谈能量转化与守恒定律

谈能量转化与守恒定律

能量转化与守恒定律：能量既不能创生，也不能被消灭，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上，而总的能量始终保持不变。这就是能的转化与守恒定律——简称能量守恒定律。

作者从教已经有27年了，每次讲完能量转化与守恒的内容后，总感到有很多缺憾，一直想对其中的内容实行一些研究，但始终无从下手。通过对物理学年谱的分析，并仔细阅读了郭奕玲、沈慧君所著的《物理学史》一书中相关内容，同时，分析了同一时期西方近代史、中国近代史，以及部分哲学家的思想，颇有收益，现整理成文后，供大家参考，其中多有不对之处，请大家批评指正。

这篇文章中，作者想尝试说明五点内容：1、定律的形成过程；2、影响定律描述的因素；

3、定律对社会发展的作用；

4、定律与“低碳”；

5、定律与解决物理问题的新方法等五个方面的问题。

一、能量转化与守恒定律的形成过程

19 世纪40 年代以前，自然科学的发展为能量转化与守恒原理奠定了基础。主要从以下几个方面作了准备。

1．力学方面的准备

早在力学初步形成时就已有了能量守恒思想的萌芽。例如，1590年，伽利略研究斜面问题和摆的运动中，理解到物体自由降落所达到的速度能够使它回到原高度。斯梯芬(Stevin，1548—1620)研究杠杆原理，惠更斯研究完全弹性碰撞等都涉及能量守恒问题。17 世纪法国哲学家笛卡儿已经明确提出了运动不灭的思想。以后德国哲学家莱布尼兹(Leibniz，1646—1716)引进活力(Visviva)的概念，首先提出活力守恒原理，他认为用mv2 度量的活力在力学过程中是守恒的，宇宙间的“活力”的总和是守恒的。D．伯努利(DanielBernoulli，1700—1782)的流体运动方程实际上就是流体运动中的机械能守恒定律。永动机不可能实现的历史教训，从反面提供了能量守恒的例证，成为导致建立能量守恒原理的重要线索。

至19 世纪20 年代，力学的理论著作强调“功”的概念，把它定义成力对距离的积分，

并澄清了它和“活力”概念之间的数学关系，提供了一种机械“能”的度量，这为能量转换建立了定量基础。1835 年哈密顿(W.R.Hamilton，1805—1865)发表了《论动力学的普遍方法》一文，提出了哈密顿原理。至此，能量转化与守恒定律及其应用已经成为力学中的基本内容。

2．化学、生物学方面的准备

法国的拉瓦锡(https://www.360docs.net/doc/1615821783.html,voisier，1743—1794)和拉普拉斯(https://www.360docs.net/doc/1615821783.html,place，1749—1827)以前研究过一个重要的生理现象，他们证明豚鼠吃过食物后发出动物热与等量的食物直接经化学过程燃烧所发的热接近相等。德国化学家李比希(J.Liebig，1803—1873)的学生莫尔(F．Mohr，1806—1879)则进一步认为不同形式的“力”（即能量）都是机械“力”的表现，他写道：“除了54 种化学元素外，自然界还有一种动因，叫做力。力在适当的条件下能够表现为运动、化学亲和力、凝聚、电、光、热和磁，从这些运动形式中的每一种能够得出一切其余形式。”他明确地表述了运动不同形式的统一性和相互转化的可能性。

3．热学方面的准备

伦福德伯爵(CountRumford，原名本杰明·汤普森BenjaminThompson，1753—1814)在18 世纪末，做了一系列摩擦生热的实验攻击热质说。他仔细观察了大炮膛孔时的现象，1798 年1 月25 日在皇家学会宣读他的文章：“最近我应约去慕尼黑兵工厂领导钻制大炮的工作。我发现，铜炮在钻了很短的一段时间后，就会产生大量的热；而被钻头从大炮上钻下来的铜屑更热（象我用实验所证实的，发现它们比沸水还要热）。”伦福德分析这些热是因为摩擦产生的，他说：“我们一定不能忘记，在这些实验中，由摩擦所生的热的来源似乎是无穷无尽的。”伦福德的实验引起不小的反响。在他的影响下，有一位英国化学家戴维(HumphryDavy，1778—1829)，曾在1799 年发表了《论热、光及光的复合》一文，介绍了他所做的冰块摩擦实验，这个实验为热功相当性提供了有说服力的实例，激励更多的人去探讨这个问题。4．电磁学方面的准备

