下载文档原格式
高中物理《分子热运动能量守恒和气体》导学案【文本研读案】知识点一、物体是由大量分子组成的1、一切物体都是由组成的，分子有一定大小，可用法粗略测定，其数量级为m。
2、1mol任何物质所含的基本微粒个数都为个，这个数值叫做常数，它是联系世界和世界的桥梁。
知识点二、分子的热运动1、分子运动的特点是：一是；二是。
2、布朗运动不是的运动，但它反映了的运动，温度越高，布朗运动越，说明了温度越高，分子的运动就越。
知识点三、分子间的相互作用力1、分子间同时存在力和力，它们随着分子间距离的而，其中的减小得更快。
2、设分子间距为r，平衡距离ro，r< ro时，斥力引力，合力表现为；r= ro时，斥力引力，合力表现为；r> ro时，斥力引力，合力表现为。
3、温度越高，物体分子的热运动，分子的平均动能也就，所以说，温度是分子平均动能的。
4、当分子间距r小于ro时，分子势能随物体体积的增大而，当分子间距r 小于ro时，分子势能随物体体积的增大而。
知识点四、物体的内能1、物体中分子热运动的和分子的总和，叫物体的内能，温度升高，物体内能，体积变化时，物体内能。
2、改变物体内能的方式有两种：和，它们在改变物体的内能方面是。
3、做功改变物体内时，内能的改变用功来。
外界对物体做了多少功，物体的内能就多少；物体对外界做了多少功，物体的内能就多少。
4、热传递改变物体内能时，内能的改变用热量来。
物体从外界吸收了多少热量，物体内能就多少；物体向外界放出多少热量，物体的内能就多少。
5、做功和热传递虽都可以改变物体内能，但做功时是使内能和其他形式的能之间来发生，发生热传递时是使研究的物体与周围其他物体之间发生内能的。
知识点五、热力学第一定律能量守恒定律1、热力学第一定律的内容是：外界对物体加上物体从外界等于物体的增加。
2、热力学第一定律ΔU=Q+W中，各物理量取值是：内能增加，ΔU取值，内能减少，ΔU取值；物体对外界做功，Ｗ取值，外界对物体做功，W取值；物体吸热，Q取值，物体放热，Q取值。
分子的热运动教案示例（之二）教学目的1．通过对布朗运动的研究，使学生进一步认识组成物体的分子总是不停地作无规则运动。
2．通过学生自己动手做布朗运动实验，培养学生观察能力和分析问题的能力。
教学重点布朗运动形成的原因。
教具两人一台显微镜（设备不够的学校至少应有一台给学生轮流观察），红墨水、黑墨汁各一瓶。
两只烧杯分别装入冷、热水，滴管一支，投影幻灯及布朗运动模拟器一台。
教学过程一、复习提问演示：分别将红墨水用滴管滴入冷水和热水中各一滴。
提问：看到了什么现象？这现象说明了什么问题？应答：看到了扩散现象。
扩散现象说明了组成物质的大量分子是在做不停的无规则运动。
追问：两杯水中扩散快慢不同的原因是什么？应答：扩散快慢即分子运动激烈程度与温度有关。
二、新课教学现在研究一个更明显的证明分子在做不停地运动的现象——布朗运动。
1 介绍在1827年，英国植物学家布朗用显微镜观察悬浮在水中的植物花粉颗粒，发现这些小颗粒永不停息地做无规则运动，这种运动叫布朗运动。
2．让学生自己动手做布朗运动实验：（1）先调好显微镜。
（2）在载玻片上先放上一大滴水，后在水上滴一小滴稀释的墨汁，盖上玻璃片放在显微镜下观察。
提问：看到了什么现象？一般回答是小黑颗粒都在不停地运动。
追问：还看到些什么现象？应答：有的颗粒运动得快些，有的慢些，或颗粒越小的运动越明显。
（对于这一追问，常常有许多学生答不上来，教师可借机教育学生，应注意培养自己的观察能力。
）（3）让学生用滴管滴人玻璃片上一滴热水后，再继续观察布朗运动与前次看到的有何不同？应看到较前次的布朗运动加快。
3．带领学生看课本64页图11-4，说明图上记录了三个小颗粒，每隔30s 记录到微粒的位置后用直线连接起来的，虽不是小微粒的径迹但也可以看出小颗粒的运动是极不规则的。
4．布朗运动是怎样产生的？演示：用投影幻灯及布朗运动模拟器边演示边说明。
由于大量水分子（比小颗粒小得多）不停地做无规则运动，它们和小颗粒相撞。
