3.7-3.8 核能 能量的转化与守恒（解析版）

3.7-3.8核能能量的转化与守恒学习目录学习目录目录模块一知识网络 1模块二知识掌握 2知识点一、核能 2知识点二、能量的转化与守恒 2【巩固提高】 9知识重点知识重点模块一知识网络模块二知识掌握知识点一、核能1、原子结构原子核质子（带正电）中子（不带电）核外电子（不带电）2、核能：原子核在发生改变的过程中，释放出巨大的能量。也叫原子核能或原子能。获得核能的两条途径：裂变和聚变裂变：是质量较大的原子核在中子轰击下分裂成2个新原子核，并释放能量的过程。原子弹、核电站、核潜艇是根据裂变的原理制造的，聚变：2个质量较小的原子核，在超高温条件下聚合成质量较大的一个新核，同时释放出能量的过程。聚变又叫热核反应。氢弹是根据聚变的原理制造的核电站1、核电站利用核能发电，它的核心设备是核反应堆。核反应堆是通过可以控制的裂变反应释放核能的设备。2、核电站中发生的能量转化是：核能→内能→机械能→电能。我国第一座核电站是浙江秦山核电站3、原子核的裂变和聚变都会产生一些发射性物质，如α射线、β射线、γ射线。其中可以用于机械设备探伤、种子变异、治疗肿瘤的是γ射线。知识点二、能量的转化与守恒1、能的转化和守恒定律：能量既不会消失，也不会创生，它只会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，而在转化和转移的过程中，能的总量保持不变。2、能的转化和守恒定律，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。3、能量的转移和转化有一定的方向性。*“永动机”不可能成功是因为它违背了能的转化的守恒定律。*自然界的事物的运动和变化都必须遵循能量转化和守恒定律，但符合能量和守恒定律的事件却不一定能够发生。（2023•拱墅区模拟）电影《厉害了，我的国》自今年3月2日在全国上映来燃爆各大影院，特别是作为大国工程和“一带一路”国家名片的“华龙一号”核电机组（如图），代表创新成果的人造太阳，在影片中亮相，再次彰显了大国实力，很是抢镜！以下关于核电站说法正确的是（）A．利用核聚变原理 B．利用核裂变原理 C．核能直接转化为电能 D．核能是原子内部的化学反应释放出来的能量【解答】解：AB、目前人类使用的核电站是利用核裂变原理，不是核聚变原理，故A错误，B正确；C、核能在一回路中转化为内能，通过汽轮机，将内能转化为机械能，汽轮机带动发电机发电，将机械能转化为电能，故C错误；D、核能是原子内部的原子核重新聚合和分裂时释放出的惊人的能量，故D错误。故选：B。（2023•温州模拟）2020年12月，温州首个核电站三澳核电站获国家批准建设。该核电站的发电原理及电能输送如图所示，则以下叙述不正确的是（）A．核反应堆里的是核裂变反应 B．汽轮机将机械能转化为内能 C．发电机的主要原理是电磁感应 D．电网在输送电能时会消耗电能【解答】解：A、核电站利用可控的核裂变释放的核能来发电，故A正确；B、在汽轮机中蒸气的内能转化为汽轮机的机械能，故B错误；C、发电机是利用电磁感应现象的原理制成的，故C正确；D、在输电过程中，输电线有一定的电阻，会消耗一部分电能，故D正确。故选：B。（2022秋•舟山期末）2022年12月，核聚变研究领域取得突破性进展。科学家在使用激光的聚变实验中首次实现了净能量增益，即产生的能量比注入的能量还要多。这意味着，人类未来有望结束对化石燃料的依赖，或将拥有个安全、绿色、用之不竭的能源选项。核聚变使用的核材料是下列中的（）A．氢（H） B．氦（He） C．铀（U） D．钚（Pu）【解答】解：现阶段，核聚变使用的核材料是氢（H）。故选：A。（2022秋•婺城区期末）如图，利用核能发电是人类和平利用核能的一个重要方向。下列有关核电站的叙述正确的是（）A．核反应堆是利用核聚变的原理工作的 B．核反应堆中发生的链式反应是可控的 C．其能量转化为：核能→机械能→内能→电能 D．