第一篇：分子熱運動 能量守恒

分子熱運動

能量守恒教案

課題

一、物體是由大量分子組成的 教學(xué)目的：

1.知道物體是由大量分子組成的.2.知道用袖膜法測定分子大小的原理.3.知道分子的球形模型，知道分子大小，質(zhì)量的數(shù)量級.4.知道阿伏加德羅常數(shù)，理解它是聯(lián)系微觀世界和宏觀世界的橋梁，記住它的數(shù)值及單位,會用這個常數(shù)進行有關(guān)的計算或估算.教具：課件1分子熱運動，課件2水面上的單分子油膜的示意圖 教學(xué)過程： ●引入新課

前面的課程我們研究的是力學(xué)內(nèi)容，從這節(jié)課開始我們學(xué)習(xí)熱學(xué)，這一章從微觀和宏觀的角度分別講述了分子的運動情況，從初中學(xué)習(xí)過的分子運動，我們知道“物體是由大量分子組成的”，這節(jié)課咱們就來研究這個問題。[板書]

一、物體是由大量分子組成的 ●進行新課

給大家五分鐘時間看書，然后利用十分鐘時間對下列問題進行分組討論.投影顯示:

討論問題:(生生互動)

1.分子動理論的基本內(nèi)容是什么?

2.標(biāo)準(zhǔn)狀況下，氣體的摩爾體積是多少升?

3.分子直徑的測量方法是什么?

4.什么叫數(shù)量級，分子直徑及分子質(zhì)量的數(shù)量級是多少?

5.阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值及單位分別是什么?

6.阿伏加德羅常數(shù)的物理意義是什么?

7.已知某物體質(zhì)量m，摩爾質(zhì)量M，阿伏加德羅常數(shù)NA，求此物體中所含分子數(shù).8.已知某物體摩爾質(zhì)量M，密度p及分子體積V，求阿伏加德羅常數(shù)NA.9.0.5g水中含有多少個水分子?

分組討論完畢，教師提問學(xué)生再對上述問題共同討論和解答（師生互動）.問題1.物體是由大量分子組成的，分子永不停息地做無規(guī)則運動，（演示課件1）分子間存在著相互作用力.物體是由大量分子組成的，所謂分子就是保持原物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小粒子，根據(jù)不同的物質(zhì)組成，它包括分子、原子、離子等粒子.問題2

22.4L，問題3(以油酸為例演示課件2)，測出一滴油酸體積V，將油酸滴到水面上，油酸均勻地在水面上擴散開.并且浮在水面上，我們可以把油酸看作一個一個緊密排列的小球，它在水面上的面積為S，由于油酸在滴入水中前后體積未變，所以V=SD(D為油酸分子的直徑)，則D=V/S.在討論此問題時簡要介紹如何測一滴油酸體積V及面積S的測量方法.對微觀量的估算，首先要建立微觀模型，對于液體和固體，可以把它們看成是分子一個挨一個緊密排列的微觀模型.計算時把物質(zhì)的摩爾體積分成NA個等份，每個等份就是一個分子若把分子看成小立方體.則每個等份就是一個小立方體.若把分子看成小球每一等份就是一個小球.由此可估算出每個分 子的體積和直徑.問題4.例如5×lO5N，中1O5N即為數(shù)量級.問題5.阿伏加德羅常數(shù)為6.02×1023moi-1

問題6.它是聯(lián)系微觀世界和宏觀世界的橋梁.問題7.N=NAm/M

問題8.NA=M/ρV分

問題9.N=nN=1.5×1023(個)

對于分子個數(shù)求法一般用N=nNA(n為摩爾數(shù))，其中n=m/M(m為物體實際質(zhì)量，M為該物質(zhì)摩爾質(zhì)量)或“n=u/V(u為物體實際體積，V為讀物質(zhì)摩爾體積)

●課堂小結(jié)(投影顯示)

這節(jié)課主要掌握每個物體都是由大量分子組成的.分子的直徑的數(shù)量級是l0-10m分子質(zhì)量的數(shù)量級在1O-27kg一1O-26kg之間.會運用阿伏加德羅常數(shù)進行有關(guān)計算.其中分子直徑的測量方法簡要了解即可.' ● 鞏固練習(xí).● 1.根據(jù)下列哪一組數(shù)據(jù)可以算出阿伏加德羅常數(shù)

()

A.水的密度和水的摩爾質(zhì)量

B.水的摩爾質(zhì)量和水分子的體積

C.水分子的體積和水分子質(zhì)量

D.水分子質(zhì)量和水分子靡爾質(zhì)量

2.某種油劑的密度為8×1O2kg/m3，取這種油劑0.8g滴在水面上，最后形成油膜最大面積約為:

A.lO-10mB.lO4m2

C.lO10m2

D.104cm2

3.下面關(guān)于分子數(shù)量的說法正確的是

A.2g氫氣和2g氦氣中都分別有6.02×1023個分子

B.體積相等的固體和液體相比較，固體中的分子數(shù)較多

C.2m0l的任何物質(zhì)中都有12.04×]023個分子

D.體積相等的不同物質(zhì)中所含的分子數(shù)都相同 ●作業(yè)

1.復(fù)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容，預(yù)習(xí)下一節(jié)的內(nèi)容.2.將課本練習(xí)一(1),(2),(4)寫在作業(yè)本上.參考題

1下列關(guān)于分子質(zhì)量的說法正確的是:

A.質(zhì)量數(shù)相同的任何物質(zhì)，分子數(shù)都相同

B.摩爾質(zhì)量相同的物體，分子質(zhì)量一定相同

C.分子質(zhì)量之比一定等于它們的摩爾質(zhì)量比

·

D.密度大的物質(zhì)，分子質(zhì)量一定大

2.已知銅的密度為8.9×103kg/m3，原子量為64，通過估算可知，銅中每個銅原子所占的體積為

A.7×10-6mB.l×lO-29m3

C.l×lO-26m3

D.8×1O-24m3 3.對于液體和固體，如果用M表示摩爾質(zhì)量，m表示分子質(zhì)量，ρ表示物質(zhì)密度，V表 示體積，u表示分子體積，NA表示阿伏加德羅常數(shù)，那么下列關(guān)系式不正確的是:

A.NA=pV/m

B.NA=V/u

C.V二M/ρ

D.V=MNA/ρ 4.已知阿伏加德羅常數(shù)，試計算一下一個氧分子、一個氫分子的質(zhì)量各是多少千克? 5.在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，空氣的摩爾質(zhì)量是M=29×l0-3kg/moi, 則空氣中氣體分子的平均質(zhì)量多大？

成年人做一次深呼吸，約吸入4.5cm3的空氣，則做一次深呼吸吸入空氣的質(zhì)量是多少? 吸入 分子個數(shù)大約是多少? 說明

1.分子的大小和阿伏加德羅常數(shù)能夠定量地測出，而且用不同方法測出的結(jié)果相符合，這不但證明 物理學(xué)的和諧一致，正確地反映了自然，而且也是證實分子存在的重要方面，進一步為分子動理論的學(xué)習(xí)打下堅實基礎(chǔ).2.分子直徑數(shù)量級為10-10m，分子質(zhì)量的數(shù)量級為10-27一10-26kg.分子是極其微小的粒子，如果把分子看作球體，它的直徑數(shù)量級為10-10m，其體積的數(shù)量級就是10-30m3.我們用油膜法可估測分子的直徑，證明了上述分子數(shù)量級的正確，從而證明了一切物體都是由大量分子組成的.課題

