于火力发电站 【答】B 【分析】根据核能发电的优缺点进行回答。 【解答】解：、核电站只需要消耗很少的核燃料就可以产生大量的电能，故不符合题意； B．核能属于不可再生能源，不能从自然界中源源不断的获得，故B 符合题意； ．核电站不排放烟尘和二氧化碳、二氧化硫等有害气体，有利于环境保护，故不符合题 意； D．从长远的角度看，核能发电成本低，核电站运行成本低于火力发电站，故D 不符合 题意。 故选：B。 【典例1-2】（2021•铁锋区模拟）核电站的核反应堆中发生的是核 裂 变；核电在一定 程度上解决了能源紧缺的问题，但核电站也存在一定的危害，其危害之一是： 核废料 污染环境 。 【答】见试题解答内容 【分析】现阶段的核反应堆都是利用核裂变产生能量，核反应有很多优点同时也会带来 一定的危害。 【解答】解：重核的裂变是质量较重的原子核产生两个中等质量的核，同时释放出的大 量的能量；在核反应堆中可以控制核反应的速度，让能量得到缓慢的释放； 核电站带来危害有：核废料污染环境、核泄漏危害人体健康等。 故答为：裂，核废料污染环境（或核泄漏危害人体健康等）。 【变式1-1】关于核能的优点，下列说法中不正确的是（ ） ．放出的热量多 B．加工、开采运输中费用少 ．安全、环保 D．无任何污染 【答】D 【分析】核能是人类现阶段利用的新能源之一，该能源之所以能得到如此大规模的利用， 源于其优点很多。 【解答】解：核能的优点是： （1）核能发电不像化石燃料发电那样排放大量的污染物质到大气中，因此核能发电不 会造成空气污染。 （2）核能发电不会产生二氧化碳。 （3）核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小， 运输与储存都很方便。 （4）核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较低，不易受到 国际经济情势影响，故发电成本较其他发电方法稳定。 核能的缺点： （1）核能电厂会产生放射性废料，或者是使用过的核燃料，具有放射线，会对生态及 民众造成伤害。 （2）核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境里，故核 能电厂的热污染较严重。 （3）核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。 故选：D。 【变式1-2】（2022•思明区二模）如图是中国自主设计的“人造太阳”实验装置一一东方 超环，它在1 亿度超高温度下运行了近10 秒。其反应原理与太阳类似，通过核 聚 变，释放巨大的核能，从而获得高温，因其 能量巨大、污染小 等优点，被认为是 人类未来最有希望的能源之一。 【答】聚；能量巨大、污染小。 【分析】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。 【解答】解：东方超环的反应原理与太阳类似，通过核聚变释放巨大的核能，此过程中 能量转化是，原子核能转化为内能，因其能量巨大、污染小等优点，被认为是人类未来 最有希望的能源之一。 故答为：聚；能量巨大、污染小。 【考点2 核电站发电过程中的能量转化】 【典例2-1】（2023•成都模拟）日本发生的里氏9 级大地震引发了海啸及核泄漏，这是日 本二战后遭遇的最严重震灾，日本福岛核电站是目前世界上最大的核电站，如图所示为 核电站发电流程示意图。下列说法错误的是（ ） ．核电站主要是利用原子核的聚变进行发电的 B．地震和海啸的发生常常都伴有次声波的产生 ．核能与煤、石油、天然气都属于不可再生能源 D．核能发电中的发电机是根据电磁感应原理制造 【答】 【分析】（1）核电站是利用可控的核裂变来进行发电的。 （2）大自然的许多活动，如地震、火山喷发、台风、海啸等，都伴有次声波发生； （3）能够源源不断的从自然界得到的能源叫可再生能源；短期内不能从自然界得到补 充的能源叫不可再生能源； （4）发电机是利用了电磁感应原理，即磁生电。 【解答】解：、核电站利用可控的核裂变释放的核能来发电，故错误。 B、地震、海啸时伴随有次声波的产生，故B 正确。 、核能与煤、石油、天然气都属于不可再生能源，故正确。 