核反应堆产生的废料对环境和人体是无害的【解答】解：A、核反应堆是利用核裂变的原理工作的，故A错误；B、核反应堆中发生的链式反应是可控的，故B正确；C、其能量转化为：核能→内能→机械能→电能，故C错误；D、核反应堆产生的废料对环境和人体都是有害的，故D错误；故选：B。（2022秋•衢江区校级期末）如图所示，用中子轰击铀﹣235原子核产生氪核和钡核，释放出核能。下列说法正确的是（）A．核能是一种可再生能源 B．该模型表示的是核聚变 C．目前核电站是利用核裂变反应发电的 D．该反应不会产生放射性物质【解答】解：A、核能属于不可再生资源，该选项说法不正确；B、该模型表示的是核裂变，该选项说法不正确；C、目前核电站是利用核裂变反应发电的，该选项说法正确；D、氪为放射性物质，所以核裂变时会产生放射性物质，该选项说法不正确。故选：C。（2023•鄞州区一模）如图是太阳能电池路灯，白天太阳能电池板将太阳能转化为电能，这种能量通过再次转化储存在大容量蓄电池内。夜晚蓄电池给路灯供电。下列说法正确的是（）A．路灯上的塑料灯罩和铝合金灯柱都属于有机合成材料 B．夜晚蓄电池给路灯供电时将光能转化为电能 C．白天给蓄电池充电时将化学能转化为电能 D．路灯的灯柱用合金材料制成是因为合金比纯金属具有更好的性能【解答】解：A、塑料灯罩属于有机合成材料，而铝合金灯柱属于金属材料，故A错误；BC、在白天太阳能电池板给蓄电池充电是将太阳能→电能→化学能；在晚上，蓄电池给路灯供电，只是将化学能转化成电能，再转化为光能和内能，故BC错误；D、人们大量使用的是合金而不是纯金属，这是因为合金具有更多优良性能，如铝合金比铝的硬度大、不锈钢比铁的抗腐蚀性强，故D正确。故选：D。（2023•天台县一模）马丁喷气背包是“世上操作最简单的飞行器”，它很好驾驭，你只要系好安全带，旋转操作杆，它就会带你离开地面，如图所示。（1）飞行背包发动燃料为汽油，则汽油燃烧时将能转化为内能。（2）喷气飞行背包向下快速喷气，使人腾空而起，说明物体间。（3）要使“火箭人”悬停在空中，背包喷出气体的方向应该是。【解答】解：（1）飞行背包发动燃料为汽油，则汽油燃烧时将化学能转化为内能。（2）发动机将燃烧后的气体通过喷气孔向下喷出，使人获得向上的飞行动力，这是利用物体间力的作用是相互的原理。（3）要使“火箭人”悬停在空中，则“火箭人”受重力与向上的推力，并且二力是一对平衡力，故背包喷出气体的方向应该是竖直向下。故答案为：（1）化学；（2）力的作用是相互的；（3）竖直向下。（2023•杭州一模）滑雪是北京冬奥会的项目之一，里面蕴含着很多科学知识。（1）图甲的运动员保持该姿势不变沿着坡面自由下滑，速度逐渐增大，他的机械能（选填“变大”、“变小”或“不变”）。（2）若某段坡而的高度为H、长度为L、粗糙程度相同，重为G的运动员保持姿势不变恰好沿该坡面自由匀速滑下，滑行时的模拟图如图乙所示，则受到的摩擦力方向为沿坡面（选填“向下”或“向上”），受到的摩擦力大小为（用题中的字母表示），忽略空气阻力。【解答】解：（1）图甲的运动员保持该姿势不变沿着坡面自由下滑，速度逐渐增大，高度逐渐变小，质量不变，则运动员的动能变大，重力势能变小，由于受摩擦力的作用，一部分机械能转化为内能，所以他的机械能变小；（2）运动员沿坡面自由匀速滑下时，运动员相对于坡面向下运动，所以其受到的摩擦力方向沿坡面向上；运动员沿坡面匀速滑下时，克服摩擦做功，重力势能转化为内能，此时消耗的重力势能等于克服摩擦做的功，即：W＝EP，根据EP＝Gh和W＝fL可得：fL＝GH，解得：f=GH故答案为：（1）变小；（2）向上；GHL（2023•下城区模拟）如图所示，A点的高度H大于B点的高度h，让小球从A点由静止开始自由落下，沿光滑轨道AOB到达B点后离开（不计空气阻力），则小球由A点运动到O点的过程中，小球的重力势能是的（填“增大”“不变”或“减小”），小球在B点的机械能在A点的机械能（填“大于”“等于”或“小于”），小球离开B点后的运动轨迹应该是图中的曲线。