19 世纪二、三十年代，电磁学的基本规律陆续发现，人们自然对电与磁、电与热、电与化学等关系密切注视。法拉第(MichaelFaraday， 1791—1867)尤其强调各种“自然力”的统一和转化，他认为“自然力”的转变，是其不灭性的结果。“自然力”不能从无生有，一种“力”的产生是另一种“力”消耗的结果。法拉第的很多工作都涉及转化现象，如电磁感应、电化学和光的磁效应等。他在1845 年发表一篇讨论磁对光的作用的论文，表述了他对“力”的统一性和等价性的基本概念，他写道：“物质的力所处的不同形式很明显有一个共同的起源，换句话说，是如此直接地联系着和互相依赖着，以至于能够互相转换，并在其

行动中，力具有守恒性。”“力”的转化这个概念使他做出重要的发现。在电与热的关系上，1821 年塞贝克(Seebeck)发现的温差电现象是“自然力”互相转化的又一重要例证。后面还将提到焦耳(J.P.Joule，1818—1889)在1840 年研究了电流的热效应，发现i2R 定律，这是能量转化的一个定量关系，对能量转化与守恒定律的建立有重要意义。

能量转化与守恒定律的建立，经历了两个主要过程：

1、能量转化与守恒定律初步形成

19 世纪初，因为蒸汽机的进一步发展，迫切需要研究热和功的关系，对蒸汽机“出力”作出理论上的分析。所以热与机械功的相互转化得到了广泛的研究。埃瓦特(PeterEwart，1767—1842)对煤的燃烧所产生的热量和由此提供的“机械动力”之间的关系作了研究，建立了定量联系。丹麦工程师和物理学家柯尔丁(L.Colding，1815—1888)从事了摩擦生热的实验。俄国的赫斯(G.H.Hess，1802—1850)在更早就从化学的研究得到了能量转化与守恒的思想。1836 年赫斯向彼得堡科学院报告：“经过连续的研究，我确信，不管用什么方式完成化合，由此发出的热总是恒定的，这个原理是如此之明显，以至于如果我不认为已经被证明，也能够不加思索就认为它是一条公理。”至此，能量转化与守恒定律已初步形成。其实法国工程师萨迪·卡诺(SadiCarnot，1796—1832)早在1830 年就已确立了功热相当的思想，他在笔记中写道：“热不是别的什么东西，而是动力，或者能够说，它是改变了形式的运动，它是（物体中粒子的）一种运动（的形式）。当物体的粒子的动力消失时，必定同时有热产生，其量与粒子消失的动力精确地成正比。相反地，如果热损失了，必定有动力产生。”“所以人们能够得出一个普遍命题：在自然界中存有的动力，在量上是不变的。准确地说，它既不会创生也不会消灭；实际上，它只改变了它的形式。”

2、能量转化与守恒定律的确立

1807年，英国的托·杨首次把活力叫做能量。对能量转化与守恒定律作出明确叙述有重大贡献的，首先要提到三位科学家。他们是德国的迈尔(RobertMayer，1814—1878)、赫姆霍兹(Hermann vonHelmholtz，1821—1894)和英国的焦耳。能量转化与守恒定律是自然界基本规律之一。恩格斯对这个规律的发现给予崇高的评价，把它和达尔文进化论及细胞学说并列为三大自然发现。能量转化与守恒定律这个全面的名称就是恩格斯首先提出来的。完整的数学形式则是德国的克劳修斯（Rudoff Julius EmanuelClausius，1822—1888）在1850 年首先提出的。W.汤姆生（William Thomson，即开尔文，LordKelvin，1824—1907）在1851 年更明确地把函数u 称为物体所需要的机械能（mechanicalenergy），他把上式看成热功相当性的表示式，这样就全面阐明了能、功和热量之间的关系。1852 年，W.汤姆生进一步用动