二、分子的熱運動 教學(xué)目的

l.了解擴散現(xiàn)象是由于分子的熱運動產(chǎn)生的

2.知道什么是布朗運動，理解布朗運動產(chǎn)生的原因 3知道什么是熱運動 教具

實物投影儀、課件布朗運動（洪恩在線）、分別裝有空氣和二氧化氮氣體的廣口瓶、紅墨水、裝有清水的燒杯 教學(xué)過程

●引入新課

下面我們一起來做兩個實驗，請大家注意觀察實驗現(xiàn)象

實驗1向清水中滴入一滴紅墨水，過一會兒，整杯水都變成紅色.實驗2將一個裝有無色空氣的廣口瓶倒扣在裝有紅棕色二氧化氮氣體的廣口瓶上，抽去中間玻板，過一段時間發(fā)現(xiàn)，上面瓶中氣體變成了淡紅棕色，下面氣體的顏色變淺了，最后上下兩瓶氣體顏色一致.通過這兩個實驗，說明了組成物體的分子是在不停地做著無規(guī)則運動.下面我們通過另外一種實驗現(xiàn)象—布朗運動，來研究分子的無規(guī)則運動.[板書]第二節(jié)

分子的熱運動.●進行新課

1.前面大家已在課下預(yù)習(xí)了這節(jié)課，下面再給大家五分鐘時間看書，然后利用十分鐘時間對下列問題進行分組討論;

投影顯示:

討論問題:

1.分子運動的激烈程度與什么因素有關(guān)?

2.什么叫擴散現(xiàn)象?它說明了什么?

3.布朗運動指的是什么運動?

4.為什么說布朗運動間接反映液體分子永不停息的無規(guī)則運動?

5.布朗運動的激烈程度與哪些因素有關(guān)?

6.討論課本中的”思考與討論“.2分組討論完畢，教師提問學(xué)生再對上述問題共同進行討論和解答.'

問題1.分子運動的激烈程度與溫度有關(guān).（演示課件）

實驗演示:分別向冷水和熱水中滴入一滴紅墨水，可觀察到熱水很快全部變成紅色而冷水變成紅色要稍慢.問題2.(1)不同的物質(zhì)互相接觸時彼此進入對方的現(xiàn)象.例:實驗1.實驗2.(2)擴散現(xiàn)象直接說明了組成物體的分子總是不停地做無規(guī)則運動.[板書]1.擴散:不同的物質(zhì)互相接觸時彼此進入對方的現(xiàn)象.討論此問題時，可進一步提問學(xué)生.擴散現(xiàn)象是否只在氣體與氣體，液體與液體之間才能發(fā)生呢?固體與固體之間能發(fā)生擴散現(xiàn)象嗎?請舉例說明.舉例:1.冬天的墻角，堆一堆煤，過一段時間，墻的內(nèi)部也變黑了.2.在真空，高溫條件下，向半導(dǎo)體材料中摻入一些其它元素來制造各種元件.學(xué)生明確:氣體、液體、固體都能發(fā)生擴散現(xiàn)象

問題3.布朗運動是指懸浮在液體中的固體微粒的無規(guī)則運動，它間接反映了液體分子永不停息的無規(guī)則運動.在解答此問題時，需要強調(diào)指出，布朗運動是固體微粒的運動，而不是固體分子的運動，同時指出也不是液體分子的無規(guī)則運動.這是學(xué)生容易產(chǎn)生錯誤認(rèn)識的地方.錯誤原因在于對布朗運動產(chǎn)生的原因不理解，所以下一個討論問題是本節(jié)課討論的重點和難點.[板書]2.布朗運動是指懸浮在液體中的固體微粒的無規(guī)則運動

問題4:液體是由許許多多的液體分子組成的，分子不停地做無規(guī)則運動，對微粒產(chǎn)生撞擊力，微粒受到各個方向的撞擊作用不平衡，微粒越小，這種不平衡性越明顯在不同時刻，受到的撞擊作用不同，微粒在撞擊力的作用下，做無規(guī)則運動.（演示課件）

[板書]布朗運動間接反映了液體分子的無規(guī)則運動

這一問題學(xué)生討論起來，比較困難，教師需要介紹一些統(tǒng)計規(guī)律的基本知識加以引導(dǎo)

[板書]3.布朗運動的激烈程度與微粒的體積、質(zhì)量及液體的溫度有關(guān).問題4.在討論此問題時，由于前面討論了擴散現(xiàn)象和布朗運動的產(chǎn)生原因，學(xué)生很容易討論出與溫度和體積有關(guān)，往往忽略了質(zhì)量這一因素，需要教師從影響物體運動狀態(tài)的原因來加以引導(dǎo).問題6.在討論此問題時，學(xué)生往往不加思索地答出在排除外界影響的情況下，布朗運動仍然存在，而沒有從分析書中圖象入手，這是背離題意的，應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生通過分析圖象討論問題的方法.通過分析圖象，可得出以下結(jié)論:從顯微鏡中觀測到的三顆微粒在不同位置連線，可分析出每個微粒的運動是不規(guī)則的，可以設(shè)想，如果微粒的運動是由外界引起的，則微粒的運動情況將和外界相同，那么，三顆微粒將隨外界的運動規(guī)律一起運動，可以得出三顆微粒的位置連線情形就一致的相反結(jié)論，可推出布朗運動是由液體內(nèi)部分子的運動而引起的.●課堂小結(jié)(投影顯示)

1.做布朗運動的小顆粒本身不是分子;可它的無規(guī)則運動是液體分子無規(guī)則運動的反映.2.擴散現(xiàn)象，布朗運動的激烈程度與溫度有關(guān)，所以把分子的無規(guī)則運動叫熱運動

●鞏固練習(xí)

1,”布朗運動"是說明分子運動的重要事實，則布朗運動是指:

()

A.液體分子的運動

B.懸浮在液體中的固體分子的運動

C.固體微粒的運動

D.液體分子與固體分子的共同運動

2關(guān)于布朗運動的劇烈程度下面說法，不正確的是:

()

A.固體微粒越小，布朗運動越顯著

B.液體的溫度越高，布朗運動越顯著

C.與固體微粒碰撞的液體分子數(shù)目越多，布朗運動越顯著

D.與固體微粒碰撞的液體分子數(shù)目越少，布朗運動越顯著

3.對分子的熱運動，以下敘述正確的是:

()

A.就是布朗運動

B.是分子的無規(guī)則運動，同種物質(zhì)的分子的熱運動激烈程度相同

C.氣體分子的熱運動不一定比液體分子激烈

D.物體運動的速度越大，其內(nèi)部的分子熱運動越激烈

●作業(yè)

1.復(fù)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容，并預(yù)習(xí)下節(jié)課.a

2.課本練習(xí)二第(1)、(2)、(3)題 參考題

1.關(guān)于布朗運動和擴散現(xiàn)象說法正確的是:

A.布朗運動和擴散現(xiàn)象都在氣體、液體、固體中發(fā)出

B.布朗運動和擴散現(xiàn)象都是分子的運動

C.布朗運動和擴散現(xiàn)象都是溫度越高越明顯

D.布朗運動和擴散現(xiàn)象都是永不停息的

2.以下實驗中，證實分子做無規(guī)則運動的實驗是: A.布朗運動實驗

B.油膜實驗

C.酒精和水混合實驗

D.離子顯微實驗

3..較大的懸浮顆粒不做布朗運動是由于:

A.液體分子不一定與顆粒相撞

B.各個方向的液體分子對顆粒沖力的平均效果相互平衡

C.顆粒的質(zhì)量大，不易改變運動狀態(tài)

D.顆粒分子本身的熱運動緩慢

說明

I.擴散現(xiàn)象證明了分子是運動的，教學(xué)時可補充一些科技資料，說明擴散在生產(chǎn)和生活中的意義.2.布朗運動是本節(jié)教學(xué)的重點，布朗運動產(chǎn)生的原因不在外界而在液體內(nèi)部.懸浮微粒做布朗運動是無規(guī)則的，反映了液體分子運動的無規(guī)則性.在布朗運動的教學(xué)中要重點說明:微粒越小時，來自各方向的液體分子的撞擊作用的不平衡性越明顯，布朗運動越激烈，這是產(chǎn)生布朗運動的原因.3.知道大量分子的無規(guī)則運動與溫度有關(guān)，溫度越高，分子的無規(guī)則運動越激烈.教學(xué)時要注意以實驗事實為基礎(chǔ).(本教案參考人民教育出版社物理教案)

第二篇：單元練習(xí)題11-分子熱運動 能量守恒

《分子熱運動 能量守恒》同步練習(xí)

一、選擇題

1、（3分）

兩個分子甲、乙相距較遠(yuǎn)(此時它們之間的分子力可忽略)，設(shè)甲固定不動，乙逐漸向甲靠近直到不能再靠近的整個過程中

(A)分子力總是對乙做正功；

(B)乙總是克服分子力做功；

(C)先是乙克服分子力做功，然后分子力對乙做正功；

(D)先是分子力對乙做正功，然后乙克服分子力做功。

()

2、（3分）

在顯微鏡下觀察放在水中的花粉,發(fā)現(xiàn)了布朗運動,這是指（）.(A)花粉的無規(guī)則運動(B)花粉分子的無規(guī)則運動(C)水分子的無規(guī)則運動

(D)布朗運動說明了水分子的無規(guī)則運動

3、（3分）

當(dāng)兩個分子之間的距離為r0時,正好處平衡狀態(tài).下面關(guān)于分子間相互作用的引力和斥力的說法中,正確的是（）.(A)兩個分子間的距離小于r0時,它們之間只有斥力作用(B)兩個分子間的距離小于r0時,它們之間只有引力作用

(C)兩個分子間的距離小于r0時,它們之間既有斥力又有引力作用(D)兩個分子間的距離大于r0時,它們之間一定沒有斥力作用

4、（3分）

設(shè)r=r0，分子間作用力為零，則當(dāng)一個分子從遠(yuǎn)處以某一動能向另一個分子趨近的過程中

（）(A)r＞r0 時，分子勢能不斷減小，動能不斷增大(B)r=r0時，分子勢能為零，動能最大(C)r＜r0 時，分子勢能增大，動能減小

(D)r具有最小值時，分子動能為零，分子勢能最大

5、（3分）

一滴水的體積大約是6.0×10－6cm3，這滴水里含有的分子個數(shù)約是（）(A)4×1018個

(B)4×1017個(C)2×1017個

(D)2×1013個

6、（3分）

圖中容器A、B各有一個可自由移動的輕活塞，活塞下面是水，上面是大氣，大氣壓恒定。A、B的底部由帶有閥門K的管道相連，整個裝置與外界絕熱。原先，A中水面比B中的高，打開閥門，使A中的水逐漸向B中流，最后達到平衡。這個過程中（）

(A)大氣壓力對水做功，水的內(nèi)能增加(B)水克服大氣壓力做功，水的內(nèi)能減少(C)大氣壓力對水不做功，水的內(nèi)能不變(D)大氣壓力對水不做功，水的內(nèi)能增加

7、（3分）

從壩頂上流下的水，沖動水輪機，水輪機又帶動發(fā)電機發(fā)出電來，這中間的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系最完整的敘述是（）

（A）由水的機械能轉(zhuǎn)化為發(fā)電機的機械能

（B）由水的勢能轉(zhuǎn)化為水的動能，再轉(zhuǎn)化為電能

（C）由水的勢能轉(zhuǎn)化為水的動能，再轉(zhuǎn)化為水輪機的動能，最后轉(zhuǎn)化為電能（D）由水流的動能轉(zhuǎn)化為水輪機的動能，再轉(zhuǎn)化為發(fā)電機的動能，最后轉(zhuǎn)化為電能

8、（3分）

兩個分子甲和乙相距較遠(yuǎn)(此時它們之間的分子力可以忽略).設(shè)甲固定不動，乙逐漸向甲靠攏直到不能再靠近為止的過程中，下面說法中正確的是(A)分子勢能總是增大；(B)分子勢能總是減??；

(C)分子勢能先增大，后減小；(D)分子勢能先減小，后增大.9、（3分）

將汽水倒入玻璃杯中，若汽水和玻璃杯之間沒有熱傳遞，這是因為(A)汽水和玻璃都是熱的不良導(dǎo)體；(B)汽水和玻璃的比熱容比較接近；(C)它們具有相同的溫度；(D)它們具有相同的熱量.10、（3分）

以下關(guān)于物體內(nèi)能的敘述中正確的是

(A)真空中高速飛行的一顆鉛彈的內(nèi)能比它靜止時的內(nèi)能大；

(B)在空氣中飛行的一顆鉛彈，由于空氣的摩擦作用溫度可升高到沿的熔點，其內(nèi)能比它靜止時的內(nèi)能大；

(C)在-273℃時，一切物體的內(nèi)能都等于零；

(D)水電站水庫中每一立方米水的內(nèi)能，比它通過水輪機做功要大.11、（3分）

物體的溫度高，說明了

(A)儲存的熱量多；(B)可以放出的熱量多；(C)該物質(zhì)的比熱容大；(D)以上說法都不正確.12、（3分）

比較100℃時，18g的水、18g的水蒸汽和32g氧氣可知(A)分子數(shù)相同，分子的平均動能相同；(B)分子數(shù)相同，分子的熱力學(xué)能也相同；(C)分子數(shù)相同，分子的平均動能不相同；(D)分子數(shù)不相同，分子的平均動能相同

13、（3分）

固體很難被壓縮，主要原因是(A)分子間只存在引力；(B)分子間只存在斥力；

(C)分子間存在的引力大于斥力；(D)分子間存在的斥力大于引力.14、（3分）

觀察布朗運動的實驗結(jié)果，下列說法中正確的是(A)圖中記錄是分子無規(guī)則運動情況；(B)圖中記錄的是微粒作布朗運動的軌跡；

(C)實驗中可以看到，微粒越大，布朗運動越明顯；(D)實驗中可以看到，溫度越高，布朗運動越激烈.15、（3分）

用顯微鏡觀察放在水中的花粉，追蹤三個花粉，每隔30 s記下它們的位置，用折線分別依次連接這些點，如圖所示圖形，下述說法中正確的是（）

(A)這是花粉無規(guī)則運動的徑跡(B)它說明花粉分子的無規(guī)則運動(C)它說明水分子的無規(guī)則運動

(D)花粉顆粒越小，這種運動越顯著

二、填空題

1、（3分）

雨滴從5米高的屋檐自由落下，落在地上，假定損失的機械能都轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，其中一半被雨滴吸收，則雨滴的溫度升高了___________℃。

2、（3分）

一熱水瓶水的質(zhì)量約為2.2千克，它所包含的水分子數(shù)目約為_________。(取二位有效數(shù)字，阿伏伽德羅常數(shù)取6.0×1023摩?1)