高二物理教案：分子热运动【】鉴于大家对查字典物理网十分关注，小编在此为大家整理了此文高二物理教案：分子热运动，供大家参考!本文题目：高二物理教案：分子热运动分子的热运动一、教学目标1.物理知识方面的要求：(1)知道并记住什么是布朗运动，知道影响布朗运动激烈程度的因素，知道布朗运动产生的原因。
(2)知道布朗运动是分子无规则运动的反映。
(3)知道什么是分子的热运动，知道分子热运动的激烈程度与温度的关系。
2.通过对布朗运动的观察，发现其特征，分析概括出布朗运动的原因;培养学生概括、分析能力和推理判断能力。
从对悬浮颗粒无规则运动的原因分析，使学生初步接触到用概率统计的观点分析大量偶然事件的必然结果。
二、重点、难点分析1.通过学生对布朗运动的观察，引导学生思考、分析出布朗运动不是外界影响产生的，是液体分子撞击微粒不平衡性产生的。
布朗运动是永不停息的无规则运动，反映了液体分子的永不停息的无规则运动。
这一连串结论的得出是这堂课的教学重点。
2.学生观察到的布朗运动不是分子运动，但它又间接反映液体分子无规则运动的特点。
这是课堂上的难点。
这个难点要从开始分析显微镜下看不到分子运动这个问题逐渐分散解疑。
三、教具1.气体和液体的扩散实验：分别装有二氧化氮和空气的玻璃储气瓶、玻璃片;250mL水杯内盛有净水、红墨水。
2.制备好的有藤黄悬浮颗粒的水、显微镜用载物片、显微摄像头、大屏幕投影电视。
四、主要教学过程(一)引入新课让学生观察两个演示实验：1.把盛有二氧化氮的玻璃瓶与另一个玻璃瓶竖直方向对口相接触，看到二氧化氮气体从下面的瓶内逐渐扩展到上面瓶内。
2.在一烧杯的净水中，滴入一二滴红墨水后，红墨水在水中逐渐扩展开来。
提问：上述两个实验属于什么物理现象?这现象说明什么问题?在学生回答的基础上总结：上述实验是气体、液体的扩散现象，扩散现象是一种热现象。
它说明分子在做永不停息的无规则运动。
而且扩散现象的快慢直接与温度有关，温度高，扩散现象加快。
第十一章分子热运动能量守恒第六节热力学第二定律教学目标一、知识目标：1.了解热传导过程的方向性.2.了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成.3.了解热力学第二定律的两种不同表述，以及这两种表述的物理实质.4.了解什么是能量耗散.二、能力目标：培养学生通过日常生活现象概括物理规律的能力.三、德育目标：通过第二类永动机不可能制成的教学，教育学生要有效地利用自然界提供的的各种能源，必须遵循自然界的规律.教学重点1.热力学第二定律的两种不同表述，以及两种表述的物理实质.2.第二类永动机及其不能制成的原因.教学难点热力学定律的不同表述及物理实质教学方法阅读法、分析归纳法、讲练法教学用具投影仪、投影片、录像带课时安排1课时教学过程一、引入新课［投影］地球上海水的总质量约为1.4×1018 t，当海水的温度降低0.1 ℃，放出多少焦的热量？假设每个核电站的功率为100万千瓦，则这些热量相当于多少个这样的电站一年的发电量？［学生解答］得到：这些海水的温度降低0.1 ℃，能放出5.8×1023 J的热量，这相当于 1800万个功率为100 万千瓦的核电站一年的发电量.［教师］既然海水能放出这么多的能量，为什么人们不去研究这种新能源呢？原来这样做是不可能的，这涉及到物理学的一个基本定律，这就是本节要学习的热力学第二定律.二、新课教学（一）热传导的方向性［问］两个温度不同的物体互相接触时，将会出现什么现象？［学生］两个温度不同的物体互相接触时，热量将从高温物体传给低温物体，使高温物体温度降低，低温物体温度升高.［教师］上述过程中热量是自发地从高温物体传给低温物体的，我们所说的“自发地”指的是没有任何的外界影响或者帮助.［问］那么，同学们见过热量从低温物体传给高温物体的实例吗？［学生］电冰箱能够把热量从低温物体传给高温物体［教师］电冰箱能够把热量从低温物体传给高温物体，在该过程中电冰箱要消耗电能，一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了，相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高.［总结］热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反方向却不能自发地进行，要实现相反方向的过程.