第一篇：高二物理教案分子熱運動 能量守恒-物體是由大量分子組成的

第十一章 分子熱運動 能量守恒

我們通常把中學物理知識分為五大塊：力學、熱學、電磁學、光學和原子物理。隨著第十章的結束，我們就完成了力學的新課學習。熱學包括第十一、第十二兩章內容，從知識份量上來，遠遠少于力學。事實上，中學熱學知識的深度也遠遠小于力學，如果把大學（普通）物理的深度比做十分，中學的力學可能已經到了五至六分，而熱學則不到一分，可以說只是了解一些皮毛而已。這是因為熱學的研究需要深入微觀空間，不象力學一樣直觀、表象，所以要常常用到一些特殊的方法，涉及的數學工具也比較深奧。這就意味著，知識內容雖少，理解的難度依然存在，不能認為就很輕松。在學習方向方面，我們不是重在定量的訓練（過去的教材中關于氣體知識的運算量較大，從本屆起也砍掉了），而是要定性地建立一些有用的觀念（如守恒的觀念、統計的觀念、熵增大的觀念等），為高一級學校的學習做好思想方面的準備。

從兩個章節的授課安排來看，下一章主要是閱讀知識，相對的重點落在第十一章。第十一章分三個單元：分子動理論（第1 ~ 3節）、內能介紹（第4節）、熱力學兩個定律（第5、6、7節）。

熱學的知識和其它領域相對獨立，但仍然和我們的生產生活、科學技術密切相關，希望大家給予一定的重視。

§11~1 物體是由大量分子組成的

【教學目的】

1、知道物體是由大量分子組成的，知道分子的模型、大小、質量

2、知道用油膜法測定分子大小的原理

3、理解阿伏加德羅常數是聯系微觀世界和宏觀世界的橋梁，并會用阿伏加德羅常數進行相關的計算 【教學重點】

知道物體是由大量分子組成的，知道分子的模型、大小、質量 【教學難點】

結合阿伏加德羅常數對分子大小、質量進行計算時，分子的排列模式處理（是球形還是立方體）【教具】

投影儀、掃描隧道顯微鏡拍攝的石墨照片、電子顯微鏡拍攝的硅原子照片 【教學過程】

○、引入

看到今天的標題，我們就會想到化學中關于物質組成的知識。事實上，今天的課差不多就是這部分知識的復習，只是某些素材和研究的途徑略有不同。

一、分子的大小

人們在認識物質組成方面的歷史，我們已經知道得比較多了，這里不在贅述。設問：什么是分子？

學生：分子是物質保持化學性質的最小單位，它可以包括單個或多個原子。我們下面從物理學的角度介紹一下人們認識分子組成的典型事實——

1、相關事實

掃描隧道顯微鏡觀察（教材彩圖2）→根據放大率反推分子大小 *電子顯微鏡（照片）→根據放大率反推分子大小 單分子油膜法

a、原理?，以油酸分子呈立方體排列“估算”→關系：d =

V Sb、操作：油酸→稀釋→滴入→酒精溶解→撒石膏粉（或痱子粉）取膜→面積計算

例題：將1cm的油酸溶于酒精，制成200cm的的油酸酒精溶液。已知1cm溶液有50滴，現取其1滴，將它滴在水面上，隨著酒精溶于水，油酸在水面上形成一單分子

2薄層?，F已測得這個薄層的面積為0.2m，試由此估算油酸分子的直徑。

3331?10?6/200V-1050解：d = = = 5×10 m 0.2S答：略。

用不同的途徑測量，發現不同的分子，其大小雖然各不相同，但它們的數量級是相同的——

2、分子的大?。?0-10 m數量級 m在波動光學中也稱之為1埃（A），它是納米的十分之一。

過渡：分子的線度是如此之小，那么組成物體的分子個數必然是巨大的。分子的線度和組成物體的分子個數除了實驗測量之外，還有沒有理論的方法尋求呢？

二、阿伏加德羅常數

（化學知識復習）一摩爾的任何物質都含有相同的?

