师：同学们好，这节课我们一起来学习能源与可持续发展。之前我们学习了电路中的能量转化，同学们回忆一下，在电路中能量发生了怎样的转化呢？

　　生：在电路中，电源将其他形式的能转化为电能，外电路的负载又将电能转化为内能、光能和机械能。

　　师：非常好。前面学习的机械能守恒定律告诉我们，做机械运动的物体具有动能和势能，两者之间可以发生相互转化。同学们，你还能举出生活中一些能量转化的例子吗？大家可以跟着老师给出的一些图片进行思考。看这组图，沐浴在阳光下的植物发生了怎样的能量转化呢？

　　生：植物在阳光的照射下发生光合作用，会将太阳能转换为化学能。

　　师：没错。再看第二组图片，民以食为天，人们摄入各种食物，这里面发生了怎样的能量转化呢？

　　生：将食物中的化学能转化为机械能和内能。

　　师：很好。如果去过海边，大家一定看过风车，这些风车是干什么的呢？

　　生：是用来发电的风车，在风力作用下，会将风能转化为电能。

　　师：对。这个图片大家也不陌生，这是水力发电站，这里面能量是怎么转化的呢？

　　生：水利用落差将重力势能转化为电能。

　　师：非常棒。动车，相信大家都坐过，它在电力的牵引下发生了怎样的能量转化？

　　生：将电能转化为机械能。

　　师：没错。那煮熟的鸡蛋，我们把它们放入冷水中冷却，鸡蛋和水的能量发生了怎样的变化呢？

　　生：这里面能量没有发生转化，热的鸡蛋会将部分的内能转移给冷水，是内能在鸡蛋和冷水之间发生了转移。

　　师：很好。不同的能量之间可以发生相互转化，能量还可以在两个物体之间发生转移。早在19世纪，就有不少科学家致力于研究能量的转化和转移，发现能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体。而在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变，这就是能量守恒定律。德国物理学家迈尔是第一个发表能量守恒定律的人。英国物理学家焦耳为能量守恒定律的建立提供了坚实可靠的实验基础。德国物理学家赫尔姆霍兹进行了严格的数学描述并总结推广，得出能量守恒定律是普遍适用于一切自然现象的基本规律之一。那现在有人说，既然能量是守恒的，不会凭空消失，为什么我们还要节约能源？

　　生：（思考）

　　师：我们平时都有这样的经验，把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会鸡蛋的温度降低了，水的温度升高了，最后水和鸡蛋的温度相同。大家想一想，是否可能发生这样的现象：原来温度相同的水和鸡蛋，过一会儿水的温度自发地降低了，而鸡蛋的温度却上升了，最后鸡蛋自然熟了呢？

　　生：这种现象不可能发生，虽然这样的过程并不违背能量守恒定律，但是却不可能存在。

　　师：对，科学家们研究发现，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。热量从高温物体传给了低温物体，这个过程是正向的。如果热量再从水传给鸡蛋，而使鸡蛋的温度升高，那就是逆向的。事实上这个现象是不可逆的，热量不可能自发地从低温物体转移到高温物体。下面请大家思考这样一个问题，家里的电冰箱通电后，内部的温度降低，它将热量从低温物体传到了温度更高的环境中去啦。那么为什么冰箱会实现这一过程？

　　生：冰箱通电以后内部的温度才会降低，它借助于压缩机实现了这一过程，也就是说如果要使热量从低温物体转移到高温物体，就需要消耗其他形式的能量。如果没有压缩机的参与，那么这一过程是没办法自发进行的。

　　师：非常好。自然界的宏观过程具有方向性，热量可以自发地由高温物体传递给低温物体，但是逆过程不会自发进行。这是一座房屋的红外线照片，我们观察室内外的颜色，可以看出，由于取暖和使用电器，室内温度比室外高，热量会自发地散失到室外的环境中，而散失出去的热量不能自动聚集起来。燃料燃烧时，一旦把自己的热量释放出去，它就不会再次聚集起来供人类重新利用。电池中的化学能转化成电能，又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质吸收后变为周围环境的内能。我们从石油中提炼出汽油，内燃机把汽油中储存的化学能转换为汽车的机械能和内能。我们无法把这些内能收集起来重新利用，这种现象叫做能量的耗散。从可被利用的角度来看，化学能、机械能、电能属于高品质能量，而耗散到环境中的内能由于不能重新收集利用，属于低品质能量。能量的耗散表明在能源的利用过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上却降低了，从便于利用的高品质能量变成了不便于利用的低品质能量。这也是能源危机的深层次含义，也是自然界的能量虽然守恒，但我们还是要节约能源的根本原因。

　　刚才我们提到能源是人类社会活动的物质基础，人类对能源的利用大致经历了三个时期。第一个柴薪时期，出现在五六十万年前，火的使用是人类在能源利用上的第一个里程碑，它使人类脱离了茹毛饮血的时代。第二个时期是出现在2000年前的煤炭时期，蒸汽机的广泛使用带动了工业革命和资本主义社会的成长。第三个是石油时期，出现在19世纪80年代，内燃机的发展推动了19世纪末20世纪初开始的机械化和电气化进程。煤炭、石油、天然气等我们称之为常规能源。工业革命以来，常规能源的大量使用对环境造成了严重的污染，那么同学们知道已经产生了哪些污染呢？提到环境污染，大家一定会想到温室效应，那么同学们知道什么是温室效应？温室效应是怎样形成的呢？它对地球又产生了什么样的危害呢？

　　生：太阳短波辐射透过大气到达地面，被地表吸收，地表受热后向外放出长波热辐射。大气中的二氧化碳、甲烷、一氧化二氮以及水蒸气等气体几乎能吸收所有长波热辐射，从而使地表和低层大气的温度升高，相当于大气起到了保温的作用。而石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，由此加剧了温室效应，使得两极冰雪融化，海平面上升，许多动物无家可归，海水到达陆地形成海水倒灌。

　　师：非常好。除了温室效应，我们所熟悉的还有酸雨。石油和煤炭中常常含有硫，燃烧时形成的二氧化硫等物质使雨水的酸度升高，从而形成酸雨。酸雨落在西瓜上，西瓜表面被腐蚀得密密麻麻，这是被酸雨破坏的森林。不仅如此，酸雨还会腐蚀建筑物，酸化土壤。除了温室效应和酸雨，有没有同学还知道有一种污染叫做光化学烟雾污染？

　　生：内燃机工作时的高温使空气和燃料中的多种物质发生化学反应，产生氮的氧化物和碳氢化合物。这些化合物在大气中受到紫外线的照射，产生二次污染物质，即光化学烟雾。这些物质有毒，会引起人的多种疾病。1943年夏季，洛杉矶发生光化学烟雾事件，使得该市大多市民患了眼红、头疼等疾病。1955年和1970年，洛杉矶又两度发生该类事件，分别有400多人死亡和全市3/4的人患病。