3、（3分）

一個房間的地面面積是15米2，高3米，試估算該房間內(nèi)空氣的質(zhì)量，已知空氣的平均摩爾質(zhì)量是2.9×10?2千克/摩爾，答__________千克。

4、（3分）

某種物質(zhì)的摩爾質(zhì)量是?kg/mol,密度是?kg/m3,若用NA表示阿伏加德羅常數(shù),則每個分子的質(zhì)量是

kg,每立方米中這種物質(zhì)包含的分子數(shù)目是

.5、（3分）

某種物質(zhì)的摩爾質(zhì)量是Mkgmol-1，密度是ρkgm-3，如果用N表示阿伏伽德羅常數(shù)，則每個分子的質(zhì)量是____kg，每個分子所占據(jù)的空間是____m3，每立方米的這種物質(zhì)含有的分子數(shù)是________個。

6、（3分）

一間教室的地面面積是15米

2、高3米，試估算這個教室內(nèi)空氣的質(zhì)量m=____千克。（已知空氣的摩爾質(zhì)量是2.9×10－2千克/摩爾）

7、（3分）

體積是2×10－3cm3的一滴油,滴在湖面上,最終擴展成面積為6m2的油膜,由此可以估算出該種油分子直徑大小是

m.(要求一位有效數(shù)字)

8、（3分）

某系統(tǒng)在初狀態(tài)具有內(nèi)能J焦耳，在外界對它做了J/2焦耳的功后，它放出J/5焦耳的熱能，系統(tǒng)在這一過程中內(nèi)能的增量是_______焦耳。

9、（3分）

從分子運動論的觀點看，是物體分子平均動能的標(biāo)志,物體里所有的分子的動能和勢能的總和叫物體的.10、（3分）

氯化銫的摩爾質(zhì)量為168克/摩，其分子結(jié)構(gòu)如圖所示，氯原子（白點）位于立方體中心，銫原子（黑點）位于立方體八個頂角上，這樣的立方體緊密排列成氯化銫晶體。已知兩個氯原子的最近距離為4×10－10米，則氯化我銫的密度為____千克/米3。

三、計算題

1、（5分）

一水平放置在光滑水平面上的氣缸，用活塞封有部分理想氣體，氣缸和活塞的質(zhì)量為m(如圖)?，F(xiàn)給活塞施一個向左沖量，大小為I，使其向左運動，則在以后的運動中被封閉氣體內(nèi)能改變的最大值是多少？

2、（5分）

用水平方向大小為80N的力沿水平地面推動一只原來靜止的木箱前進了10m，阻礙運動的摩擦力是60N，則木箱的動能是多少?在此過程中有多少機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能?

3、（5分）

在一塊2×6cm2的銅板上攻螺絲孔，螺線上的螺距為0.75mm，已知螺絲攻在銅板上轉(zhuǎn)動所用的力矩為4.9N·m，銅的比熱容為0.4×103J/(kg·K)，銅的密度為338.9×10kg/m，設(shè)攻絲時發(fā)出的熱量全部被銅板吸收，則每轉(zhuǎn)動一圈銅板的溫度將升高多少度?

4、（5分）

質(zhì)量是0.1kg的鉛彈，以200ms-1的速度射入質(zhì)量是1.9kg可以自由移動的靶中而未穿出，若損失的動能全部變?yōu)闊?，其中一半被鉛彈吸收，求鉛彈溫度升高幾度？（鉛的比熱容量C=134J·kg-1K-1）

5、（5分）

有一壺水，水溫是10℃，把它放到火力恒定的爐子上加熱，當(dāng)氣壓為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時，經(jīng)20min即沸騰，若繼續(xù)放在火上，估計再經(jīng)過多少分鐘后，這壺水將被燒干(結(jié)果取兩位有效數(shù)字).

第三篇：高二物理教案分子熱運動 能量守恒-熱力學(xué)第二定律

熱力學(xué)第二定律

課時：1 課時

教學(xué)要求：

1、以熱傳導(dǎo)和機械能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化為例，讓學(xué)生知道宏觀熱學(xué)過程是有方向性的；

2、讓學(xué)生知道第二類永動機是不可能制成的；

3、讓學(xué)生初步了解熱力學(xué)第二定律的兩種內(nèi)容 表述，并能用之去解釋一些簡單的現(xiàn)象；

教學(xué)過程：

一、引入新課：

有趣的問題：地球上有大量海水，它的總質(zhì)量約為1.4×1018 t，只要這些海水的溫度0.1℃，就能放出5.8×1023 J的熱量，這相當(dāng)于1800萬個核電站一年的發(fā)電量。為什么人們不去研究這種“新能源”呢？原來，這樣做是不可能的。這涉及物理學(xué)的一個基本定律。

二、新課講授：

（一）熱傳導(dǎo)的方向性：

大家都有這樣的經(jīng)驗：兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，使高溫物體的溫度降低，低溫物體的溫度升高。從未有過這樣的現(xiàn)象：熱量會自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體，使低溫物體的溫度越來越低，高溫物體的溫度越來越高。（這里所說的“自發(fā)地”，指的是沒有任何外界的影響或者幫助）也許會產(chǎn)生一個疑問：電冰箱內(nèi)部的溫度比外部低，為什么致冷系統(tǒng)還能不斷地把箱內(nèi)的熱量傳給外界的空氣？這是因為電冰箱消耗了電能，對致冷系統(tǒng)做了功。一旦切斷電源，電冰箱就不能把箱內(nèi)的熱量傳給外界的空氣了。相反，外界的熱量會自發(fā)地傳給電冰箱，使箱內(nèi)的溫度逐漸升高。

在這里，我們看到，熱傳導(dǎo)的過程是有方向性的，這個過程可以向一個方向自發(fā)地進行，但是向相反方向卻不能自發(fā)地進行。要實現(xiàn)相反方向的過程，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其化影響或引起其化變化。

（二）第二類永動機：

一個在水平地面上運動的物體，由于克服磨擦力做功，最后要停下來。在這個過程中，物體的動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使物體和地面的溫度升高。但是，人們決不會看到這樣的現(xiàn)象：一個放在水平地面上的物體，溫度降低，可以把內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為動能，使這個物體運動起來！

有人可能提出一種設(shè)想：發(fā)明一種熱機，它可以把物體和地面磨擦所生的熱量都吸收過來，對物體做功，將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為動能，使物體在地面上重新運動起來，而不引起其他變化。這是一個非常誘人的設(shè)想。這個設(shè)想并不違反能量守恒定律，若真能制成這種熱機，本節(jié)開始時提到的，單從海水中吸取熱量來做功，就成為可能了，“能源問題”也就解決了。

熱機是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置。以內(nèi)燃機為例：氣缸中的氣體得到燃料燃燒時產(chǎn)生的熱量Q1，推動活塞做功W，然后排出廢氣，同時把熱量Q2。

我們把熱機做的功W和它從熱源吸收的熱量Q1的比值叫做熱機的效率，用表示，則有：

= W / Q1實際上，熱機不能把它得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。以汽車內(nèi)燃機為例：只有當(dāng)氣缸中工作物質(zhì)的溫度比大氣溫度高時內(nèi)燃機才能工作，所以Q2這部分熱量是不可避免的。熱機工作時，總要向冷凝器散熱，總要由工作物質(zhì)帶走一部分熱量Q2，所以總有Q1＞W(wǎng)。因此，熱機的效率不可能達到100%，汽車上的汽油機，效率只有20%∽30%，燃?xì)廨啓C的效率比較高，也只能達到60%。即使是理想熱機，沒有磨擦，也沒有漏氣等能量損失，它也不可能把吸收的能量百分之百地轉(zhuǎn)化成機械能，總要有一部分熱量散發(fā)到冷凝器中。