必须借助外界的帮助.因而要产生其他影响或引起其他变化.（二）第二类永动机［问］一个在水平地面上运动的物体，撤去外力作用后，为什么会停下来？在这个过程中，能量是如何转化的？［学生］在水平地面上运动的物体，撤去外力后，由于克服摩擦力做功，所以最后会停下来；在上述过程中，物体的动能转化为内能.［教师］现在，我们假想：发明一种热机，用它把物体与地面摩擦所生的热量都吸收过来，并用来对物体做功，将内能全部转化为动能，使因摩擦停止运动的物体在地面上重新运动起来，而不引起其他变化，这是否可能？［学生阅读课文，分组讨论］［学生汇报讨论结果］［教师总结］通过同学们的分析，我们得到：实际上，热机不能把它得到的内能转化为机械能，因为热机必须有热源和冷凝器，热机工作时，总要向冷凝器放热，不可避免地要由工作物质带走一部分热量Q，即使是理想热机，没有摩擦，也没有漏气等能量损失，它也不可能把吸收的热量百分之百地转化为机械能，总要有一部分热量散发到冷凝器中.［放映热机工作的录像资料，加深学生的理解］［教师］人们把这种从单一热源吸收的热量，可以全部用来做功而不引起其他变化的热机叫第二类永动机.第二类永动机虽不违背守恒定律，但是也失败了.第二类永动机不可能制成，表示机械能和内能的转化过程具有方向性，也就是说机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化.（三）热力学第二定律［演示］如图所示的连通容器，A中装有红棕色NO2气体，B是真空，打开阀门K，观察发生的现象.［现象］我们看到A中的气体自发地向容器B中膨胀，最后两个容器都充满气体［问］A、B中的气体是否会自发地分开呢？［学生］不会自发地分开［教师］上述实验说明热学中的扩散现象具有方向性，我们把类似的具有方向性的现象进行概括，就得到了热力学第二定律.［学生阅读课文，并解答思考题］［投影］1.热力学第二定律常见的两种表述方式是什么？2.热力学第二定律对我们认识自然、利用自然有什么重要意义？3.什么是能量耗散？能量耗散反映了什么问题？［学生回答］1.热力学第二定律的两种常见表述是：第一种表述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体.而不引起其他变化.第二种表述：不可能从单一热源吸热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化.2.热力学第二定律揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，即自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性3我们没有办法把流散的能量重新收集起来加以利用，这种现象叫能量耗散，能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性.［强化训练］讨论：热力学第一定律和热力学第二定律的关系.参考解答热力学第一定律和第二定律都自然界中独立的定律，热力学第二定律是第一定律的补充.1.第一定律只指出了η不大于100%，而第二定律指出的是η不等于100%，说明功可以全部变为热，而热量不能通过一循环全部变为功，即机械能和内能是有区别的.2.第一定律指出了热功等效和转换关系，指出任何过程能量必须守恒第二定律指出的是：并非所有能量守恒过程都能实现，低温热源的热量就不能自动地传向高温热源，揭示了过程进行的方向和条件.3.第一定律没有温度的概念，第二定律中有了温度的概念，提出了在高温热源和低温热源间的问题，提出了不同温度差下，相同的热量效果是不一样的，有必要加以区分.三、小结这一节我们又学习了热学方面的几个重要规律，热力学第二定律的不同表述及其物理实质是学习的重点和难点，还要学会用热力学第二定律的结论解释一些现象。
高中物理热运动理论教案
教学内容：热运动理论
教学目标：了解热运动理论的基本概念和原理，掌握与热运动相关的重要概念和公式，能
够应用热运动理论解决相关问题。
教学重点：热运动理论的基本概念和原理
教学难点：能够应用热运动理论解决相关问题