D、电磁感应现象：闭合电路的一部分导体，在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就 会产生感应电流。发电机就是利用这一原理来工作的，故D 正确。 故选：。 【典例2-2】（2023•海州区校级三模）核电站是利用核 裂变 （选填“聚变”或“裂 变”）产生的能量发电的；在汽车刹车过程中，它的动能转化为地面、轮胎、空气的 内 能，但这些能量无法自动转化回去，这是因为能量的转移和转化是有 方向 的。 【答】裂变；内；方向。 【分析】（1）原子核是由质子和中子靠强大的核力紧密结合在一起的，一旦原子核分 裂或聚合，就能释放出巨大的能量，这就是核能； （2）获得核能的两种途径：核裂变和核聚变。核电站是利用核裂变产生的能量发电的； 核电站的核心设备是核反应堆，核反应堆是通过可控裂变（链式反应）释放能量的； （3）能量的转化、能量的转移、都是有方向性的，要逆向转化或转移能量，就会消耗 其他的能量。 【解答】解：获得核能的两种途径：核裂变和核聚变。核电站是利用核裂变产生的能量 发电的；在汽车制动过程中，它的动能转化为地面、轮胎、空气的内能，但这些内能无 法自动转化回去，这是因为能量的转移和转化是有方向的。 故答为：裂变；内；方向。 【变式2-1】（2023•高新区校级模拟）近日空间高效斯特林热电转换试验装置顺利完成在 轨实验。其利用斯特林发动机带动发电机实现热电转化，斯特林发动机的简易结构如图 所示，热源加热热气缸内的气体，利用封闭气体的热胀冷缩实现发动机的运转。核燃料 是该装置的理想热源，此热电转换技术是空间新能源利用的关键技术之一。关于此技术 说法正确的是（ ） ．核燃料可利用核裂变产生核能，是可再生资源 B．热源通过做功的方式改变热气缸内气体内能 ．斯特林发动机将机械能转化成内能 D．发电机的工作原理是电磁感应 【答】D 【分析】（1）核燃料可利用核裂变产生核能； 不能从自然界得到补充的能源叫不可再生能源； （2）改变内能的两种方式：热传递和做功。 热传递是能的转移过程，即能量从高温物体向低温物体转移，在此过程中能的形式不发 生变化； 做功实质是能的转化过程，做功的过程中能量的形式改变了； （3）热源加热将化学能转化为内能，热气缸中的工作物质吸热汽化膨胀，推动活塞向 右运动做功，将内能转化为机械能； （4）发电机的工作原理是电磁感应现象。 【解答】解： 、核燃料可利用核裂变产生核能；核燃料不能从自然界得到补充的能源，是不可再生能 源，故错误； B、热源是通过热传递的方式改变热气缸内气体内能，故B 错误； 、热源加热将化学能转化为内能，热气缸中的工作物质吸热汽化膨胀，推动活塞向右运 动做功，将内能转化为机械能，由此可知斯特林发动机将内能转化成机械能，故错误； D、发电机的工作原理是电磁感应现象，故D 正确。 故选：D。 【变式2-2】（2023•振兴区校级一模）核电站通过可控 核裂变 （选填“核裂变”或 “核聚变”）反应释放核能，核电站中的汽轮机带动发电机组发电，将机械能转化为 电 能，核能是一种 不可再生 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。 【答】核裂变；电；不可再生。 【分析】（1）核裂变和核聚变都能释放能量，对于核裂变是可控的，如核电站的核反 应堆就是通过核裂变提供能量的； （2）核能发电时，在核反应堆中，铀核的裂变将核能转化为内能；在汽轮机中，内能 再转化为机械能；在发电机中，机械能转化为电能； （3）能够短时间内从自然界得到补充的一次能源是可再生能源，短时间得不到补充的 一次能源是不可再生能源。 【解答】解：（1）核电站是利用可控的核裂变释放能量来发电的； （2）核电站中的汽轮机带动发电机组发电，将机械能转化为电能； （3）核能属于一旦消耗就很难再生的能源，是不可再生能源； 故答为：核裂变；电；不可再生。 【考点3 核聚变】 【典例3-1】（2023•本溪二模）我国未来的月球基地将利用可控核聚变来提供能量。下列 说法正确的是（ ） ．将核聚变装置用火箭发射到月球后质量会变小 B．核能属于二次能源 ．若成功实现可控核聚变，能量的转化将不再遵守能量守恒定律 D．月球基地与地球之间可以通过电磁波进行通信 【答】D 【分析】（1）质量是物体的一种基本属性，与物体的状态、形状、温度、所处的空间 位置的变化无关； （2）一次能源：是指可以从自然界直接获取的能源．