态能和静态能来表示运动的能量和潜在的能量。1853 年兰金（W.J.M.Rankine，1820—1872）将其改为实际能和势能，他这样表述能量转化与守恒定律：“宇宙中所有能量，实际能和势能，它们的总和恒定不变。”1867 年在W.汤姆生和泰特（Tait）的《自然哲学论文》中将上述实际能改为动能，一直沿用至今。

能量转化与守恒定律不是一个科学家的成果，而是几个世纪中几乎所有科学家共同努力的结果，它指导和激励着人们持续地实行各项新的研究，推动社会的持续发展。

二、影响能量转化与守恒定律描述的因素

影响能量转化与守恒定律描述的因素，必须分析德国的迈尔(RobertMayer，1814—1878)、赫姆霍兹(Hermann vonHelmholtz，1821—1894)和英国的焦耳这三位科学家当时的思想与状况。对能量守恒定律最具有影响的是赫姆霍兹，原因是，焦耳注重与实验验证，对定律的具体描述更多注重的是其中的规律。迈尔虽然第一个完整地提出了能量转化与守恒原理，但是在他的著作发表的几年内，不但没有得到人们的重视，反而受到了一些著名物理学家的反对。因为他的思想不合当时流行的观点，还受到人们的诽谤和讥笑，使他在精神上受到很大刺激，曾一度关进精神病院，倍受折磨。因而，对定律的描述也不会产生很大的影响。所以，能量守恒定律的描述，主要看赫姆霍兹当时的思想。赫姆霍兹曾在著名的生理学家缪勒(Johannes Müller)的实验室里工作过多年，研究过“动物热”。他深信所有的生命现象都必得服从物理与化学规律。他早年在数学上有过良好的训练，同时又很熟悉力学的成就，读过牛顿、达朗贝尔、拉格朗日等人的著作，对拉格朗日的分析力学有深刻印象。他的父亲是一位哲学教授，和著名哲学家费赫特(Fichte)是好朋友。海曼·赫姆霍兹接受了前辈的影响，成了康德哲学的信徒，把自然界大统一当作自己的信条。

康德（1724－1804）德国古典唯心主义哲学创始人。主张在人的意识之外有“自在之物”，是不可理解的“本体”，人所理解的仅仅现象。即告诉人们，事物本身与人所看到的事物是不同的，人类永远无法确知事物的真正面貌。人的理解有三个阶阶段：感性、知性、理性。认为各种因果律是人类理性的结果，既反对绝对的因果关系，也推翻了休谟因果律并不存有的观点。正是因为这些影响，使得赫姆霍兹在具体描写中抛开了对研究对象的叙述，抛开了对各种条件的叙述，使定律完全开放和完全包容。

1847 年，26 岁的赫姆霍兹写成了著名论文《力的守恒》，充分论述了这个命题。这篇论文是1847 年7 月23 日在柏林物理学会会议上的报告，因为被认为是思辨性、缺乏实验研究成果的一般论文，没有在当时有国际声望的《物理学年鉴》上发表，而是以小册子的形式单独印行的。但是历史证明，这篇论文在热力学的发展中占有重要地位，因为赫姆霍兹总结

了很多人的工作，一举把能量概念从机械运动推广到了所有变化过程，并证明了普遍的能量守恒原理。这是一个十分有力的理论武器，从而能够更深入地理解自然界的统一性。

他的论文共分六节，前两节主要是回顾力学的发展，强调了活力守恒（即动能守恒），进而分析了“力”的守恒原理（即机械能守恒原理）；第三节涉及守恒原理的各种应用；第四节题为“热的力当量性，”他明确地摒弃了热质说，把热看成粒子（分子或原子）运动能量的一种形式。第五节“电过程的力相当性”和第六节“磁和电磁现象的力相当性”讨论各种电磁现象和电化学过程，特别是电池中的热现象对能量转化关系实行了详细研究。文章最后提到能量概念也有可能应用于有机体的生命过程，他的论点和迈尔接近。

赫姆霍兹在结束语中写道：“通过上面的叙述已经证明了我们所讨论的定律没有和任何一个迄今所知的自然科学事实相矛盾，反而却引人注目地为绝大部分事实所证实。??这定律的完全验证，也许必须看成是物理学最近将来的主要课题之一。”这充分说明了定律在建立时有着把自然界大统一思想，也使得定律完全开放与包容，同时，也使得定律具有比较浓厚的哲学味道。