第四篇：高二物理教案分子熱運動 能量守恒-能源與環(huán)境

§11~7 能源＆環(huán)境

【教學(xué)目的】

1、了解什么是能源，什么是常規(guī)能源，知道常規(guī)能源的儲量和人類需求的矛盾

2、了解常規(guī)能源的使用和環(huán)境污染方面的關(guān)系

3、了解哪些是清潔能源，哪些是可再生能源 【教學(xué)重點】

1、能源、常規(guī)能源、可再生能源的教學(xué)

2、能源和環(huán)境之間的關(guān)系 【教學(xué)難點】

能源和環(huán)境之間的關(guān)系 【教具】

投影儀 【教學(xué)過程】

○、引入

熱力學(xué)第二定律告訴我們，很多與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程都是不可逆的。涉及內(nèi)能的能量轉(zhuǎn)化過程具有方向性，這在上一節(jié)已經(jīng)提到過了。在本節(jié)，我們討論這種方向性的現(xiàn)實意義。

一、能源

一段木料燃燒后化為灰燼，能夠釋放給我們所需要的能量。然而，灰燼卻不能立即被合成而成為一段木料。但是，我們至少可以將灰燼作為肥料施在一顆小樹苗上，促成它長成一段未來的木料，以供人類（可能是種樹、施肥者的子孫，也可能是別人的子孫）再次燃燒。

在這一人與資源的交互行為中，我們會發(fā)現(xiàn)，首先，能量轉(zhuǎn)化的方向性并沒有被破壞，也就是說，熱力學(xué)第二定律仍被得到尊重。其次，這將形成了一個循環(huán)，因為只要時間足夠，讓樹苗成長成為木料的數(shù)目大于我們?nèi)紵玖系臄?shù)目，它就不會破壞需求與資源的動態(tài)平衡關(guān)系。其三，在這個循環(huán)中，必須要有第三者參與——如果沒有太陽的光合作用，循環(huán)就終止了——所以人與資源（樹木）之間并不是“今天你給我，明天我還給你”的關(guān)系（我們與其說在燃燒樹木，還不如說是在利用儲存的太陽能）。其四，這種循環(huán)還有一種隱憂，那就是：灰燼“成為”樹木的速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于樹木變成灰燼的速度，表面的平衡是以內(nèi)部數(shù)量上的不平衡為代價的。

以上的四點中，第三點事實上已經(jīng)決定了循環(huán)“返回”過程的速度（不能由人類操控），第二點和第四點則意味著人類的行為、世界觀對“平衡”能否被破壞有著直接的關(guān)系。

在工業(yè)化時代到來之前，人們過著田園牧歌式的生活，沒有電器、沒有汽車、沒有空調(diào)，人類使用大自然的資源只是為了滿足最基本的生活需求，因此，這種“平衡”沒有被破壞。

隨著工業(yè)化時代的到來，這種狀況立即顯現(xiàn)出危機，循環(huán)就要被終止了。于是，人們想到了地底下的資源：煤和石油。他們提供的能量很有用，燃燒的速度和效能和木材相差無幾。但是，形成煤和石油的速度比長成樹木的速度，就不能同日而語了！可以這樣說，人們自從使用煤的第一天起，就沒有想到一個可能形成循環(huán)的問題，更不用說什么平衡了。所以，煤和石油事實上是一種坐吃山空的資源：我們今天用得越多，我們的子孫將來可以使用的就越少。

在不久的將來，人們用完了所有的煤和石油，會怎么辦？這是一個令社會學(xué)家睡不安枕的問題。然而，經(jīng)濟學(xué)家們卻不這樣看。經(jīng)濟學(xué)教授給學(xué)生們講課，出了這樣一個題目：地底下現(xiàn)有石

油儲量X噸，近五年的開采量是Y噸/年，請預(yù)測石油將在多少年后被開采完？有的學(xué)生開始用計算器摁鍵：X/Y = ? ?這樣的學(xué)生被認(rèn)為是經(jīng)濟學(xué)的盲者。教授的觀點是：永遠(yuǎn)也開采不完。因為，隨著石油儲量的減少，開采的成本會加大，成本大于銷售價格時，市場規(guī)律決定了人們在也不會去開采石油了。此時石油存在事實已經(jīng)失去了利用價值，任它在地底下沉睡多少年也和我們沒有關(guān)系了。

那么人們會使用什么能源呢？巨大的市場潛力和利潤空間將驅(qū)使人們?nèi)パ芯恳环N石油的替代品。因此，能源的危機也就解決了。

是社會學(xué)家們悲天憫人，還是經(jīng)濟學(xué)家們盲目樂觀？這需要我們冷靜地去判斷。至少，以下的一些事實可以顯示，這兩派觀點都有一定的道理——

世界上石油儲量最大的中東地區(qū)一直是發(fā)達國家關(guān)注的焦點，外交、軍事莫不圍繞著這片從地表上看毫無魅力的區(qū)域打轉(zhuǎn)。世界警察（美國）和他的隨從們最愿意去管中東的事情：兩次海灣戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭等等?說明能量消耗巨大的富國們對石油的心痛程度。

令以一方面，“替代品”——新能源的研發(fā)、形式層出不窮。

1、水能：水作為能量的載體，被太陽能驅(qū)動地球上三棲（水、陸、空）循環(huán)。地表水的流動時，在落差大、流量大的地區(qū)，形成可利用的水能資源。目前世界上水力發(fā)電還處于起步階段。

2、海洋能：由于地球受月球和太陽引力的周期性不均衡，海水發(fā)生非氣候性的漲潮和落潮現(xiàn)象，形成潮汐。潮汐蘊含著巨大能量，既可以用來推動機械裝置，又可以用來發(fā)電。

此外，由于海水表層和深層間的存在很大的溫差，利用這種溫差也可以發(fā)電（*因為水的沸點與氣壓有關(guān)，如果建造一個裝置，用抽真空的方法使表層的海水在20攝氏度時汽化，并推動汽輪機，再將深層的冷水提上來使蒸汽冷卻，如此周而復(fù)始，就可以發(fā)電了。除這種方法外，還可以用低沸點的流體如丙烷和氨來作為熱機的工作介質(zhì)）。法國已經(jīng)建成了世界上第一座溫差發(fā)電站，發(fā)電容量為14,000kW。

3、風(fēng)能：利用風(fēng)的機械能發(fā)電，風(fēng)能是一種重要的自然能源。據(jù)有關(guān)專家估算，在全球邊界層內(nèi)的總能量為1.3×1015瓦，一年中約為1.4×1016千瓦時電力的能量，相當(dāng)于目前全世界 每年所燃燒能量的3000倍。其中1/10為可取用的極限量。

風(fēng)能的優(yōu)點是：總能量巨大，利用簡單、無污染、可再生。缺點是：能量密度低（當(dāng)流速同為3米/秒時，風(fēng)力的能量密度僅為水力的1/1000）、不穩(wěn)定性大，連續(xù)性、可靠性差，時空分布不均勻。

4、生物質(zhì)能：利用厭氧微生物在密閉條件下分解（廢棄）有機物，產(chǎn)生沼氣，沼氣具有很高的熱值，燃燒后生成二氧化碳和水，不污染空氣，不危害農(nóng)作物和人畜健康。生成沼氣的原料本身就是各種廢棄物，生產(chǎn)過程可以減少（有機物）垃圾的數(shù)量。