教学准备：教材、课件、实验器材
教学方式：讲授、实验、讨论
教学流程：
一、导入
教师简单介绍热运动理论的基本概念，并与学生讨论热运动在日常生活中的应用。
二、讲授
1. 热运动理论的基本原理：分子在运动，运动速度不同，速度越快的分子具有更高的能量。
2. 热力学基本概念：温度、热量、内能等概念的定义和关系。
3. 热力学第一定律：热量是能量的一种，能量守恒。
三、实验
进行相关热运动实验，观察分子的热运动现象，巩固学生对热运动理论的理解。
四、讨论
学生针对实验结果展开讨论，分析分子热运动现象与热力学基本概念的关系。
五、练习
布置相关练习题，让学生尝试应用热运动理论解决问题。
六、总结
教师总结本节课的重点内容，强化学生对热运动理论的理解。
七、作业
布置作业，要求学生复习本节课的内容，并预习下节课内容。
高二物理第十一章《分子热运动能量守恒》第四节物体的内能热量（1）教案旧人教版第四节物体的内能热量教学目标一、知识目标：（1）知道分子的动能，分子的平均动能，知道物体的温度是分子平均动能大小的标志。
（2）知道分子的势能跟物体的体积有关，知道分子势能随分子间距离变化而变化的定性规律。
（3）知道什么是物体的内能，物体的内能与哪个宏观量有关，能区别物体的内能和机械能。
（4）知道做功和热传递在改变物体内能上是等效的，知道两者的区别，了解热功参量的意义。
二、能力目标:培养学生对物理概念和规律的理解能力。
三、德育目标:通过了解物理知识的实际应用，提高学习物理知识的兴趣。
教学重点掌握三个概念（分子平均动能、分子势能、物体内能）掌握三个物理规律（温度与分子平均动能关系、分子势能与分子之间距离关系、热传递与功的关系）。
教学难点区分温度、内能、热量三个物理量.教学方法实验法、探究法.教学用具1．压缩气体做功，气体内能增加的演示实验：圆形玻璃筒、活塞、硝化棉。
2．幻灯及幻灯片，展示分子间势能随分子间距离变化而变化的曲线。
课时安排1课时教学过程一、引入新课我们知道做机械运动的物体具有机械能，那么热现象发生过程中，也有相应的能量变化。
另一方面，我们又知道热现象是大量分子做无规律热运动产生的。
那么热运动的能量与大量的无规律运动有什么关系呢？这是今天学习的问题。
二、新课教学1．分子的动能、温度物体内大量分子不停息地做无规则热运动，对于每个分子来说都有无规则运动的动能。
由于物体内各个分子的速率大小不同，因此，各个分子的动能大小不同。
由于热现象是大量分子无规则运动的结果，所以研究个别分子运动的动能是没有意义的。
而研究大量分子热运动的动能，需要将所有分子热运动动能的平均值求出来，这个平均值叫做分子热运动的平均动能。
学习布朗运动和扩散现象时，我们知道布朗运动和扩散现象都与温度有关系，温度越高，布朗运动越激烈，扩散也加快。
依照分子动理论，这说明温度升高后分子无规则运动加剧。
高中物理能量守恒教案
一、教学目标：
1. 理解能量守恒定律的概念和应用；
2. 掌握能量转化和能量守恒的相关知识；
3. 能够分析和解决与能量守恒相关的问题；
二、教学内容：
1. 能量守恒定律的基本概念；
2. 机械能守恒定律；
3. 热能守恒定律；
4. 能量转化和能量守恒的应用；
三、教学重点和难点：
1. 理解并应用能量守恒定律；
2. 理解机械能守恒定律和热能守恒定律的应用；
3. 解决与能量守恒相关的问题；
四、教学方法：
1. 理论讲解结合例题练习；
2. 实验观察和数据分析；
3. 课堂讨论和合作学习；
五、教学过程：
1. 引入：通过实例引入能量守恒定律的概念；
2. 理论讲解：讲解能量守恒定律的基本原理和应用；
3. 例题练习：老师对几道相关例题进行讲解和解答；
4. 实验探究：进行相关实验，观察并记录实验数据；
5. 数据分析：学生根据实验数据进行相关分析和总结；
6. 课堂讨论：学生分组讨论并分享实验结果，思考解决相关问题；
7. 练习测试：布置相关练习和测试题，检验学生学习效果；
8. 总结反思：对本节课的学习内容进行总结和反思。
六、教学资源：
1. 教材、课件、实验器材；
2. 相关试题、练习题、考试卷；
七、教学评估：
1. 学生表现及讨论参与程度；
