问题导入

能源是人类赖以生存和发展的物质基础。地球上的能量，绝大部分直接或间接来源于太阳。太阳的热核反应（图4-3-1）释放出巨大的能量，为地球提供了用之不竭的能源。在漫长的农业文明时代，薪柴作为主要的能源，供给人类生活和生产所需要的能量。18世纪，蒸汽机的发明和广泛使用，使煤炭成为最重要的能源，由此拉开了第一次工业革命的序幕。19世纪，发电机问世，煤炭被转换成易于输送和利用的二次能源——电能。随后，内燃机的发明使石油的消费量逐渐超过煤炭。20世纪，核物理学的发展促进了核能的开发（图4-3-2），通过核能发电，从地球自身蕴藏的核燃料中获取能量，开辟了能源利用史上的新纪元。

能源的开发与利用促进了人类文明的发展，但也带来了困扰人类的能源危机、环境污染等问题。我们的社会怎样才能做到可持续发展呢？

图4-3-1　热核反应

图4-3-2　核能发电

1.能量转化和转移的方向性

能量守恒定律指出，能量不能被创造或消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从一种形式转化为另一种形式。在大多数情况下，能量最终都转化为内能。

汽车由飞驰到静止，其动能转化成内能散发到周围的空间中，这些散发出去的内能不可能自动地全部聚集起来，使汽车重新开动。小朋友荡秋千，如果自己不用力，也没有外人助力，给他持续补充能量，空气阻力及秋千受到的摩擦力就会使秋千逐渐减小摆动的幅度，直到最终停下。在这个过程中原有的机械能最终都转化为内能，这些内能同样不可能被重新利用，并全部再变为机械能，使秋千恢复到原来的摆动幅度。如果将一块冰拿在手里，会感到冰冷刺骨，而冰开始逐渐熔化，在这一过程中，内能从温度较高的手上转移到了温度较低的冰上（图4-3-3）；当你用手握住装着热水的玻璃杯时，会感到自己的手很快变热，这是因为内能从温度较高的水中转移到温度较低的手上。可见，内能总是自动地从高温物体向低温物体转移。

图4-3-3　手里的冰块熔化

可见，能量转化和转移是有方向性的。

2.能源的开发和可持续发展

由能量守恒定律可知，能量不能无中生有。在许多情况下，能量的利用过程是不可逆的，总会有很多能量无法重新利用。因此，珍惜现有的能源，尽量提高现有能源的利用效率，人人有责。

追溯历史，人类从原始蛮荒步入现代文明的每一步，都和能源的利用息息相关。首先，是火的发现和利用，在大约50万年以前，生活在周口店一带的北京猿人便开始使用火了。其次，是畜力、风力、水力等自然动力的利用。接下来，是煤炭、石油等燃料的开发和地热的利用。19世纪70年代，电力的开发与应用使电力工业迅速发展。20世纪中期，人们又开始了原子核能的开发利用。

与此同时，发展带来了严重的环境问题。这让人们产生了深深的忧虑和困惑。伴随着能源的大量消耗，不知不觉中已经对我们的生存环境造成了严重的破坏。煤炭、石油的开采会造成耕地减少和水资源污染。煤炭、石油的大量消耗导致大气中的二氧化硫、二氧化氮等有害气体排放量增加。这些气体不仅造成空气污染，直接影响人类健康，还可能形成酸雨、光化学烟雾等二次污染物，加重环境污染的范围和规模。二氧化碳等温室气体的大量排放导致温室效应，引起全球平均温度升高，使全球气候系统紊乱，洪水、干旱、飓风等自然灾害增多（图4-3-4）。

图4-3-4　环境污染带来的危害

随着人们对社会发展、全球环境等问题认识的加深，可持续的能源生产和消费已成为人类社会可持续发展的重要前提之一。

1987年，联合国世界环境与发展委员会提出了人类社会可持续发展的概念，即发展不仅应满足当代人的需要，还应考虑不损害后代的需要。因此，保护人类赖以生存的自然环境和自然资源，已成为当今世界共同关心的全球性问题。而目前的环境问题，有很大一部分是由于能源工业的发展，特别是矿产能源的不合理利用引起的。因此，改变能源结构，提高能源利用效率，开发和推广清洁能源，减少环境污染，已成为当务之急。可持续发展要求把发展多元结构的能源系统作为今后世界能源发展的战略，也就是要注意开发多种能源资源。目前，全球范围内，研究开发太阳能、风能、海洋能等新能源（图4-3-5）受到广泛关注。

图4-3-5　新能源的开发

随着人们对社会发展、全球环境等问题认识的加深，可持续的能源生产和消费已成为人类社会可持续发展的重要前提之一。

可持续发展还包括注重各种节能新技术的发展。节约能源是人类社会可持续发展的重要方面。为了推动全社会节约能源，提高能源利用效率，保护和改善环境，我国提出实施“节约与开发并举，把节约放在首位”的方针，专门制定了《中华人民共和国节约能源法》（现在施行的是2018年第二次修正的《节约能源法》），将节约能源定为我国的基本国策。