在農(nóng)村到處可以看到許多生物質(zhì)的廢棄物，如人畜糞便、秸稈、雜草和不能食用的果蔬，等等。將這些廢棄物收集起來，經(jīng)過細(xì)菌發(fā)酵可以產(chǎn)生沼氣，用沼氣做燃料和照明，也可以發(fā)電。

5、太陽能：太陽能是一種可廣泛利用的清潔能源。我們目前的利用方式主要是兩種—— 一是將陽光聚焦，將光能轉(zhuǎn)化為熱能（傳說阿基米德就曾經(jīng)利用聚光鏡反射陽光，燒毀了來犯的敵艦）。在日照充分的地方，人們在生產(chǎn)和生活中已大量使用太陽灶、干燥器和太陽能熱水器（太陽能熱水器的構(gòu)造要簡單的多。因為不需要它產(chǎn)生太高的溫度。在大多數(shù)情況下，可以將太陽能熱水器的集熱器制成箱式、蛇型管式、直管式、平板式或枕式，通過管道與水源和儲水箱相連。太陽能熱水器在我國北方比較常見）。

二是將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，再用化學(xué)能發(fā)電。比較常見的光電池是硅電池（它能將13%-20%的日光能轉(zhuǎn)化為電能）。許多電子計算器和其他小型電子儀器現(xiàn)在已經(jīng)采用太陽能電池供電，人造衛(wèi)星和宇宙飛船更是主要依靠太陽能電池來提供電力。

但是陽光在達到地面以前要經(jīng)過大氣的反射、散射和吸收，能量損失較大，加上陰天、晝夜變化和雨雪等降水過程的影響，目前地面上利用日光發(fā)電受到一定限制。

無論是生物質(zhì)能、風(fēng)能，還是水力、溫差和潮汐能，歸根結(jié)底都是太陽能的轉(zhuǎn)化形式。即使礦物燃料，也是通過生物的化石形式保存下來的億萬年以前的太陽能。

6、地?zé)崮埽河玫責(zé)岵膳?、將地?zé)嵊糜谵r(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)等，在全世界范圍內(nèi)受到關(guān)注。（從直接利用地?zé)岬囊?guī)模來說，最常用的是地?zé)崴茉?，占總利用量?/3以上，其次是地?zé)崴B(yǎng)殖和種植約占20%，地?zé)岵膳s占13%，地?zé)崮芄I(yè)利用約占2%）。

利用地?zé)崮?，占地很少，無廢渣、粉塵污染，用后的棄（尾）水既可綜合利用，又可回注到地下儲層，達到增加壓力、保護儲層、保護地?zé)豳Y源的雙重目的。*據(jù)美國地?zé)豳Y源委員會（GRC）1990年的調(diào)查，世界上18個國家有地?zé)岚l(fā)電，總裝機容量5827.55兆瓦，裝機容量在100兆瓦以上的國家有美國、菲律賓、墨西哥、意大利、新西蘭、日本和印尼。我國的地?zé)豳Y

源也很豐富，但開發(fā)利用程度很低。主要分布在云南、西藏、河北等省區(qū)。除以上利用外，從熱水中還可提取鹽類、有益化學(xué)組分和硫磺等。

7、核能：鈾在自然界中有三種放射性同位素：U235、U238、U234，在衰變過程中放出熱量。在軍事上鈾主要用來制造核武器和核動力燃料。鈾的和平用途十分廣泛，其中最主要的是用作核電反應(yīng)堆的燃料。

由于核電具有發(fā)電成本低、對環(huán)境污染小和安全等優(yōu)點，世界各國，尤其是工業(yè)發(fā)達的國家和地區(qū)都大力發(fā)展核電，估計到2000年核電將達到世界總發(fā)電量的25%左右。我國已建成秦山、大亞灣核電站，目前還有多處正在籌建。

鈾裂變時產(chǎn)生的同位素及其射線，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中有廣泛的用途。例如，在工業(yè)上利用射線實現(xiàn)生產(chǎn)自動控制，無損傷檢查等；在農(nóng)業(yè)上利用射線培育良種，防止病蟲害等；在醫(yī)學(xué)上用于滅菌消毒，臨床診斷及治療；在地質(zhì)勘探工作中用來找礦等等。

從種種跡象看來，能源危機的解決也許并不是難事。但這是不是就意味著人類可以高枕無憂呢？答案是否定的——

二、環(huán)境

可以說，自打人類尋找到木材的替代品——煤和石油開始，就已經(jīng)意識到了“替代”絕不就是“等同”。我們前面說過，木料的灰燼能夠作為肥料施在小樹下，這樣就促進了循環(huán)的完整與良性發(fā)展，而煤渣并不能做到這一點。也許學(xué)過化學(xué)的我們會說，煤和石油的衍生物也可以制成肥料，但是，請大家不要忘了，木料的灰燼可以被大自然“照單全收”地降解、燃燒的二氧化碳也是植物（新樹苗）呼吸作用的必須，可煤燃燒的廢渣、石油的衍生物（塑料等）卻不能或很難被降解，他們?nèi)紵膹U氣（二氧化硫等）是天怨人怒的有害物質(zhì)（石油燃燒的廢氣還是城市人們致癌的罪魁禍?zhǔn)祝Ｋ哉f，垃圾問題、大氣問題，共同構(gòu)成了——環(huán)境問題。

在新的能源中，環(huán)境問題是不是徹底解決了呢？從前面介紹的1~6種能源中，人們確實充分考慮了這個問題，理論上是不會有環(huán)境問題的。但是，不知大家注意到了沒有，它們都會受自然條件和資源條件的制約（沒有風(fēng)，風(fēng)車能轉(zhuǎn)嗎？太陽能需要面積，你能把熱效應(yīng)管架在別人的房子上去嗎？潮汐能需要海岸線的長度，你去侵略別人的海域嗎？）。隨著人們需求的增長，可以說，這前6能源的供應(yīng)量必然不能滿足要求，所以第7種能源成為人們關(guān)注的焦點：核能（因為它有一個突出的優(yōu)點，那就是能量巨大）。在發(fā)達國家，核能的使用量日益增多?但是，核能的直接或潛藏的環(huán)境問題比煤合石油的要嚴(yán)重得多?

人類要在以上問題中尋求一種協(xié)調(diào)與和諧，在調(diào)整需求意識、珍惜資源、科研開發(fā)等多個方面都有工作要做。無論今后大家會致力于哪一方面的工作，今天的意識形成都會大有必要。

三、小結(jié)

本節(jié)我們介紹了能源于環(huán)境的問題，通過介紹，希望大家能夠了解：

1、能量和能源是兩回事；

2、非再生能源和可再生能源是兩回事；

3、人類不能打破與環(huán)境的和諧，破壞環(huán)境等于摧毀自己的生存家園。

四、作業(yè)布置

閱讀教材；

《優(yōu)化設(shè)計》P68“同步練習(xí)”部分，做在書上?！景鍟O(shè)計】

注意“教學(xué)過程”的灰色部分，即是板書計劃?！窘毯蟾小?/p>

純講座式的課很難控制速度，第一堂只“說”了23分鐘，第二堂加了一點板書，把網(wǎng)頁內(nèi)容機械的復(fù)述了一下，差不多35分鐘。是太激動了嗎？語言的潤色和激情的控制看來要動腦筋。