三、定律对社会发展的作用

1、把科学从哲学的范畴中逐步分离出来

从西方学术史看，科学是哲学的衍生物。后来，科学独立为与哲学并行的学科。科学与哲学有互动关系，科学产生知识，哲学产生思想。从某种意义上说，哲学更注重于未来，而科学更注重于现实。哲学是对个别的规律和特性实行新的概括和升华，从中抽象出最一般的本质和最普遍的规律；科学揭示的是自然、社会和思维某一具体领域的规律和奥秘。科学是哲学的基础，科学的进步推动着哲学的发展；哲学为科学提供世界观和方法论的指导。科学是通过精确的实验使自己逐渐从哲学的范畴中分离出来。那么，在历史上，它是怎样分离出来的呢？

实验科学为先导：意大利是文艺复兴的发源地，文艺复兴之后思想大解放的时期，人们的思想非常活跃。达·芬奇（Leonard da Vinci，1452—1519）不但是艺术家和工程师，还做过很多物理实验，主张在科学工作中多实行实验观察；波兰人哥白尼（Copernicus，1473—1543）主张日心说，公开向亚里士多德的信仰者挑战；弗兰西斯·培根（Francis Bacon，1561—1626）英国唯物主义哲学家，实验科学的始祖。主张用世界本来面目去理解自然，征服自然，提出“知识就是力量”的口号。大力宣传实验的重要性，极力反对经院哲学，为伽利略的工作鸣锣开道，能够说，他们是伽利略工作的前驱。

科学研究方法是基础：伽利略（1564—1642）出生在意大利一个贵族家庭里，从小爱好

文艺和科学。他所处的时代正值文艺复兴之后思想大解放的时期，受培根思想的影响，广泛地实行实验研究，并建立了科学研究方法，其步骤为：对现象的一般观察——提出假设——使用逻辑（包括数学）得出推论——通过实验对推论实行假设——对假设实行修正和推广。这个方法影响着着一代一代科学家，使科学逐渐从哲学的范畴中分来出来。到1704年，随着天文学、力学和光学的出现，物理学在十八世纪开始成为科学，为此做出杰出贡献的科学家就是英国的牛顿。从此以后，科学成为与哲学并列的独立学科，自身也逐步繁衍出多个学科分支。

从历史发展的角度来看，科学从哲学中分离出来，与能量转化与守恒定律并没有多大关系，更多是从运动现象、天体现象、光现象的研究中逐步独立出来的。但是，能量转化与守恒的研究，为科学家开启了更加广泛的实验途径。实验数量的大大增加和精确度要求的大大提升，使物理学成为越来越严谨，不同于哲学，有自己特色的学科。所以，我们能够说，能量转化与守恒定律的研究，确保了实验学科自身独特学科性质，即确保了科学与哲学的永固分离。

2、促动了社会制度的变革

能量转化与守恒定律的研究结果，它直接能够转化为技术，有的研究是直接从技术改革中得到的。所以，能量转化与守恒定律的研究过程，就是促动生产力发展的过程。对照《物理学年谱》、《西方近代史》、《中国近代史》，伴随着能量转化与守恒的研究过程，其中的科学实验与研究结果，持续地促动了当地生产力的发展，使这些国家快步进入了工业革命的机械化和电气化时代，成为世界上领先发展的国家。同时，也促动了落后的社会制度向先进的社会制度发展，促动了资本主义社会的高速发展。中国近代史是一部民族屈辱史，具有代表性的如：1842年8月29日，中英《南京条约》，1895年4月17日，中日《马关条约》，1900年12月27日，中德《辛丑条约》。其表面反映了因为科学技术的落后，而导致生产力的落后，从而使国家逐渐衰落，受人欺凌。其本质是腐朽没落的社会制度，严重防碍了生产力的发展。从历史对照分析中可知，能量转化与守恒定律的研究，直接促动了生产力的发展，促动了社会制度的变革。从中我们不难发现，社会制度决定着社会生产力能否发展，反之，生产力的发展也促动着社会的进步，甚至社会制度的变革。而生产力的发展渴求科技力量，首创的科技需要科学研究，因而，科学研究是促动生产力领先发展的首要因素。