－

1、阿伏加德羅常數：1mol的任何物質所含的粒子數，即：NA = 6.02×1023 mol

1－（精確值為6.0221367×1023 mol1）

顯然，有了阿伏加德羅常數、摩爾質量，我們就能將宏觀量和微觀量聯系起來進行計算。阿伏加德羅常數是聯系宏觀世界和微觀世界的重要紐帶。

2、分子大小和質量的計算

當然，在計算方面，除了重復化學科目已經做過的一些處理外，還有一個分子怎么排布的問題。有關這方面的詳細知識，在下一章會具體介紹。今天，我們會用到一些相對“模糊”的處理。具體怎么個模糊法，看下面的例題——

33-3例題：已知金剛石的密度ρ= 3.5×10 kg/m，碳的摩爾質量為12×10 kg/mol。-10

o

現有一塊體積V = 5.7×10 m的金剛石，它含有多少個碳原子？如果認為碳原子是緊密地排列在一起的，試求碳原子的直徑。

解：第一問很常規，屬化學知識復習。-8

33.5?103?5.7?10?8?VM23N = n NA = NA = ×6.02×10 = 1.00×NA= ?3MmolMmol12?1010

解第二問，可以先求每個碳原子所占據的空間 2

2MmolV12?10?3VV-303v = = = = = = 5.70×10 m 323?VNnNA3.5?10?6.02?10?NANAMmol如果認為碳原子呈立方體排列，碳原子的直徑d = 3v = 1.79×10 m

-10如果認為碳原子呈球形排列，則 v =-10

4d36vπ（），故，碳原子的直徑d = 3 32?= 2.22×10 m 這兩種算法導致的結果差異較大，第二種看起來似乎更精確，但只要稍做思考，就會發現這樣的問題：如果把每個分子所占的空間作為每個分子的體積，那么，分子之間的間隙不是不存在了嗎？。所以，第一種算法事實上更為符合事實。

3從本題的第一問可以看到，57mm的鉆石（相當于鉆戒上的一顆小鉆石）所含的碳22原子居然有10個！這個數字是龐大的，也就是說，物體是由大量分子組成的。建立起這樣的觀念非常重要。

第二問則告訴我們，遇到分子間距和質量的問題，除了化學的知識復習之外，還要進行物理的思考?

三、小結

本節我們學習了兩部分內容…。知識的重點還在對化學知識的復習，建立起“物體是由大量分子組成的”這樣的觀念。在分子的排布方面，我們可以相機行事，具體問題具體分析。分子所占的空間和分子本身的大小是有差距的，這樣的情形在氣體中將會更加明顯。

四、作業布置

教材P71第（1）（2）（3）（4）題，上作業本

《優化設計》P58第1、2、3、4、5、6題，做在書上 【板書設計】

注意“教學過程”的灰色部分，即是板書計劃。【教后感】

分量非常合適，計劃貫徹也很到位。主要還是備課細致，每個環節都想到了。具體

教學的過程中，非常理智，語言都差不多按教案設計的內容“發言”，完全沒有隨意性。

要說缺點，教學過程平淡了一些，差了一點激情。此外，關于分子排布和分子之間有間隙的問題，沒有作業題照應，鞏固就成了問題。

第二篇：高二物理教案分子熱運動 能量守恒-物體是由大量分子組成的2

物質是由大量分子組成的

教學目的

1．了解物質是由大量分子組成。

2．了解分子雖小但是可認識的。

3．通過測量分子的直徑和質量，教給學生研究物理問題的方法。

教學重點

分子小，小到什么程度。物體中分子多，多到什么程度。（認識分子）

教

具

一定量的小米、米尺一把、量筒一個。（每組一套）

教學過程

引言：前七章學習了有關力學方面知識，認識了力和運動一些規律。從第八章開始學習有關熱學方面知識。初中也學過一些熱現象，對其本質也用分子動理論去認識，但很不夠。這一章要進一步學習分子動理論的知識，并討論熱現象的本質及包括熱能在內的能量轉化和守恒定律。