幾種“新能源”的準(zhǔn)備不夠充分，沒有化為自己的語言，說來就很別扭。剛才化時間改了一下。調(diào)動學(xué)生的效果好象不是太好，有一種吃虧不討好的感覺。距自己的期望值有不小的距離。

第五篇：高二物理教案分子熱運動_能量守恒-能源與環(huán)境

能源與環(huán)境

玉屏名族中學(xué) 安力

(一)教學(xué)目標(biāo) 1.知識與技能

（1）了解什么是常規(guī)能源，什么是新型能源（2）了解能源與人類生存環(huán)境的關(guān)系，使學(xué)生認(rèn)識能源的合理利用與環(huán)境保護對可持續(xù)發(fā)展的重要意義

2.過程與方法

（1）通過指導(dǎo)學(xué)生分析事例，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和理論聯(lián)系實際的能力（2）通過指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力

(3)未來的能源應(yīng)該是安全、環(huán)保、高效的能源．對能源標(biāo)準(zhǔn)的討論，將有助于學(xué)生樹立有關(guān)能源的正確觀點 3.情感、態(tài)度與價值觀

（1）了解大量的能源消耗帶來的全球性環(huán)境問題（2）提高學(xué)生的節(jié)能、環(huán)保意識

（二）教學(xué)重難點

重點：

1、能源、常規(guī)能源、可再生能源的教學(xué)

2、能源和環(huán)境之間的關(guān)系

難點：能源和環(huán)境之間的關(guān)系

（三）教學(xué)過程

引入

熱力學(xué)第二定律告訴我們，很多與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程都是不可逆的。涉及內(nèi)能的能量轉(zhuǎn)化過程具有方向性，這在上一節(jié)已經(jīng)提到過了。在本節(jié)，我們討論這種方向性的現(xiàn)實意義。

一、能源

一段木料燃燒后化為灰燼，能夠釋放給我們所需要的能量。然而，灰燼卻不能立即被合成而成為一段木料。但是，我們至少可以將灰燼作為肥料施在一顆小樹苗上，促成它長成一段未來的木料，以供人類（可能是種樹、施肥者的子孫，也可能是別人的子孫）再次燃燒。

在這一人與資源的交互行為中，我們會發(fā)現(xiàn)，首先，能量轉(zhuǎn)化的方向性并沒有被破壞，也就是說，熱力學(xué)第二定律仍被得到尊重。其次，這將形成了一個循環(huán)，因為只要時間足夠，讓樹苗成長成為木料的數(shù)目大于我們?nèi)紵玖系臄?shù)目，它就不會破壞需求與資源的動態(tài)平衡關(guān)系。其三，在這個循環(huán)中，必須要有第三者參與——如果沒有太陽的光合作用，循環(huán)就終止了——所以人與資源（樹木）之間并不是“今天你給我，明天我還給你”的關(guān)系（我們與其說在燃燒樹木，還不如說是在利用儲存的太陽能）。其四，這種循環(huán)還有一種隱憂，那就是：灰燼“成為”樹木的速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于樹木變成灰燼的速度，表面的平衡是以內(nèi)部數(shù)量上的不平衡為代價的。

以上的四點中，第三點事實上已經(jīng)決定了循環(huán)“返回”過程的速度（不能由人類

操控），第二點和第四點則意味著人類的行為、世界觀對“平衡”能否被破壞有著直接的關(guān)系。

在工業(yè)化時代到來之前，人們過著田園牧歌式的生活，沒有電器、沒有汽車、沒有空調(diào)，人類使用大自然的資源只是為了滿足最基本的生活需求，因此，這種“平衡”沒有被破壞。

隨著工業(yè)化時代的到來，這種狀況立即顯現(xiàn)出危機，循環(huán)就要被終止了。于是，人們想到了地底下的資源：煤和石油。他們提供的能量很有用，燃燒的速度和效能和木材相差無幾。但是，形成煤和石油的速度比長成樹木的速度，就不能同日而語了！可以這樣說，人們自從使用煤的第一天起，就沒有想到一個可能形成循環(huán)的問題，更不用說什么平衡了。所以，煤和石油事實上是一種坐吃山空的資源：我們今天用得越多，我們的子孫將來可以使用的就越少。

在不久的將來，人們用完了所有的煤和石油，會怎么辦？這是一個令社會學(xué)家睡不安枕的問題。

然而，經(jīng)濟學(xué)家們卻不這樣看。經(jīng)濟學(xué)教授給學(xué)生們講課，出了這樣一個題目：地底下現(xiàn)有石油儲量X噸，近五年的開采量是Y噸/年，請預(yù)測石油將在多少年后被開采完？有的學(xué)生開始用計算器摁鍵：X/Y = ? ?這樣的學(xué)生被認(rèn)為是經(jīng)濟學(xué)的盲者。教授的觀點是：永遠(yuǎn)也開采不完。因為，隨著石油儲量的減少，開采的成本會加大，成本大于銷售價格時，市場規(guī)律決定了人們在也不會去開采石油了。此時石油存在事實已經(jīng)失去了利用價值，任它在地底下沉睡多少年也和我們沒有關(guān)系了。

那么人們會使用什么能源呢？巨大的市場潛力和利潤空間將驅(qū)使人們?nèi)パ芯恳环N石油的替代品。因此，能源的危機也就解決了。

是社會學(xué)家們悲天憫人，還是經(jīng)濟學(xué)家們盲目樂觀？這需要我們冷靜地去判斷。至少，以下的一些事實可以顯示，這兩派觀點都有一定的道理——

世界上石油儲量最大的中東地區(qū)一直是發(fā)達國家關(guān)注的焦點，外交、軍事莫不圍繞著這片從地表上看毫無魅力的區(qū)域打轉(zhuǎn)。世界警察（美國）和他的隨從們最愿意去管中東的事情：兩次海灣戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭等等?說明能量消耗巨大的富國們對石油的心痛程度。

令以一方面，“替代品”——新能源的研發(fā)、形式層出不窮。

1、水能：水作為能量的載體，被太陽能驅(qū)動地球上三棲（水、陸、空）循環(huán)。地表水的流動時，在落差大、流量大的地區(qū)，形成可利用的水能資源。目前世界上水力發(fā)電還處于起步階段。

2、海洋能：由于地球受月球和太陽引力的周期性不均衡，海水發(fā)生非氣候性的漲潮和落潮現(xiàn)象，形成潮汐。潮汐蘊含著巨大能量，既可以用來推動機械裝置，又可以用來發(fā)電。

此外，由于海水表層和深層間的存在很大的溫差，利用這種溫差也可以發(fā)電（*因為水的沸點與氣壓有關(guān)，如果建造一個裝置，用抽真空的方法使表層的海水在20攝氏度時汽化，并推動汽輪機，再將深層的冷水提上來使蒸汽冷卻，如此周而復(fù)始，就可以發(fā)電了。除這種方法外，還可以用低沸點的流體如丙烷和氨來作為熱機的工作介質(zhì)）。法國已經(jīng)建成了世界上第一座溫差發(fā)電站，發(fā)電容量為14,000kW。

3、風(fēng)能：利用風(fēng)的機械能發(fā)電，風(fēng)能是一種重要的自然能源。據(jù)有關(guān)專家估算，在全球邊界層內(nèi)的總能量為1.3×1015瓦，一年中約為1.4×1016千瓦時電力的能量，相當(dāng)于目前全世界 每年所燃燒能量的3000倍。其中1/10為可取用的極限量。