2. 课堂练习和测试成绩；
3. 实验数据记录和分析能力。
以上为高中物理能量守恒教案范本，希最对您有所帮助。
高中物理新课标版人教版必修二优秀教案：能量守恒定律与能源10 能量守恒定律与能源整体设计本节从能量守恒定律入手，从机械能守恒定律向普遍的能量守恒定律拓展，阐述了能量守恒定律推出的艰辛历程，让学生感受物理规律得出的历程，使学生体会科学家不畏艰辛的探索精神.并且指出能量守恒定律的建立，是人类认识自然的一次重大飞跃，是哲学和自然科学长期发展和进步的结果,展示了科学的和谐美.教材第二部分，能源和能量耗散，从生活实际出发，让学生了解自然界中热传导过程和能量转化、转移是有一定方向的，让学生了解能源对人类文明的意义和由能源带来的环境问题，引入可持续发展的概念.让学生认识节约能源，开发新能源与可持续发展的关系，可以让学生通过查阅相关材料，提出自己的见解.思考怎样探索和使用未来的理想能源,使学生体会物理学与技术发展的互动关系.建议本节采取开放式的教学形式，让学生通过预习查找资料，谈谈自己对能量的认识.特别应该对教材中“思考与讨论”栏目中所说的“既然能量是守恒的，不可消灭，为什么我们还要节约能源？”的话题进行讨论.在讨论中逐渐使学生认识到，能量从更深的层次上反映了物质运动和相互作用的本质.能量守恒定律是人们认识自然的重要工具.能源关系到人们的衣食住行，关系到国家的兴旺发达,能源的开发和利用，是关系人类生存和发展的一个重大的社会问题.这一节教学目标的落脚点应放在使学生树立科学的世界观、形成可持续发展的意识上.本节课为物理规律与实际生活的结合课程，重点为物理规律与实际问题的辩证关系，课堂教学要大量引用其他相关学科的知识，比如地理、历史等.教学重点能量守恒定律的内容.教学难点理解能量守恒定律的确切含义，知道既然能量守恒为什么还要节约能源.课时安排1课时三维目标知识与技能1.了解什么是常规能源，什么是新型能源.2.知道能量转化和转移的方向性以及第二类永动机不可能实现.3.通过能量转化和转移的方向性，认识提高效率的重要性.4.了解能源与人类生存和社会发展的关系，使学生认识能源的合理利用与环境保护对可持续发展的重要意义.过程与方法1.通过指导学生分析事例，培养学生分析问题和理论联系实际的能力.2.通过指导学生阅读教材，培养学生的自学能力.情感态度与价值观1.了解大量的能源消耗带来的全球性环境问题,树立环保意识.2.感知我们周围能源的耗散，树立节能意识.教学过程新课导入情景导入在20世纪的最后几分钟里，一项新的多米诺骨牌吉尼斯世界纪录，在北京颐和园体育健康城综合馆和网球馆诞生.中国、日本和韩国的62名青年学生成功推倒340多万张骨牌，一举打破了此前由荷兰人保持的297万张的世界纪录.这就是“多米诺骨牌效应”，该效应产生的能量是十分巨大的.大不列颠哥伦比亚大学物理学家A.怀特海德曾经制作了一组骨牌，共13张，第1张最小，长9.53 mm，宽4.76 mm，厚1.19 mm，还不如小手指甲大.以后每张体积扩大1.5倍，这个数据是按照一张骨牌倒下的时候能推倒一张1.5倍体积的骨牌而选定的.最大的第13张长61 mm，宽30.5 mm，厚7.6 mm，把这套骨牌按适当间距排好，轻轻推倒第1张，必然会波及到第13张，第13张骨牌倒下时释放的能量比第1张牌倒下时整整要扩大20多亿倍.而按同样比例制作的第32张骨牌倒下时释放的能量将高达1.24×1015J，又扩大了20多亿倍.不过，A.怀特海德毕竟未能制作第32张骨牌，因为它将高达415 m，两倍于纽约帝国大厦.如果真有人制作了这样一套骨牌，那摩天大厦就会在一指之力下被轰然推倒!这种巨大的能量从何而来？能量之间又是如何转化的？故事导入在2004年，某杂志报道，一位家住“河南郑州二七区齐扎阎乡”，自称是“新加坡籍华人”“博士、院士、专家委员”名为“梁星人”的一个人，成了当时的网上名人，其原因是他声称建成了“宇宙引力能永动机”，并获得了中国专利（实际上只是申请了专利，还未获得批准），而且还有一家“海南星人永动机发电厂有限公司”正在生产改永动机装备的车辆，你分析一下制造这种永动机的可行性.问题导入我国人均能源占有量只有世界平均值的1/4，解决我国的能源问题的基本方针是：能源开发与节约并重.