例：煤炭、石油、天然气、水能、 风能、太阳能、地热能、潮汐能、生物质能、核能； （3）能量守恒定律的表述为：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种 形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移过程中其总量 不变； （4）电磁波能够传递信息。 【解答】解：、将核聚变装置用火箭发射到月球后质量不变，故错误； B、核能属于一次能源，故B 错误； 、若成功实现可控核聚变，能量的转化仍遵守能量守恒定律，故错误； D、月球基地与地球之间可以通过电磁波进行通信，故D 正确。 故选：D。 【典例3-2】（2023•济南二模）2023 年4 月12 日21 时，中国“人造太阳”——大型核实 验装置“东方超环”（EST）取得重大突破，实现403 秒稳态长脉冲高约束模式等离子 体运行，创造了托卡马克装置高约束模式运行新的世器纪录。如图所示，“东方超环” 的反应原理与太阳类似，通过 核聚变 （选填“核裂变”或“核聚变”）释放巨大 的核能，原子核能又转化为 内能 ，从而获得上亿度的高温。 【答】核聚变；内能。 【分析】太阳能是来自太阳内部氢核的聚变释放出的能量，释放的核能又转化为内能， 从而获得上亿度的高温。 【解答】解：太阳能是来自太阳内部氢核的聚变释放出的能量，释放的核能又转化为内 能，从而获得上亿度的高温。“东方超环”与太阳类似，也是通过核聚变释放能量的， 再转化为内能从而获得高温。 故答为：核聚变；内能。 【变式3-1】（2023•莱芜区二模）如图所示是氢弹爆炸时的场景，氢弹的原理是（ ） ．链式反应 B．核裂变 ．电磁感应 D．核聚变 【答】D 【分析】氢弹爆炸时释放的能量来源于原子核的聚变时释放的能量。 【解答】解：氢弹爆炸的原理是：核聚变。 故选：D。 【变式3-2】（2023•乐东县二模）2023 年4 月12 日，我国有“人造太阳”之称的全超导托 卡马克 核聚变 （选填“核聚变”或“核裂变”）实验装置（EST）创造了新的世界 纪录，成功实现了稳态高约束模式等离子体运行403 秒；太阳能是 可再生 （选填 “可再生”或“不可再生”）能源。 【答】核聚变；可再生。 【分析】（1）核能分为核裂变和核聚变两种，核裂变分为两种：可控链式反应和不可 控链式反应，前者主要应用在核反应堆中，后者应用在原子弹中；核聚变主要应用在氢 弹上； （2）可再生能源：可以从自然界中源源不断地得到的能源，例：水能、风能、太阳能、 生物质能、潮汐能。 【解答】解：“人造太阳”利用了原子核较轻的物质发生核聚变的原理；太阳能可以从 自然界中源源不断地得到的能源，因此属于可再生能源。 故答为：核聚变；可再生。 【考点4 核裂变】 【典例4-1】（2023•碑林区校级一模）我国铅基快中子反应堆研发工作取得重大突破，铅 基反应核心技术实现了自主化，并跻身世界领先水平。沿用此项技术，未来，我国将率 先推出只有集装箱大小的迷你型核电源装置“核电宝”，以下相关说法中正确的是（ ） ．“核电宝”装置将电能转化为核能 B．核能是可再生能源 ．核反应堆中进行的是核裂变 D．“核电宝”利用核能发电的整个过程，所有产物不会对人类造成任何危害 【答】 【分析】（1）核电站是利用核能获得电能的装置； （2）可以长期提供或可以再生的能源属于可再生能源，一旦消耗就很难再生的能源则 是不可再生能源； （3）核电站的核反应堆是进行核裂变； （4）核能泄漏会对人和其他生物造成极大伤害。 【解答】解：、核电站工作过程中，利用核裂变将核能转化为电能，故错误； B、核能不能在短期内得到补充是不可再生能源，故B 错误； 、核电站的核反应堆发生的核裂变，故正确； D、核泄漏、核辐射给人们带来伤害，故D 错误。 故选：。 【典例4-2】（2023•鼓楼区校级三模）2022 年1 月1 日，“华龙一号”核电6 号机组首次 并成功，该核电站通过可控 核裂变 （选填“核裂变”或“核聚变”）反应释放核 能，核能是一种 不可再生 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。