一、復習提問

初中學過的分子動理論基本內易有哪幾點？

應答：物質是由大量分子組成的、分子不停地做無規則運動、分子之間有相互作用力。

二、新課教學

1．提問：什么是分子？

應答：組成物質的最小微粒叫分子。

問：分子到底有多大？用什么方法才能測出分子的大?。?/p>

讓學生做啟發性實驗：用一個量筒、一把米尺、一定量的小米，若把小米看成是球形的，測出小米的直徑。

做法：應先用量筒測出一定量小米的體積V，再將這些米平攤在水

找學生回答測分子直徑的方法：首先應想到用油來進行測量。

先測出油的體積，然后將這些油全部滴到水面上，油散開形成單分子層。測出油層面積，若把分子看成球形，單分子油膜的厚度可以認為等于油分子直徑。

教師提出：用上述方法測得結果知道分子直徑的數量級是10－10m。

鎢原子直徑為2×10－10m；水分子直徑為4×10－10m；氫分子直徑為2.3×10-10m。

可見分子是非常非常之小，因此宏觀物體都是由大量分子組成的。2．組成物質的分子有多少？ 提問：化學中學過1mol的任何物質所含有的微粒數都相同，這個數有多大？

應答：是阿佛加德羅常數：6.02×1023個。教師提出阿佛加德羅常數是一個基本常數，科學工作者不斷地用各種方法測定它，以期得到更精確的值。

提問：現在已知1個水分子的直徑為4×10-10m，1mol,水的質量是0.018kg，求lmol水中所含的水分子數。

解：根據已知條件可知lmol水的體積是1．8×10-5m3，每個分子

3．分子的質量是多少？

根據阿佛加德羅常數很容易算出分子的質量。讓學生討論解出下題： 已知1mol氫氣的質量是2．016g，在標準狀況下氫的密度是9.0×10－5g/cm3，求每個氫分子的質量是多少？

學生一般可討論出兩種方法：

解法1：1mol氫氣的質量合2.016×10-3kg，里面含有6.02×1023個分子，則1個氫分子質量為

解法2：在標準狀況下1mol氣體體積是22.4L，則1個氫分子質量為

4．實際上分子與分子間有空隙。

教師演示酒精與水混合后體積減小的實驗來證實。

小結：綜上所述可知分子的體積和質量都是很小很小的，宏觀物質是由大量分子組成的。

三、布置作業（略）

第三篇：高二物理教案分子熱運動 能量守恒-熱力學第二定律

熱力學第二定律

課時：1 課時

教學要求：

1、以熱傳導和機械能與內能的相互轉化為例，讓學生知道宏觀熱學過程是有方向性的；

2、讓學生知道第二類永動機是不可能制成的；

3、讓學生初步了解熱力學第二定律的兩種內容 表述，并能用之去解釋一些簡單的現象；

教學過程：

一、引入新課：

有趣的問題：地球上有大量海水，它的總質量約為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，這相當于1800萬個核電站一年的發電量。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。這涉及物理學的一個基本定律。

二、新課講授：

（一）熱傳導的方向性：

大家都有這樣的經驗：兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自發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。從未有過這樣的現象：熱量會自發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“自發地”，指的是沒有任何外界的影響或者幫助）也許會產生一個疑問：電冰箱內部的溫度比外部低，為什么致冷系統還能不斷地把箱內的熱量傳給外界的空氣？這是因為電冰箱消耗了電能，對致冷系統做了功。一旦切斷電源，電冰箱就不能把箱內的熱量傳給外界的空氣了。相反，外界的熱量會自發地傳給電冰箱，使箱內的溫度逐漸升高。