但有人认为“能量是守恒的”,不需要节约，谈一下你对此的看法，并观察周围可利用的能源哪些是“绿色的”.新闻导入2003年12月8日国内某媒体报道了下面的这则消息：这个冬天，对于湖南长沙市的150多万市民来说，将格外漫长，因为从今年11月30日起，可能一直要持续到明年三月份，这里的市民，将分区分片“享受”每连续供电三天后，停电24小时的“待遇”.《某某晚报》11月27日的报道中，已经赫然出现了商店秉烛营业的景观.长沙并不是唯一的例子，从今年春天就开始逐渐浮出水面的电力危机，在盛夏季节达到一个短暂的高峰，至今这个阴影仍然挥之不去，影响范围先后涉及到全国几乎三分之二的省份，有人戏称，中国电力市场又退回到了20世纪80年代.仅仅是电力吗？似乎没有这么简单，入秋之后，柴油的紧张状况，从珠江三角洲到长江三角洲，从福建到浙江，已经形成了一种新的“流行病”，即使在北京地区，限量供应的情况也再次出现，就差没有“凭票供应”了.同学们思考，为什么会出现能源危机？如何应对？推进新课一、能量守恒定律问题：在验证机械能守恒定律的实验中，重物带着纸带下落时，计算结果发现，减少的重力势能的值大于增加的动能的值，即机械能的总量在减少.原因就是纸带和打点计时器之间的摩擦力和空气的阻力等.是不是考虑了各种摩擦和阻力后这部分能量就消失了呢？学生根据所学知识总结归纳：没有，它转化成为除机械能外的其他的能量了.教师引导：它转化成了机械能外的其他形式的能量，除重力、弹力之类的力外，其他任何力对物体做功使物体的机械能增加或减少的过程，实质上都是其他形式的能与机械能相互转化的过程，在转化的过程中，能的总量是不变的.这是大自然的一条普遍的规律，而机械能守恒定律只是这一条普遍规律的一种特殊情况.问题：验证机械能守恒定律中，减少的机械能转化为内能.生活中还有很多这样能量转化或转移的例子，同学们能否举出几例，并说明其中的能量转化或转移过程?参考案例：。
能源与环境玉屏名族中学安力(一)教学目标1.知识与技能（1）了解什么是常规能源，什么是新型能源（2）了解能源与人类生存环境的关系，使学生认识能源的合理利用与环境保护对可持续发展的重要意义2.过程与方法（1）通过指导学生分析事例，培养学生分析问题和理论联系实际的能力（2）通过指导学生阅读教材，培养学生的自学能力(3)未来的能源应该是安全、环保、高效的能源．对能源标准的讨论，将有助于学生树立有关能源的正确观点3.情感、态度与价值观（1）了解大量的能源消耗带来的全球性环境问题（2）提高学生的节能、环保意识（二）教学重难点重点： 1、能源、常规能源、可再生能源的教学2、能源和环境之间的关系难点：能源和环境之间的关系（三）教学过程引入热力学第二定律告诉我们，很多与热现象有关的物理过程都是不可逆的。
涉及内能的能量转化过程具有方向性，这在上一节已经提到过了。
在本节，我们讨论这种方向性的现实意义。
一、能源一段木料燃烧后化为灰烬，能够释放给我们所需要的能量。
然而，灰烬却不能立即被合成而成为一段木料。
但是，我们至少可以将灰烬作为肥料施在一颗小树苗上，促成它长成一段未来的木料，以供人类（可能是种树、施肥者的子孙，也可能是别人的子孙）再次燃烧。
在这一人与资源的交互行为中，我们会发现，首先，能量转化的方向性并没有被破坏，也就是说，热力学第二定律仍被得到尊重。
其次，这将形成了一个循环，因为只要时间足够，让树苗成长成为木料的数目大于我们燃烧木料的数目，它就不会破坏需求与资源的动态平衡关系。
其三，在这个循环中，必须要有第三者参与——如果没有太阳的光合作用，循环就终止了——所以人与资源（树木）之间并不是“今天你给我，明天我还给你”的关系（我们与其说在燃烧树木，还不如说是在利用储存的太阳能）。
其四，这种循环还有一种隐忧，那就是：灰烬“成为”树木的速度要远远小于树木变成灰烬的速度，表面的平衡是以内部数量上的不平衡为代价的。
以上的四点中，第三点事实上已经决定了循环“返回”过程的速度（不能由人类操控），第二点和第四点则意味着人类的行为、世界观对“平衡”能否被破坏有着直接的关系。
在工业化时代到来之前，人们过着田园牧歌式的生活，没有电器、没有汽车、没有空调，人类使用大自然的资源只是为了满足最基本的生活需求，因此，这种“平衡”没有被破坏。