【解答】解：小球由A点运动到O点的过程中，小球的质量不变，高度减小，所以重力势能是减小；不计空气阻力，小球的机械能守恒，所以小球在B点的机械能等于在A点的机械能；根据题意，小球从A点由静止滑下，所以小球的机械能等于A点时的重力势能，整个过程中，机械能守恒，a的最高点超过了A点的高度，这是不可能的；故a错误；b点的最高点与A点的高度相同，而在最高点时，小球仍具有向右运动的速度，所以b图线的机械能大于A点的机械能，故b错误；c图线的最高点低于A点，由于在最高点时小球仍运动，其总机械能可能与开始时的机械能相等，故c正确；小球离开轨道时，由于惯性，应具有沿轨道方向向上运动的速度，故d错误。故答案为：减小；等于；c。（2022秋•余姚市期末）北京时间2022年11月12日10时03分，搭载天舟五号货运飞船的长征七号火箭，在我国文昌航天发射场点火发射（如图甲所示），约10分钟后，天舟五号货运飞船与火箭成功分离并进入预定轨道，飞船太阳能帆板顺利展开工作（如图乙所示），发射取得圆满成功。（1）火箭点火，燃料燃烧发生的是（选填：“物理”或“化学“）变化。（2）搭载在飞船上的补给物资送达我国空间站时，补给物资的质量将（选填：“变大”、“变小”或“不变”）。（3）飞船太阳能帆板顺利展开工作，就是在太阳光照射下，能为飞船上的电器设备提供能量。太阳能帆板工作时是将能转化为能。【解答】解：（1）火箭点火后，燃料燃烧生成水，并放出大量的热，因此发生的是化学变化。（2）搭载在飞船上的补给物资送达我国空间站时，虽然补给物资的位置发生改变，但是补给物资的质量将保持不变。（3）太阳能帆板工作时是将太阳能转化为电能。故答案为：（1）化学；（2）不变；（3）太阳；电。【巩固提高】（2022秋•余杭区校级月考）发展核能是解决能源危机的主要出路之一。如图所示为核电站工作流程，关于流程中各装置的能量转化，正确的是（）A．核反应堆：核能转化为机械能 B．蒸汽轮机：机械能转化为内能 C．发电机：电能转化为机械能 D．应用：电能转化为化学能【解答】解：A．在核反应堆中，核能转化为内能，故A错误；B．水受热以后温度升高，会产生大量的水蒸气，水蒸气会推动蒸汽轮机转动，将内能转化为机械能，故B错误；C．蒸汽轮机带动发电机转动，发电机将机械能转化为电能，故C错误；D．电池充电时，是将电能转化为化学能的过程，故D正确。故选：D。（2021秋•湖州期末）2021年12月3日，中国南方首个核能供热项目在浙江海盐正式投运。下列相关说法错误的是（）A．核电站利用核裂变释放的核能 B．核反应堆将核能转化为内能 C．核反应堆中链式反应是可以控制的 D．核电站产生的核废料对环境没有污染【解答】解：A、电磁波的传播不需要介质，北斗卫星导航系统是利用电磁波传递信息的，故A正确；B、核电站发电过程：核能先转化为内能，故B正确；C、核反应堆中链式反应是核裂变是可控的，故C正确；D、核废料是对环境污染很严重的，故D错误。故选：D。（2022•海曙区校级三模）对下面的四幅图描述错误的是（）A．甲图说明发声的音叉在振动 B．乙图将直导线AB南北朝向放置，闭合开关后实验现象更明显 C．丙图的核能释放方式也叫热核反应 D．丁图说明摩擦可以创造电荷，使物体带上静电，所以能吸引轻小物体【解答】解：A、发声的音叉插入水中，溅起水花，因为音叉正在振动，说明声音是由物体振动产生的，故A正确；B、由于小磁针受到地磁场的作用，要指南北方向，为了观察到明显的偏转现象，应使电流产生的磁场方向为东西方向，故应使把直导线南北放置，故B正确；C、热核反应是核聚变，核聚变又称核融合、融合反应、聚变反应或热核反应。核是指由质量小的原子，主要是指氘，在一定条件下（如超高温和高压），只有在极高的温度和压力下才能让核外电子摆脱原子核的束缚，让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，故C正确；D、丁图说明摩擦可以使物体带电，而电荷的产生本质是得失电子而不是创造电荷，故D错误。故选：D。（2021秋•新昌县期末）关于核电站，小科总结了以下四种说法，其中正确的是（）A．