在這里，我們看到，熱傳導的過程是有方向性的，這個過程可以向一個方向自發地進行，但是向相反方向卻不能自發地進行。要實現相反方向的過程，必須借助外界的幫助，因而產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，物體的動能轉化為內能，使物體和地面的溫度升高。但是，人們決不會看到這樣的現象：一個放在水平地面上的物體，溫度降低，可以把內能自發地轉化為動能，使這個物體運動起來！

有人可能提出一種設想：發明一種熱機，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，將內能全部轉化為動能，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想。這個設想并不違反能量守恒定律，若真能制成這種熱機，本節開始時提到的，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。

熱機是一種把內能轉化為機械能的裝置。以內燃機為例：氣缸中的氣體得到燃料燃燒時產生的熱量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能轉化為機械能。以汽車內燃機為例：只有當氣缸中工作物質的溫度比大氣溫度高時內燃機才能工作，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，總要由工作物質帶走一部分熱量Q2，所以總有Q1＞W。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%，燃氣輪機的效率比較高，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化成機械能，總要有一部分熱量散發到冷凝器中。

第四篇：高二物理教案11.1.物質是由大量分子組成的.doc

學習資 料

物質是由分子組成的

一、教學目標

1．在物理知識方面的要求：

（1）知道一般分子直徑和質量的數量級；

（2）知道阿伏伽德羅常數的含義，記住這個常數的數值和單位；（3）知道用單分子油膜方法估算分子的直徑。

2．培養學生在物理學中的估算能力，會通過阿伏伽德羅常數估算固體和液體分子的質量、分子的體積（或直徑）、分子數等微觀量。

3．滲透物理學方法的教育。運用理想化方法，建立物質分子是球形體的模型，是為了簡化計算，突出主要因素的理想化方法。

二、重點、難點分析

1．重點有兩個，其一是使學生理解和學會用單分子油膜法估算分子大?。ㄖ睆剑┑姆椒?；其二是運用阿伏伽德羅常數估算微觀量（分子的體積、直徑、分子數等）的方法。

2．盡管今天科學技術已經達到很高的水平，但是在物理課上還不能給學生展現出分子的真實形狀和分子的外觀。這給講授分子的知識帶來一定的困難，也更突出了運用估算方法和建立理想模型方法研究固體、液體分子的體積、直徑、分子數的重要意義。

三、教具

1．教學掛圖或幻燈投影片：水面上單分子油膜的示意圖；離子顯微鏡下看到鎢原子分布的圖樣。

2．演示實驗：演示單分子油膜：油酸酒精溶液（1∶200），滴管，直徑約20cm圓形水槽，燒杯，畫有方格線的透明塑料板。

四、主要教學過程

（一）熱學內容簡介

1．熱現象：與溫度有關的物理現象。如熱脹冷縮、摩擦生熱、水結冰、濕衣服晾干等都是熱現象。

2．熱學的主要內容：熱傳遞、熱膨脹、物態變化、固體、液體、氣體的性質等。

以上資料均從網絡收集而來

學習資 料

3．熱學的基本理論：由于熱現象的本質是大量分子的無規則運動，因此研究熱學的基本理論是分子動理論、能的轉化和守恒規律。

（二）新課教學過程

1．分子的大小。分子是看不見的，怎樣能知道分子的大小呢？（1）單分子油膜法是最粗略地說明分子大小的一種方法。

介紹并定性地演示：如果油在水面上盡可能地散開，可認為在水面上形成單分子油膜，可以通過幻燈觀察到，并且利用已制好的方格透明膠片蓋在水面上，用于測定油膜面積。如圖1所示。

提問：已知一滴油的體積V和水面上油膜面積S，那么這種油分子的直徑是多少？ 在學生回答的基礎上，還要指出：

①介紹數量級這個數學名詞，一些數據太大，或很小，為了書寫方便，習慣上用科學記數法寫成10的乘方數，如3×10-10m。我們把10的乘方數叫做數量級，那么1×10-10m和9×10-10m，數量級都是10-10m。