随着工业化时代的到来，这种状况立即显现出危机，循环就要被终止了。
于是，人们想到了地底下的资源：煤和石油。
他们提供的能量很有用，燃烧的速度和效能和木材相差无几。
但是，形成煤和石油的速度比长成树木的速度，就不能同日而语了！可以这样说，人们自从使用煤的第一天起，就没有想到一个可能形成循环的问题，更不用说什么平衡了。
所以，煤和石油事实上是一种坐吃山空的资源：我们今天用得越多，我们的子孙将来可以使用的就越少。
在不久的将来，人们用完了所有的煤和石油，会怎么办？这是一个令社会学家睡不安枕的问题。
然而，经济学家们却不这样看。
经济学教授给学生们讲课，出了这样一个题目：地底下现有石油储量X吨，近五年的开采量是Y吨/年，请预测石油将在多少年后被开采完？有的学生开始用计算器摁键：X/Y = ? …这样的学生被认为是经济学的盲者。
教授的观点是：永远也开采不完。
因为，随着石油储量的减少，开采的成本会加大，成本大于销售价格时，市场规律决定了人们在也不会去开采石油了。
此时石油存在事实已经失去了利用价值，任它在地底下沉睡多少年也和我们没有关系了。
那么人们会使用什么能源呢？巨大的市场潜力和利润空间将驱使人们去研究一种石油的替代品。
因此，能源的危机也就解决了。
是社会学家们悲天悯人，还是经济学家们盲目乐观？这需要我们冷静地去判断。
至少，以下的一些事实可以显示，这两派观点都有一定的道理——世界上石油储量最大的中东地区一直是发达国家关注的焦点，外交、军事莫不围绕着这片从地表上看毫无魅力的区域打转。
世界警察（美国）和他的随从们最愿意去管中东的事情：两次海湾战争、伊拉克战争等等…说明能量消耗巨大的富国们对石油的心痛程度。
令以一方面，“替代品”——新能源的研发、形式层出不穷。
1、水能：水作为能量的载体，被太阳能驱动地球上三栖（水、陆、空）循环。
地表水的流动时，在落差大、流量大的地区，形成可利用的水能资源。
目前世界上水力发电还处于起步阶段。
2、海洋能：由于地球受月球和太阳引力的周期性不均衡，海水发生非气候性的涨潮和落潮现象，形成潮汐。
潮汐蕴含着巨大能量，既可以用来推动机械装置，又可以用来发电。
此外，由于海水表层和深层间的存在很大的温差，利用这种温差也可以发电（*因为水的沸点与气压有关，如果建造一个装置，用抽真空的方法使表层的海水在20摄氏度时汽化，并推动汽轮机，再将深层的冷水提上来使蒸汽冷却，如此周而复始，就可以发电了。
除这种方法外，还可以用低沸点的流体如丙烷和氨来作为热机的工作介质）。
法国已经建成了世界上第一座温差发电站，发电容量为14,000kW。
3、风能：利用风的机械能发电，风能是一种重要的自然能源。
据有关专家估算，在全球边界层内的总能量为1.3×1015瓦，一年中约为1.4×1016千瓦时电力的能量，相当于目前全世界每年所燃烧能量的3000倍。
其中1/10为可取用的极限量。
风能的优点是：总能量巨大，利用简单、无污染、可再生。
缺点是：能量密度低（当流速同为3米/秒时，风力的能量密度仅为水力的1/1000）、不稳定性大，连续性、可靠性差，时空分布不均匀。
4、生物质能：利用厌氧微生物在密闭条件下分解（废弃）有机物，产生沼气，沼气具有很高的热值，燃烧后生成二氧化碳和水，不污染空气，不危害农作物和人畜健康。
生成沼气的原料本身就是各种废弃物，生产过程可以减少（有机物）垃圾的数量。
在农村到处可以看到许多生物质的废弃物，如人畜粪便、秸秆、杂草和不能食用的果蔬，等等。
将这些废弃物收集起来，经过细菌发酵可以产生沼气，用沼气做燃料和照明，也可以发电。
5、太阳能：太阳能是一种可广泛利用的清洁能源。
我们目前的利用方式主要是两种——一是将阳光聚焦，将光能转化为热能（传说阿基米德就曾经利用聚光镜反射阳光，烧毁了来犯的敌舰）。
在日照充分的地方，人们在生产和生活中已大量使用太阳灶、干燥器和太阳能热水器（太阳能热水器的构造要简单的多。
因为不需要它产生太高的温度。
在大多数情况下，可以将太阳能热水器的集热器制成箱式、蛇型管式、直管式、平板式或枕式，通过管道与水源和储水箱相连。
太阳能热水器在我国北方比较常见）。