3、遏止了有神论是发展

无形的能源承载在有形的物体上，既不能创生，也不能被消灭，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上，而总的能量始终保持不变。那么，人们

就不难想象，无形的灵魂承载在有形的肉体上也可能，既不能创生，也不能被消灭，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上，而总的灵魂始终保持不变。这似乎为各种教派的生存提供了理论上的支持。确实能量守恒定律的开放性和包容性使其涵盖了各个方面，但是，其实验性却十分有效地阻止了有神论的发展，因为，到当前为止，所有的有神论都无法完成确切有效的实验研究。

更何况，能量转化与守恒定律的后续研究发现，所有的能量经过各种转化后，最后都将成为内能（热能），而弥散在空中。从热力学第二定律来看，自发实行的分子运动（看不见的）总从有序向无序发展（不会逆向发展的）。假如灵魂存有，那一定是比分子更小的东西，所以它自发实行的过程也将是从有序向无序的发展过程，因而，只能散去，不可能在集合。除非有外界的力量，将它们再聚集起来，并恢复原状态。所以，任何有神论的学说，都一定存有一个像上帝一样，无所不在，无所不能的人物。而这个任务是否存有，都不能得到实验的证实。所以，能量转化与守恒定律的建立，较好地遏止了有神论的发展，有神论相关的学说已经逐渐被知识化的人们所抛弃。

这里也告诉人们，只有尊重科学，才能辨别真伪。但是，在这当中也存有着一定缺陷，要用科学实验来证明，这不是一件容易的事，需要较长时间的等待，这也是有神论在一定的时间内，甚至较长的时间内能够生存的原因。

综观我国宗教的发展，自从鸦片战争后，基督教、天主教大规模、有组织地传入我国，这是帝国主义伴随侵略的一种文化介入。在当前的和平年代，我们应该清楚的理解到，在辨别与接受各种教派的过程中，我们必须崇尚科学，仔细辨别其中的善与恶，真与伪。一个民族，如果不崇尚科学，就会使愚昧孳生，愚昧就如一种传染病，会持续自动蔓延。如果崇尚科学，虽然接受与辨别的过程可能比较长，但是，他用永远不会让愚昧孳生，从而不会被人愚弄。

四、能量转化与守恒定律与“低碳”

1、为什么要“低碳”?

讲到“低碳”，有人就立即寻找英语词汇，其实，中华民族应该具有自己的发言权，勤俭节约一直是我国的传统，“低碳”仅仅将节约赋予了更新更深刻的含义。能量转化与守恒定律并没有要求人们节约能量，因为各种能量之间是能够转化的，而这种转化似乎并没有什么具体的条件。那么，能量转化与守恒定律与“低碳”有什么关系呢？

能量转化与守恒定律的后续研究告诉我们，所以的能量最后都将成为内能，凡是涉及到

分子运动的能量（相对应的能量转化中一定有内能）转化，自发地实行是有方向性的（不可逆性）。因而，如果地球上的内能不能即时释放，地球上的内能（热能）将越来越多，从而地球越来越热。而热能的增加当今主要是通过碳C 的燃烧。所以，要控制地球温度的升高，就得控制碳的燃烧，从而控制二氧化碳的排放。那么，为什么要降低二氧化碳的排放呢？

这是因为，世界大气层和地表这个系统就如同一个巨大的"玻璃温室"，使地表始终维持着一定的温度，产生了适于人类和其他生物生存的环境。在这个系统中，大气既能让太阳辐射透过而达到地面，同时又能阻止地面辐射的散失，我们把大气对地面的这种保护作用称为大气的温室效应。造成温室效应的气体称为"温室气体"，它们能够让太阳短波（紫外线）辐射自由通过，同时又能吸收地表发出的长波（红外线）辐射。这些气体有二氧化碳、甲烷、氯氟化碳、臭氧、氮的氧化物和水蒸气等， 其中最主要的是二氧化碳。近百年来世界的气候正在逐渐变暖，与此同时，大气中的温室气体的含量也在急剧增加。联想到能源的大量消耗，使很多科学家都认为，温室气体的大量排放所造成温室效应的加剧，是世界变暖的基本原因。最更本的原因是，人类生存的空间必须保持基本平衡。作者觉得，事情并非这么简单。