②如果分子直徑為d，油滴體積是V，油膜面積為S，則d=V/S，根據估算得出分子直徑的數量級為10-10m。

（2）利用離子顯微鏡測定分子的直徑。

看物理課本上彩色插圖，鎢針的尖端原子分布的圖樣：插圖的中心部分亮點直接反映鎢原子排列情況。經過計算得出鎢原子之間的距離是2×10-10m。如果設想鎢原子是一個挨著一個排列的話，那么鎢原子之間的距離L就等于鎢原子的直徑d，如圖2所示。

以上資料均從網絡收集而來

學習資 料

（3）物理學中還有其他不同方法來測量分子的大小，用不同方法測量出分子的大小并不完全相同，但是數量級是相同的。測量結果表明，一般分子直徑的數量級是10-10m。例如水分子直徑是4×10-10m，氫分子直徑是2.3×10-10m。

（4）指出認為分子是小球形是一種近似模型，是簡化地處理問題，實際分子結構很復雜，但通過估算分子大小的數量級，對分子的大小有了較深入的認識。

2．阿伏伽德羅常數

向學生提問：在化學課上學過的阿伏伽德羅常數是什么意義？數值是多少？明確1mol物質中含有的微粒數（包括原子數、分子數、離子數……）都相同。此數叫阿伏伽德羅常數，可用符號NA表示此常數，NA=6.02×1023個/mol，粗略計算可用NA=6×1023個/mol。（阿伏伽德羅常數是一個基本常數，科學工作者不斷用各種方法測量它，以期得到它精確的數值。）

再問學生，摩爾質量、摩爾體積的意義。

如果已經知道分子的大小，不難粗略算出阿伏伽德羅常數。例如，1mol水的質量是0.018kg，體積是1.8×10-5m3。每個水分子的直徑是4 子是一個挨著一個排列的。

提問學生：如何算出1mol水中所含的水分子數？

3．微觀物理量的估算

若已知阿伏伽德羅常數，可對液體、固體的分子大小進行估算。事先我們假定近似地認為液體和固體的分子是一個挨一個排列的（氣體不能這樣假設）。

提問學生：1mol水的質量是M=18g，那么每個水分子質量如何求？

提問學生：若已知鐵的原子量是56，鐵的密度是7.8×103kg/m3，試求質量是1g的鐵塊中鐵原子的數目（取1位有效數字）。又問：是否可以計算出鐵原子的直徑是多少來？

以上資料均從網絡收集而來

學習資 料

歸納總結：以上計算分子的數量、分子的直徑，都需要借助于阿伏伽德羅常數。因此可以說，阿伏伽德羅常數是聯系微觀世界和宏觀世界的橋梁。它把摩爾質量、摩爾體積等這些宏觀量與分子質量、分子體積（直徑）等這些微觀量聯系起來。

阿伏伽德羅常數是自然科學的一個重要常數（曾經學過的萬有引力恒量也是一個重要常數）。物理常數是物理世界客觀規律的反映。一百多年來，物理學家想出各種辦法來測量它，不斷地努力，使用一次比一次更精確的測量方法。現在測定它的精確值是NA=6.022045×1023/mol。

（三）課堂練習

1．體積是10-4cm3的油滴滴于水中，若展開成一單分子油膜，則油膜面積的數量級是 [ ] A．102cm2 B．104cm2 C．106cm2 D．108cm2 答案：B 2．已知銅的密度是8.9×103kg/m3，銅的摩爾質量是63.5×10-3kg/mol。體積是4.5cm3的銅塊中，含有多少原子？并估算銅分子的大小。

答案：3.8×1023，3×10-10米。

五、課堂小結

1．物體是由體積很小的分子組成的。這一結論有堅實的實驗基礎。單分子油膜實驗等實驗是上述結論的有力依據。分子直徑大約有10-10米的數量級。

2．阿伏伽德羅常數是物理學中的一個重要常數，它的意義和常數數值應該記住。3．學會計算微觀世界的物理量（如分子數目、分子質量、分子直徑等）的一般方法。由于微觀量是不能直接測量的，人們可以測定宏觀物理量，用阿伏伽德羅常數作為橋梁，間