核电站是利用氢核的聚变产生的能量来发电的 B．核电站的核心是利用核反应堆控制核能平稳地释放 C．核电站的反应堆中放出的核能可以直接转化为电能 D．核电站产生的废料可以直接排放到大海中【解答】解：A、核电站是利用原子核裂变产生的能量来发电的，故A错误；B、核反应堆工作的速度和规模是可以认为控制的，核能能平稳地释放，故B正确；C、核电站的反应堆中放出的核能不可以直接转化为电能，故C错误；D、核电站的核废料中具有很多的放射性物质，不可以直接排放到大海中，故D错误。故选：B。（2021秋•柯桥区期末）2021年12月20日，全球首座球床模块式高温气冷堆核电站——山东荣成石岛湾高温气冷堆核电站示范工程送电成功。关于核能的应用，下列说法中正确的是（）A．原子弹是根据核聚变的原理制成的 B．现有核电站核变原理与氢弹核变原理相同 C．核能有核辐射危险，我们应该完全杜绝核能发电 D．核电站发电的能量转化过程是：核能→内能→机械能→电能【解答】解：A、原子弹是利用核裂变的原理制成的，氢弹是利用核聚变的原理制成的，故A错误；B、核电站中的核反应堆是进行裂变而获得核能的一种装置，是可控的，与氢弹核变原理不相同，故B错误；C、核能虽然具有放射性，可能对环境造成污染，但只要科学处理还是可以控制的，所以我们可以开发和使用核能，故C错误；D、核电站能量转化的过程是：通过核反应把核能转化为内能，得到高温水蒸气；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，则整个过程中能量转化的正确顺序是：核能→内能→机械能→电能，故D正确。故选：D。（2022•宁波）核酸检测采样时使用的“采样拭子”，其顶端是如图所示的植绒拭子，安全、无毒。有一种植绒方式是：植绒机产生数万伏的高压静电，通过电子转移让喷头中的绒毛带上负电荷，然后在被植绒物体表面喷涂上胶粘剂，移动喷头靠近被植绒物体，绒毛在高压静电作用下从喷头中飞升到被植绒物体表面，呈垂直状植在涂有胶粘剂的物体表面。上述植绒过程中蕴含了许多科学知识，下列描述不合理的是（）A．喷头中的绒毛带上负电荷，是由于绒毛得到了电子 B．以移动的喷头为参照物，被植绒物体是运动的 C．绒毛能在高压静电作用下运动，是由于能量可以创生 D．绒毛从喷头中飞升到被植绒物体表面，是由于力能改变物体的运动状态【解答】解：A、喷头中的绒毛带上负电荷，是由于绒毛得到了电子，故A合理；B、以移动的喷头为参照物，被植绒物体与喷头的位置不断变化是运动的，故B合理；C、能量不能被创生，也不能被消灭，能量是守恒的，总量不变，故C不合理；D、绒毛从喷头中飞升到被植绒物体表面，是由于力能改变物体的运动状态，故D合理。故选：C。（2022•温州模拟）2019年8月23日，由俄罗斯建造的世界首座浮动核电站——“罗蒙诺索夫院士”号浮动核电站开赴北极圈，这座海上浮动式核电站发电量达70百万瓦，足够3.5万户家庭使用。下列有关浮动核电站的说法不正确的是（）A．能量转化时先将核能转化为化学能 B．获得核能的途径是核裂变 C．发电量达70百万瓦指的是发电功率 D．受到的浮力大小等于它的重力【解答】解：A、核电站发电过程：核能先转化为内能；水受热以后温度上升、沸腾会产生大量的水蒸气，水蒸气会推动蒸汽轮机转动，将内能转化为机械能；蒸汽轮机又带动发电机转动，最后发电机将机械能转化为电能，故A错误；B、目前核电站获得核能的途径是核裂变，故B正确；C、这座海上浮动式核电站发电量达70百万瓦指的是发电功率，故C正确；D、“罗蒙诺索夫院士”号浮动核电站漂浮在海上，所以受到的浮力大小等于它的重力，故D正确。故选：A。（2022秋•海曙区期中）物质具有能量，能量有各种形式，并且各种形式的能量可以相互转化。白溪水电站发电时，其能量的形式转化是（）A．电能转化为水能 B．水能转化为电能 C．光能转化为电能 D．风能转化为电能【解答】解：水电站发电时，利用了水的机械能，将其最终转化为电能，因此，只有选项B的说法是正确的。故选：B。（2022秋•北仑区期中）关于能量，下列说法错误的是（）A．