所先，我们来分析地球上内能的来龙去脉，以及其中的变化因素。地球上内能的主要来源无疑是太阳，地球与任何物体一样，具有反射外来辐射和向外辐射内能的本领，并且，自身温度高，向外辐射多，温度低向外辐射少，同时，地球本身具有一定的调节功能，各种植物通过光合作用，把内能转化为化学能储存起来，各种动物又把各种能量转化为维持生命的能量（储存）和内能（释放）。

太阳对地球辐射的能量，我们能够通过理想黑体的模型来估算。已知，太阳的半径为R 0=6.96m 810?，太阳到地球的距离为d=m 11105.1?，地球的半径为R E =6.4m 6

10?，假设太阳表面的温度为T S =6000K 。则

由40T M σ= 太阳的辐射总功率为

地球接受到的功率为

)

(1047.4)1096.6(460001067.544262

84820420W R T R M P S S S ?=?????===-ππσπ

)(1000.2)10

496.11037.6(1047.4)(4172116

26222W d R P R d

P P E S E S E ?=???====

ππ 这个结论是否符合实际呢，我们能够实行下列检验：把地球看作黑体，则

24244E E E E E R T R M P πσπ==，则，地球达到热平衡时的温度

)(290)

1037.6(41067.51000.24426817

42K R P T E E E =?????==-ππσ （说明：为什么地球辐射功率中不考虑地球内部自己产生的热功率，原因是，地球内部自己产生的热功率与太阳的辐射相比，几乎能够忽略）。这个估算的结果与现实是基本一致的。所以，地球受太阳辐射的功率大约为2W 1710?，是能够接受的，它相当于地球上60亿人口平均每人消耗3万千瓦，这是非常大的数据，不是人类能够实现的。

我们再来实行一项估算：即使不考虑地球对外辐射，让太阳的辐射功率全部使地球加热，已知地球的质量为6Kg 2410?，地球上物质的平均比热容取4.2C kg J ???/103，则根据简单计算能够得出地球每升高1oC，也需要大约5000年时间。

这说明世界在短期内转暖，并不是整个地球的升温，而是局部的温度升高，整个地球的温度基本是稳定的，它主要决定于太阳。而太阳对地球的辐射作用与地球对外的辐射，在人类研究地球变化的时间内是相对稳定的。地球上局部升温的因素主要在地球自身。地球自身的因素也很多，其中，很多自然现象是人类无法控制的，我们只能从人为制造热量的角度去思考，并理解主要是哪部分在升温呢。

当前，世界能源消耗按照石油来计，已经达到近100亿吨/年，石油的燃烧值约

4.5×107J/kg 。这些能源都在地球表面被消耗，热量绝大部分都进入了大气，我们来估算大气升温的情况，地球表面大气的总质量约为

5.2kg 1810?，大气在常温下的比热容约为1.0×103J/kg ·oC 。根据上述数据，我们能够估算出，每年消耗这些能源，能够使地球的大气温度约升高0.087 oC/年左右，这比专家们估测的地球平均气温上升速度要大的多。专家们测出：1981～1990年世界平均气温比100年前上升了0.48℃（约0.0048℃/年），到2100年为止，世界气温估计将上升大约1.4-5.8℃。

这说明地球对外的辐射能量的本领是比较强的，绝绝大部分能量能够即时向外辐射，从

而使大气温度上升的速度控制在较小的范围，地球气温的升高，并不是能源消耗直接加热空气所至。

如果在当前能量消耗的情况下，地球表面所维持的气温比100年前上升了0.48℃，则说明温室气体并没有防碍地球对外的辐射；如果是在当前能量消耗的情况下，地球表面的气温持续增加的结果，则可能是温室气体对地球表面温度的调节已经有微弱的变化。如果仅仅一种偶尔的变化，那必定是其它原因所造成的结果。

如果是温室气体造成的结果，温室气体的作用，不是使整个大气层同步升温，而是让地表的大气升温，地球表面的气体占了绝大部分地球上的气体，按照0.0048oC/年的速度同步升温，那么，为什么近年来会出现世界性的冷冬呢？