以上資料均從網絡收集而來

學習資 料

接計算出微觀量來。如分子質量m，可通過物質摩爾質量M和阿伏伽德羅常數NA，得到m=M/NA。通過物質摩爾質量M、密度ρ、阿伏伽德羅常數NA，計算出分子直徑

六、說明

1．由于課堂內時間限制，單分子油膜法測定分子直徑的實驗不可能在課堂上完成全過程。在課堂上讓學生看到油膜散開現象和油膜面積的測量方法即可。

要想造成單分子油膜，必須選用脂肪酸類，如油酸C17H33COOH或棕櫚酸C15H31COOH，這類脂肪酸分子的形狀為長鏈形，它的羧基一端浸入水中，而烴鏈C17H33伸在水面上方，造成油酸長分子在水面上垂直排列，如圖3所示。

以上資料均從網絡收集而來

第五篇：高二物理教案分子熱運動_能量守恒-能源與環境

能源與環境

玉屏名族中學 安力

(一)教學目標 1.知識與技能

（1）了解什么是常規能源，什么是新型能源（2）了解能源與人類生存環境的關系，使學生認識能源的合理利用與環境保護對可持續發展的重要意義

2.過程與方法

（1）通過指導學生分析事例，培養學生分析問題和理論聯系實際的能力（2）通過指導學生閱讀教材，培養學生的自學能力

(3)未來的能源應該是安全、環保、高效的能源．對能源標準的討論，將有助于學生樹立有關能源的正確觀點 3.情感、態度與價值觀

（1）了解大量的能源消耗帶來的全球性環境問題（2）提高學生的節能、環保意識

（二）教學重難點

重點：

1、能源、常規能源、可再生能源的教學

2、能源和環境之間的關系

難點：能源和環境之間的關系

（三）教學過程

引入

熱力學第二定律告訴我們，很多與熱現象有關的物理過程都是不可逆的。涉及內能的能量轉化過程具有方向性，這在上一節已經提到過了。在本節，我們討論這種方向性的現實意義。

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，我們會發現，首先，能量轉化的方向性并沒有被破壞，也就是說，熱力學第二定律仍被得到尊重。其次，這將形成了一個循環，因為只要時間足夠，讓樹苗成長成為木料的數目大于我們燃燒木料的數目，它就不會破壞需求與資源的動態平衡關系。其三，在這個循環中，必須要有第三者參與——如果沒有太陽的光合作用，循環就終止了——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，這種循環還有一種隱憂，那就是：灰燼“成為”樹木的速度要遠遠小于樹木變成灰燼的速度，表面的平衡是以內部數量上的不平衡為代價的。

以上的四點中，第三點事實上已經決定了循環“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系。

在工業化時代到來之前，人們過著田園牧歌式的生活，沒有電器、沒有汽車、沒有空調，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。

隨著工業化時代的到來，這種狀況立即顯現出危機，循環就要被終止了。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？這是一個令社會學家睡不安枕的問題。

然而，經濟學家們卻不這樣看。經濟學教授給學生們講課，出了這樣一個題目：地底下現有石油儲量X噸，近五年的開采量是Y噸/年，請預測石油將在多少年后被開采完？有的學生開始用計算器摁鍵：X/Y = ? ?這樣的學生被認為是經濟學的盲者。教授的觀點是：永遠也開采不完。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使人們去研究一種石油的替代品。因此，能源的危機也就解決了。

是社會學家們悲天憫人，還是經濟學家們盲目樂觀？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一直是發達國家關注的焦點，外交、軍事莫不圍繞著這片從地表上看毫無魅力的區域打轉。世界警察（美國）和他的隨從們最愿意去管中東的事情：兩次海灣戰爭、伊拉克戰爭等等?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、形式層出不窮。