手机是利用 电磁波 传输信号实现通讯的，相同时间内，5G 通讯传输的信息量约为4G 的10 倍， 在相同介质中，5G 信号的传播速度 等于 （大于/等于/小于）4G 信号的传播速度。 【答】核裂变；不可再生；电磁波；等于。 【分析】（1）核能的利用包括核裂变和聚变，核电站利用核裂变发电； （2）可再生能源的概念：像风能、水能、太阳能等可以在自然界源源不断地得到，把 它们称为可再生能源。不可再生能源的概念：化石能源、核能等能源会越用越少，不能 在短期内从自然界得到补充，这类能源称为不可再生能源； （3）电磁波的传播不需要介质，广泛应用到信息的传递； （4）电磁波在真空中的传播速度和光速相等，都是3×108m/s。 【解答】解：核电站利用核能发电，它的核心设备是核反应堆，核反应堆是通过可控核 裂变反应释放核能的设备； 核能不能在短期内从自然界得到补充，属于不可再生能源； 手机是利用电磁波传输信号实现通讯的，相同时间内，5G 通讯传输的信息量约为4G 的 10 倍，在相同介质中，5G 信号的传播速度等于4G 信号的传播速度。 故答为：核裂变；不可再生；电磁波；等于。 【变式4-1】（2023•龙岗区二模）如图是核电站工作情况的方框图，以下关于核电站的说 法错误的是（ ） ．核能属于不可再生能源 B．核电站是利用可控的核裂变发电 ．核电站将核能全部转化为电能 D．核泄漏会引发严重环境污染 【答】 【分析】（1）短期内不能从自然界中得到补充的能源是不可再生能源；短期内能够从 自然界中得到补充的能源是可再生能源。 （2）核电站是利用可控的核裂变发电的。 （3）核电站不可能将核能全部转化为电能。 （4）核泄漏会引发严重环境污染。 【解答】解：、核能属于不可再生能源，故正确； B、核电站是利用可控的核裂变发电，故B 正确； 、核电站在工作时，不可能将核能全部转化为电能，因为每一级能量转化过程都有存在 效率问题，故错误； D、核泄漏产生的核废料和放射线会引发严重环境污染，故D 正确。 故选：。 【变式4-2】（2023•黑山县模拟）核电站是利用 裂变 （选填“聚变”或“裂变”）时 释放的能量来发电的；电灯可以将电能转化为光能和内能，能量在转化的过程中总量 不变 （选填“增大”“不变”或“减小”）。 【答】裂变；不变。 【分析】（1）核裂变和核聚变都能释放能量，但是又有区别，对于核裂变是可控的， 如核电站的核反应堆就是通过核裂变提供能量的，对于核聚变过程不可控； （2）能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或 者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量不变。 【解答】解：核电站是利用核可控的核裂变时释放的能量来发电的；电灯可以将电能转 化为光能和内能，由能量守恒定律可知，能量在转化的过程中总量保持不变。 故答为：裂变；不变。 一、选择题。 1．（2021•长沙二模）最近，日本国会通过决议“计划将福岛核电站的核废料通过稀释后 排入大海进行处理”，此决议遭到了国际社会的强烈谴责，是对人类权益的极大危害， 下列说法正确的是（ ） ．核能是一次能源，且可再生 B．福岛核电站主要是以核聚变的方式来进行发电 ．核电站的能量转化情况是：核能→内能→机械能→电能 D．核电站的发电原理与太阳的热核反应相同 【答】 【分析】（1）核能直接取自于地壳中的核物质，是一次能源；能够源源不断地从自然 界中获取或可重复利用的能源是可再生能源； （2）核电站利用的是核裂变释放的能量； （3）核能发电是利用铀原子核裂变时放出的核能来加热水，用产生的高温、高压蒸汽 作为动力，推动蒸汽涡轮机转动，从而带动发电机发电的； （4）太阳内部发生的是核聚变。 【解答】解： 、核能直接取自于地壳中的核物质，属于一次能源，核能在使用后不能从自然界中源源 不断地获得，是不可再生能源，故错误； B、核能发电是利用铀原子核裂变时放出的核能来发电的，故B 错误； 、核能发电的能量传递和转化过程是：核能→水和蒸汽的内能→发电机转子的机械能→ 电能，故正确； D、太阳内部发生的是核聚变，核电站与太阳热核反应的原理不同，故D 错误。 故选：。 2．（2023•越秀区校级二模）核能发电过程如图