STS

常用家电节能措施

空调：根据房间大小选购功率适合的空调；将空调机安置在房屋背阴处；每月检查和清洗一次过滤网。

电冰箱：确保冰箱门密不透气；清洁冰箱背面的冷凝器；使冰箱远离其他电器，四周留出足够的空间以便空气流通。

洗衣机：只用于满负荷洗涤；合理使用温水和冷水，仅用热水洗涤较脏的衣物。

烤箱：用玻璃器皿盛食物可以在相对较低的温度下烹熟；选用与炉体尺寸匹配的盒子。

热水器：将热水器和水管用绝热材料包装；使用低流量淋浴头。电脑：不用时及时关闭电脑或设置为节电模式。

习　题

1.根据人类开发能源的历史，阐述能源利用和社会发展的关系。

2.能源的不合理利用可能引发哪些环境问题？

3.谈一谈你对解决能源短缺和环境污染问题的看法和建议。

思考与练习

一、填空题

1.凡是与温度有关的现象，都叫作__________现象，温度反映了分子无规则运动的____________。

2.物体的内能就是物体内部所有的________________与____________之和。改变物体内能的方式有____________和_____________两种。

3.压扁的乒乓球放在热水里泡一会儿，会重新鼓起来，是因为________________。

4.物体的_______________的改变量等于外界对物体所做的功和物体从外界吸收的热量之和，这个关系叫作_____________。

5.能量既不会凭空______，也不会凭空_________，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体_______到另一种物体；在转化或转移的过程中，其__________保持不变。这个结论叫作___________________。

二、选择题

1.关于物体的内能，下列说法正确的是（　）。

A.温度相同的同种气体，它们的内能一定相等

B.体积相同的同种气体，它们的内能一定相等

C.机械能越大的物体，内能越大(www.daowen.com)

D.物体的内能与物体的温度和体积都有关系

2.图4-1为电冰箱的工作原理图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内、外管道中不断循环。下列说法正确的是（　）。

图4-1　电冰箱工作原理

A.在冰箱内的管道中，制冷剂迅速膨胀并吸收热量

B.在冰箱外的管道中，制冷剂迅速膨胀并放出热量

C.在冰箱内的管道中，制冷剂被强烈压缩并吸收热量

D.在冰箱外的管道中，制冷剂被急剧压缩并放出热量

3.关于物体的温度、内能和热量，下列说法中正确的是（　）。

A.物体温度越高，所含的热量也越多　B.物体内能越大，热量越多

C.物体的温度越高，其分子平均动能就越大　D.物体温度不变，其内能也不变

4.下列说法中正确的是（　）。

A.用手捏面包，面包体积缩小了，证明分子间有间隙

B.打开香水瓶后，在很远的地方能闻到香味，证明分子在不停地运动

C.封闭在容器中的气体很难被压缩，证明分子间有斥力

D.封闭在容器中的液体很难被压缩，证明分子间有斥力

5.关于热量、功、内能，下列说法中正确的是（　）。

A.热量、功、内能的物理意义等同

B.热量、功都可以作为物体内能的量度

C.热量、功、内能的单位不相同

D.热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的

6.以下过程不可能发生的是（　）。

A.对物体做功，同时物体放热，物体的温度不变

B.对物体做功，同时物体吸热，物体的温度不变

　C.物体对外做功，同时放热，物体的内能不变

D.物体对外做功，同时吸热，物体的内能不变

三、判断题

1.布朗运动就是分子的无规则运动。（　）

2.气体的体积就是所有气体分子体积之和。（　）

3.静止的物体没有内能。（　）

4.用锯锯木材，锯的温度升高，说明做功可以使物体温度升高，增加物体的内能。（　）

5.热传递会使物体内能增加，而做功只可以改变物体的机械能。（　）

四、计算题

1.一定质量的空气，在一次状态变化过程中，从热源吸收2.66×105J的热量，内能减少4.18×105J，在此过程中是它对外做功还是外界对它做功？功是多少？

2.用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做了900J的功，同时汽缸向外散热210J，汽缸中空气的内能改变了多少？

3.汽缸中的气体膨胀时推动活塞向外运动，若气体对活塞做的功是6×104J，气体的内能减少了8×104J，则在此过程中气体是吸热还是放热？吸收或放出了多少热？

情境小结

一、分子动理论

1.分子动理论的基本观点有哪些？

2.气体产生压强的原因是什么？

3.温度的微观意义是什么？

4.什么是内能？

二、能量守恒定律

1.热力学第一定律的内容是什么？

2.能量守恒定律的内容是什么？

三、能源与可持续发展

1.能源的开发和利用对环境产生哪些影响？

2.目前正在开发的新能源有哪些？