二是将太阳能转化为化学能，再用化学能发电。
比较常见的光电池是硅电池（它能将13%-20%的日光能转化为电能）。
许多电子计算器和其他小型电子仪器现在已经采用太阳能电池供电，人造卫星和宇宙飞船更是主要依靠太阳能电池来提供电力。
但是阳光在达到地面以前要经过大气的反射、散射和吸收，能量损失较大，加上阴天、昼夜变化和雨雪等降水过程的影响，目前地面上利用日光发电受到一定限制。
无论是生物质能、风能，还是水力、温差和潮汐能，归根结底都是太阳能的转化形式。
即使矿物燃料，也是通过生物的化石形式保存下来的亿万年以前的太阳能。
6、地热能：用地热采暖、将地热用于农业、水产养殖业、工业生产等，在全世界范围内受到关注。
（从直接利用地热的规模来说，最常用的是地热水淋浴，占总利用量的1/3以上，其次是地热水养殖和种植约占20%，地热采暖约占13%，地热能工业利用约占2%）。
利用地热能，占地很少，无废渣、粉尘污染，用后的弃（尾）水既可综合利用，又可回注到地下储层，达到增加压力、保护储层、保护地热资源的双重目的。
*据美国地热资源委员会（GRC） 1990年的调查，世界上18个国家有地热发电，总装机容量5827.55兆瓦，装机容量在100兆瓦以上的国家有美国、菲律宾、墨西哥、意大利、新西兰、日本和印尼。
我国的地热资源也很丰富，但开发利用程度很低。
主要分布在云南、西藏、河北等省区。
除以上利用外，从热水中还可提取盐类、有益化学组分和硫磺等。
7、核能：铀在自然界中有三种放射性同位素：U235、U238、U234，在衰变过程中放出热量。
在军事上铀主要用来制造核武器和核动力燃料。
铀的和平用途十分广泛，其中最主要的是用作核电反应堆的燃料。
由于核电具有发电成本低、对环境污染小和安全等优点，世界各国，尤其是工业发达的国家和地区都大力发展核电，估计到2000年核电将达到世界总发电量的25%左右。
我国已建成秦山、大亚湾核电站，目前还有多处正在筹建。
铀裂变时产生的同位素及其射线，在工农业生产和科学技术领域中有广泛的用途。
例如，在工业上利用射线实现生产自动控制，无损伤检查等；在农业上利用射线培育良种，防止病虫害等；在医学上用于灭菌消毒，临床诊断及治疗；在地质勘探工作中用来找矿等等。
从种种迹象看来，能源危机的解决也许并不是难事。
但这是不是就意味着人类可以高枕无忧呢？答案是否定的——二、环境可以说，自打人类寻找到木材的替代品——煤和石油开始，就已经意识到了“替代”绝不就是“等同”。
我们前面说过，木料的灰烬能够作为肥料施在小树下，这样就促进了循环的完整与良性发展，而煤渣并不能做到这一点。
也许学过化学的我们会说，煤和石油的衍生物也可以制成肥料，但是，请大家不要忘了，木料的灰烬可以被大自然“照单全收”地降解、燃烧的二氧化碳也是植物（新树苗）呼吸作用的必须，可煤燃烧的废渣、石油的衍生物（塑料等）却不能或很难被降解，他们燃烧的废气（二氧化硫等）是天怨人怒的有害物质（石油燃烧的废气还是城市人们致癌的罪魁祸首）。
所以说，垃圾问题、大气问题，共同构成了——环境问题。
在新的能源中，环境问题是不是彻底解决了呢？从前面介绍的1~6种能源中，人们确实充分考虑了这个问题，理论上是不会有环境问题的。
但是，不知大家注意到了没有，它们都会受自然条件和资源条件的制约（没有风，风车能转吗？太阳能需要面积，你能把热效应管架在别人的房子上去吗？潮汐能需要海岸线的长度，你去侵略别人的海域吗？）。
随着人们需求的增长，可以说，这前6能源的供应量必然不能满足要求，所以第7种能源成为人们关注的焦点：核能（因为它有一个突出的优点，那就是能量巨大）。
在发达国家，核能的使用量日益增多…但是，核能的直接或潜藏的环境问题比煤合石油的要严重得多…人类要在以上问题中寻求一种协调与和谐，在调整需求意识、珍惜资源、科研开发等多个方面都有工作要做。
无论今后大家会致力于哪一方面的工作，今天的意识形成都会大有必要。
三、小结本节我们介绍了能源于环境的问题，通过介绍，希望大家能够了解：1、能量和能源是两回事；2、非再生能源和可再生能源是两回事；3、人类不能打破与环境的和谐，破坏环境等于摧毁自己的生存家园。
（四）作业阅读教材；《优化设计》P68“同步练习”部分，做在书上。