風(fēng)能的優(yōu)點是：總能量巨大，利用簡單、無污染、可再生。缺點是：能量密度低（當(dāng)流速同為3米/秒時，風(fēng)力的能量密度僅為水力的1/1000）、不穩(wěn)定性大，連續(xù)性、可靠性差，時空分布不均勻。

4、生物質(zhì)能：利用厭氧微生物在密閉條件下分解（廢棄）有機物，產(chǎn)生沼氣，沼氣具有很高的熱值，燃燒后生成二氧化碳和水，不污染空氣，不危害農(nóng)作物和人畜健康。生成沼氣的原料本身就是各種廢棄物，生產(chǎn)過程可以減少（有機物）垃圾的數(shù)量。

在農(nóng)村到處可以看到許多生物質(zhì)的廢棄物，如人畜糞便、秸稈、雜草和不能食用的果蔬，等等。將這些廢棄物收集起來，經(jīng)過細(xì)菌發(fā)酵可以產(chǎn)生沼氣，用沼氣做燃料和照明，也可以發(fā)電。

5、太陽能：太陽能是一種可廣泛利用的清潔能源。我們目前的利用方式主要是兩種——

一是將陽光聚焦，將光能轉(zhuǎn)化為熱能（傳說阿基米德就曾經(jīng)利用聚光鏡反射陽光，燒毀了來犯的敵艦）。在日照充分的地方，人們在生產(chǎn)和生活中已大量使用太陽灶、干燥器和太陽能熱水器（太陽能熱水器的構(gòu)造要簡單的多。因為不需要它產(chǎn)生太高的溫度。在大多數(shù)情況下，可以將太陽能熱水器的集熱器制成箱式、蛇型管式、直管式、平板式或枕式，通過管道與水源和儲水箱相連。太陽能熱水器在我國北方比較常見）。

二是將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，再用化學(xué)能發(fā)電。比較常見的光電池是硅電池（它能將13%-20%的日光能轉(zhuǎn)化為電能）。許多電子計算器和其他小型電子儀器現(xiàn)在已經(jīng)采用太陽能電池供電，人造衛(wèi)星和宇宙飛船更是主要依靠太陽能電池來提供電力。

但是陽光在達到地面以前要經(jīng)過大氣的反射、散射和吸收，能量損失較大，加上陰天、晝夜變化和雨雪等降水過程的影響，目前地面上利用日光發(fā)電受到一定限制。

無論是生物質(zhì)能、風(fēng)能，還是水力、溫差和潮汐能，歸根結(jié)底都是太陽能的轉(zhuǎn)化形式。即使礦物燃料，也是通過生物的化石形式保存下來的億萬年以前的太陽能。

6、地?zé)崮埽河玫責(zé)岵膳?、將地?zé)嵊糜谵r(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)等，在全世界范圍內(nèi)受到關(guān)注。（從直接利用地?zé)岬囊?guī)模來說，最常用的是地?zé)崴茉?，占總利用量?/3以上，其次是地?zé)崴B(yǎng)殖和種植約占20%，地?zé)岵膳s占13%，地?zé)崮芄I(yè)利用約占2%）。

利用地?zé)崮?，占地很少，無廢渣、粉塵污染，用后的棄（尾）水既可綜合利用，又可回注到地下儲層，達到增加壓力、保護儲層、保護地?zé)豳Y源的雙重目的。*據(jù)美國地?zé)豳Y源委員會（GRC）1990年的調(diào)查，世界上18個國家有地?zé)岚l(fā)電，總裝機容量5827.55兆瓦，裝機容量在100兆瓦以上的國家有美國、菲律賓、墨西哥、意大利、新西蘭、日本和印尼。我國的地?zé)豳Y 源也很豐富，但開發(fā)利用程度很低。主要分布在云南、西藏、河北等省區(qū)。除以上利用外，從熱水中還可提取鹽類、有益化學(xué)組分和硫磺等。

7、核能：鈾在自然界中有三種放射性同位素：U235、U238、U234，在衰變過程中放出熱量。在軍事上鈾主要用來制造核武器和核動力燃料。鈾的和平用途十分廣泛，其

中最主要的是用作核電反應(yīng)堆的燃料。

由于核電具有發(fā)電成本低、對環(huán)境污染小和安全等優(yōu)點，世界各國，尤其是工業(yè)發(fā)達的國家和地區(qū)都大力發(fā)展核電，估計到2000年核電將達到世界總發(fā)電量的25%左右。我國已建成秦山、大亞灣核電站，目前還有多處正在籌建。

鈾裂變時產(chǎn)生的同位素及其射線，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中有廣泛的用途。例如，在工業(yè)上利用射線實現(xiàn)生產(chǎn)自動控制，無損傷檢查等；在農(nóng)業(yè)上利用射線培育良種，防止病蟲害等；在醫(yī)學(xué)上用于滅菌消毒，臨床診斷及治療；在地質(zhì)勘探工作中用來找礦等等。

從種種跡象看來，能源危機的解決也許并不是難事。但這是不是就意味著人類可以高枕無憂呢？答案是否定的——

二、環(huán)境

可以說，自打人類尋找到木材的替代品——煤和石油開始，就已經(jīng)意識到了“替代”絕不就是“等同”。我們前面說過，木料的灰燼能夠作為肥料施在小樹下，這樣就促進了循環(huán)的完整與良性發(fā)展，而煤渣并不能做到這一點。也許學(xué)過化學(xué)的我們會說，煤和石油的衍生物也可以制成肥料，但是，請大家不要忘了，木料的灰燼可以被大自然“照單全收”地降解、燃燒的二氧化碳也是植物（新樹苗）呼吸作用的必須，可煤燃燒的廢渣、石油的衍生物（塑料等）卻不能或很難被降解，他們?nèi)紵膹U氣（二氧化硫等）是天怨人怒的有害物質(zhì)（石油燃燒的廢氣還是城市人們致癌的罪魁禍?zhǔn)祝?。所以說，垃圾問題、大氣問題，共同構(gòu)成了——環(huán)境問題。

在新的能源中，環(huán)境問題是不是徹底解決了呢？從前面介紹的1~6種能源中，人們確實充分考慮了這個問題，理論上是不會有環(huán)境問題的。但是，不知大家注意到了沒有，它們都會受自然條件和資源條件的制約（沒有風(fēng)，風(fēng)車能轉(zhuǎn)嗎？太陽能需要面積，你能把熱效應(yīng)管架在別人的房子上去嗎？潮汐能需要海岸線的長度，你去侵略別人的海域嗎？）。隨著人們需求的增長，可以說，這前6能源的供應(yīng)量必然不能滿足要求，所以第7種能源成為人們關(guān)注的焦點：核能（因為它有一個突出的優(yōu)點，那就是能量巨大）。在發(fā)達國家，核能的使用量日益增多?但是，核能的直接或潛藏的環(huán)境問題比煤合石油的要嚴(yán)重得多?

人類要在以上問題中尋求一種協(xié)調(diào)與和諧，在調(diào)整需求意識、珍惜資源、科研開發(fā)等多個方面都有工作要做。無論今后大家會致力于哪一方面的工作，今天的意識形成都會大有必要。

三、小結(jié)

本節(jié)我們介紹了能源于環(huán)境的問題，通過介紹，希望大家能夠了解：

1、能量和能源是兩回事；

2、非再生能源和可再生能源是兩回事；

3、人類不能打破與環(huán)境的和諧，破壞環(huán)境等于摧毀自己的生存家園。

（四）作業(yè) 閱讀教材；

《優(yōu)化設(shè)計》P68“同步練習(xí)”部分，做在書上。