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

2、海洋能：由于地球受月球和太陽引力的周期性不均衡，海水發生非氣候性的漲潮和落潮現象，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電（*因為水的沸點與氣壓有關，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，如此周而復始，就可以發電了。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）。法國已經建成了世界上第一座溫差發電站，發電容量為14,000kW。

3、風能：利用風的機械能發電，風能是一種重要的自然能源。據有關專家估算，在全球邊界層內的總能量為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。

風能的優點是：總能量巨大，利用簡單、無污染、可再生。缺點是：能量密度低（當流速同為3米/秒時，風力的能量密度僅為水力的1/1000）、不穩定性大，連續性、可靠性差，時空分布不均勻。

4、生物質能：利用厭氧微生物在密閉條件下分解（廢棄）有機物，產生沼氣，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，生產過程可以減少（有機物）垃圾的數量。

在農村到處可以看到許多生物質的廢棄物，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，經過細菌發酵可以產生沼氣，用沼氣做燃料和照明，也可以發電。

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，將光能轉化為熱能（傳說阿基米德就曾經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（太陽能熱水器的構造要簡單的多。因為不需要它產生太高的溫度。在大多數情況下，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）。

二是將太陽能轉化為化學能，再用化學能發電。比較常見的光電池是硅電池（它能將13%-20%的日光能轉化為電能）。許多電子計算器和其他小型電子儀器現在已經采用太陽能電池供電，人造衛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電受到一定限制。

無論是生物質能、風能，還是水力、溫差和潮汐能，歸根結底都是太陽能的轉化形式。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、地熱能：用地熱采暖、將地熱用于農業、水產養殖業、工業生產等，在全世界范圍內受到關注。（從直接利用地熱的規模來說，最常用的是地熱水淋浴，占總利用量的1/3以上，其次是地熱水養殖和種植約占20%，地熱采暖約占13%，地熱能工業利用約占2%）。

利用地熱能，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、保護地熱資源的雙重目的。*據美國地熱資源委員會（GRC）1990年的調查，世界上18個國家有地熱發電，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。我國的地熱資 源也很豐富，但開發利用程度很低。主要分布在云南、西藏、河北等省區。除以上利用外，從熱水中還可提取鹽類、有益化學組分和硫磺等。

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堆的燃料。

由于核電具有發電成本低、對環境污染小和安全等優點，世界各國，尤其是工業發達的國家和地區都大力發展核電，估計到2000年核電將達到世界總發電量的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。

鈾裂變時產生的同位素及其射線，在工農業生產和科學技術領域中有廣泛的用途。例如，在工業上利用射線實現生產自動控制，無損傷檢查等；在農業上利用射線培育良種，防止病蟲害等；在醫學上用于滅菌消毒，臨床診斷及治療；在地質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，這樣就促進了循環的完整與良性發展，而煤渣并不能做到這一點。也許學過化學的我們會說，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，他們燃燒的廢氣（二氧化硫等）是天怨人怒的有害物質（石油燃燒的廢氣還是城市人們致癌的罪魁禍首）。所以說，垃圾問題、大氣問題，共同構成了——環境問題。

在新的能源中，環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，風車能轉嗎？太陽能需要面積，你能把熱效應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能源的供應量必然不能滿足要求，所以第7種能源成為人們關注的焦點：核能（因為它有一個突出的優點，那就是能量巨大）。在發達國家，核能的使用量日益增多?但是，核能的直接或潛藏的環境問題比煤合石油的要嚴重得多?

人類要在以上問題中尋求一種協調與和諧，在調整需求意識、珍惜資源、科研開發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

本節我們介紹了能源于環境的問題，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、人類不能打破與環境的和諧，破壞環境等于摧毀自己的生存家園。

（四）作業 閱讀教材；

《優化設計》P68“同步練習”部分，做在書上。