主要原因是，世界地表气温升高，并不是同步的，而是局部的。中国科学院研究员匡耀求认为，当前所有气候模型都存有着两大缺陷：一是忽略了地球气候变暖之后的反馈机制，即温室效应对大气环流和海洋环流的影响；二是地热对海洋环流的影响。“总的趋势还是世界在变暖，只不过，最低温度还在下降，而最高温度还在升高，平均温度还是在升高的。”匡耀求解释，夏季太阳照射北半球，温室效应在北半球的表现就明显比南半球要强烈，北半球升温必然加热北半球的大气，导致大气膨胀。而地球的大气是环绕整个地球表面自由活动的，北半球大气的膨胀必然导致南半球大气的压缩，气体受到压缩的结果是密度增大，密度增大的结果是受到地球的引力更大，所以就会产生下沉气流。高层大气的下沉就是高空寒冷空气的下降，从而导致当地气温的下降，人的感觉就是变冷。他预测，温室效应将会带来更多极端天气，冬天更冷，夏天更热。寒冬过后，今年北半球即将面临的是酷暑。原因是，大气中温室气体浓度的升高，并不可能造成世界同步升温，温室气体只有在有太阳光照射的区域才有可能产生升温效应。随着温室气体浓度的升高，温室效应进一步增强，大气环流将发生明显的改变：太阳照射区域温室效应增强而导致的气温升高，必然导致其上空大气的膨胀上升，结果必然导致没有太阳照射区域大气的压缩下沉，大气压缩下沉的结果就是天气变冷。所以，他不认可“世界将有更多暖冬”的说法。相反，他认为，温室效应会导致气候变得极端化，也就是夏天更热，冬天更冷，冷冬只会越来越多。

那是不是就意味着今后就没有暖冬了呢？匡耀求说，不是。因为影响气候变化的还有其他因素。（2010年03月22日08：28 来源：《广州日报》）。

有的科学家表示，近20年地球处于冷周期。持续高温少雨天气，导致我国西南五省旱情持续加重，而与旱情对应的是东北暴雪。气象专家指出，2010年~2030年地球处于冷周期。气候变冷与强震频发密切相关，2004年12月26日印尼地震海啸后，世界低温冻害和暴雪

灾害频繁发生。我国科学家郭增建的“深海巨震降温说”是一种合理的解释：海洋及周边地区的巨震产生海啸，可使海洋深处冷水迁到海面，使水面降温，冷水吸收较多的二氧化碳，从而使地球降温近20年。他分析了我国南旱北涝的原因……（教育文摘周报2010年4月21日）

根据专家的估测，通过能量转化、辐射等分析，作者相信，世界变化并不是整个地球变暖，也不是地球的气温整体同步变暖，主要是局部的能量转化对整个大气环流的影响。作者认为，对于世界气候变暖的问题，我们需要猜测，需要政治，更需要科学。因为，人为消耗石油产生的热量，在地球整个热量传输中只占有极小部分（1.4×1013W，约为太阳对地球辐射功率的万分之一）。我们必须在考虑地球接受辐射与对外辐射的前提下，来研究其中的小问题，所以，各种数据的科学性十分重要。当前，我们还不能把地球上近期发生的自然现象，一股脑地归罪到世界气候变暖的问题上。有人把地震灾害的频发现象，也认为是世界转暖造成的，这不准确。我们应该清楚，温室气体造成的是气候变化，气候变化会带来的是气候灾害。

对于“低碳”，当前，已经成为文人的一种时尚，已经成为上层的政治，已经成为国家之间相互挤压的手段，但很多人并不知道其中的含义。我们应该清楚地理解到，“低碳”的科学价值在于降低二氧化碳气体的排放，促动各个国家的能源策略改革，促动各种能源的有效利用。我们也应该清楚地理解到，温室气体的增加是几十年上百年的逐渐积累的过程，从国家的利益出发，其中的主要责任应该由发达经济国家承担，不应该由发展中国家来承担。

对于“低碳”，我们要以环境保护为基础，注重健康为目标，个体行为要从自身的健康出发，减少耗能的环节来确定吃、住、行。集体行为要从注重周遍人们的身体健康出发，来制订自己的行为。对于惟利是图，不顾他人健康的集体，必须给予几倍于利益的惩罚。低碳是一项长期的工作与意识，我们必须警惕在环保外衣掩盖下的不良企图。如：亚洲几个国家的城市在同一时间停电1小时，首先，这个短期行为对于“低碳”基本没有作用；其次，各国的情报机构完全能够根据用电情况的删选，来获取其他国家的机密。