我们周围的物质都具有能量 B．不同形式的能量可以相互转化 C．0℃的冰块没有能量 D．声音既能传递信息又能传递能量【解答】解：AC、一切物体都有内能，因此，我们周围的物质都具有能量，0℃的冰块也不例外，除了内能，我们周围的物体也可能具有机械能、光能、化学能等其它形式的能量，故A正确，C错误；B、自然界中能量以不同的形式存在着，不同形式的能量之间可以相互转化，故B正确；D、由声音的利用可知，声音既能传递信息又能传递能量，故D正确。故选：C。（2022秋•镇海区期末）汽车燃烧汽油前进，汽油的能转化为汽车向前运动的能，近几年电动汽车技术不断成熟，电动汽车是通过能转化为汽车运动的能量。【解答】解：汽车燃烧汽油前进，汽油燃烧时，化学能转化为内能，内能对外做功，转化为汽车向前运动的机械能；电动汽车的主要部件是电动机，电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力运动，此过程中电能转化为汽车运动的能量。故答案为：化学；机械；电。（2023•婺城区三模）“自热火锅”给我们的生活带来一定的便利。小龙同学就某种自热火锅的“自热”原理产生了兴趣，查阅到的相关资料如下。​①自热火锅食用方法：下层底盒中倒入适量冷水，打开加热包塑料膜，将加热包放入凉水中，放上上层食材盒，倒入一定食用冷水，盖上盖子，15分钟后，即可开盖食用。（图乙为自热火锅结构示意图）、②加热包内含有铁粉、铝粉、焦炭粉、生石灰等物质，其中的金属粉末与炭粉在热水中发生化学反应，可短时间放出大量的热，后续缓慢放热。③自热火锅工作时，下层加热盒中空气温度随时间变化的图像如下图丙所示。（1）自热火锅在加热食物过程中的能量转化：。（2）为解释自热火锅的工作原理，请结合上述材料，对0a、ab、bc各段的温度变化做出解释。【解答】解：（1）自热火锅的热量来源于化学反应，自热火锅的原理是利用自热包内的物质（其中主要成分有铁粉、铝粉、氧化钙、焦炭粉、活性炭和生石灰等）与水接触发生化学反应，释放的热量使得食材锅内的食物吸收热量后温度升高。因此自热火锅在加热食物过程中的能量转化为：化学能转化成内能。（2）对0a段，冷水进入热包，与氧化钙反应放热；在18s内使下层底盒中的水温升高到60℃；ab段，水温升高后，加热包内的铁粉、铝粉与炭粉发生化学反应，放出大量的热，短时间内使水沸腾，蒸气温度高达200℃，高温蒸气对上层食盒持续加热，使上层食盒中的水沸腾，15分钟后即可煮熟食物；bc段，食物煮熟后，化学反应结束，蒸汽从食盒小孔出去，盒内温度逐渐下降。故答案为：（1）化学能转化成内能；（2）对0a段，冷水进入热包，与氧化钙反应放热；在18s内使下层底盒中的水温升高到60℃；ab段，水温升高后，加热包内的铁粉、铝粉与炭粉发生化学反应，放出大量的热，短时间内使水沸腾，蒸气温度高达200℃，高温蒸气对上层食盒持续加热，使上层食盒中的水沸腾，15分钟后即可煮熟食物；bc段，食物煮熟后，化学反应结束，蒸汽从食盒小孔出去，盒内温度逐渐下降。（2022秋•临海市期末）台州已成为发电大市，有多种发电方式。如图甲所示为三门核电站发电流程图，目前核电站主要利用（选填“核聚变”或“核裂变”）获得核能。如图乙所示为温岭江厦潮汐发电的原理图，从能量转化角度来说，就是利用海水的能，通过水轮发电机转化为电能。【解答】解：目前核电站是利用原子核的裂变释放的能量获得核能的，潮汐发电过程中把海水的机械能转化为电能。故答案为：核裂变；机械。（2023春•义乌市期中）2020年12月17日，嫦娥五号顺利完成月面采样，携带2千克月壤成功返回地球。（1）探测车在采集月球表面月壤样本时，机械臂简化图如图乙所示，OB＝4OA，不计自身重力，当采集2千克月壤时，在A点至少需要施加N的拉力。（月球表面g取1.6牛/千克）（2）月壤中含有丰富的理想能源氦﹣3，有科学家推测氦﹣3原子核能发生如图丙所示的核聚变反应，释放巨大的能量。图丁中能正确表示图丙“M”处的内容是。【解答】解：（1）阻力是月壤对杠杆竖直向下的拉力，F2＝G月