五、能量转化与守恒定律开创了解决物理问题的新方法——综合

能量转化与守恒定律研究的对象都是系统，我们经常所讲的物体机械能守恒是为了描述简单而将地球在系统中省略说明了，其实，物体离开了地球，就不存有机械能守恒了，也就是说对于一个物体来说不成存有能量转化与守恒，同时也说明，在能量转化与守恒所研究的各种力中，重力一定是系统的内力。而牛顿定律，运动研究，动能定

理在应用中，强调了是针对一个物体。所以，用能量转化与守恒定律解决问题与物理中其它方法解决问题方法正好相对，前者强调综合，必须将物体有机地组成系统来研究，后者强调分析，必须把有联系的物体分成一个个独立的物体。我们就用一个物理题目的解答来举例说明。

甲、乙两个容器形状不同,如图所示,现有两块完全相同的金属块用细线系着分别浸没入同样深度,这时两容器的水面平齐,如果将金属块匀速提升一段位移,到金属块提出水面达到同样的高度,不计水的阻力。两种情况中细线做的功（甲或乙）大。

我们先用能量的转化与守恒定理来解答，在具体应用中，我们必须把能量转化与守恒定律转化为机械能守恒与不守恒（即转化）两中情况来分析。我们知道，机械能守恒的条件是：一个系统，外力对它做的功为零，除重力和弹力以外，其他的内力（一定是成对的）做的合功也为零。机械能不守恒必定具有：一个系统，除内部的重力和弹力以外，其他力做的合功不为零，做功的多少等于系统机械能的变化。

解答中，我们把物体、水和地球有机地组成系统，各种外力中，细线的拉力做正功，大气压对系统做功为零。各种内力中，除重力和弹力以外，其它没有力做功，所以，细线的拉力做正功等于系统机械能的增加。在具体上提物体的过程中，甲的液面下降少，造成物体的重力势能增加多（上提的高度大），水的重力势能减少少，动能没有变化，故总体机械能增加比乙多，所以，细线的拉力做功是甲情况大。

这个问题，很多情况下，学生能够直接回答，但是，他不能够说明为什么，原因是，这些同学他已经具有自发的综合思维方法，仅仅自己不了解罢了。

下面，我们用分析的方法来说明解答中存有的困难。首先，必须将物体从水中分离出来，分析物体受到细线的拉力，重力，还有浮力，这时物体所受的力都为外力。然后，分析甲、乙两种情况下把物体刚拉到液面的过程，因为上升的距离相同，力都相同，故细线的拉力做功相同。所以，题目的关键在于将物体拉出水面过程中，细线拉力做功的情况。

因为甲液面下降少，往往能够使学生根据直觉来判断，细线拉甲需要做的功多。但是，要把原因分析清楚，必须将浮力做功分析清楚。其中，1、处理大气压力与浮力的关系2、因为此过程浮力为变力，因而，必须处理变力做功。正是这两方面的问题，造成了只会用分析的方法解决问题的学生解答中的失误。所以，用分析的方法，虽然能够较清楚地了解其中的原因，但必须解决其中更多的问题。

在实际教学中，我们很多教师往往只把综合当作难度的代词，或者是几种结果的汇总，并没有真正把它当做一种解决问题的方法。作者认为综合是一种方法，是你面对问题中的对

象实行有机组合的方法，对于问题的具体解答，必须用具体的物理知识和数学方法。

在具体实践中，我们能够体会到，综合能够更快捷地解决问题，虽然不是任何情况都能够用综合的方法来解决问题，但是，任何情况我们都能够用综合的方法去尝试解决问题。分析能够更好搞清楚各种原因，但是，其所分析的往往仅仅主要矛盾，随着问题的深入，当次要矛盾逐渐变成主要矛盾时，分析的方法要搞清楚原因，将越来越困难，直到一团糟。

面对各种问题，我们应该让学生熟练掌握综合与分析两种处理问题研究对象的方法，以便能够积极地适合社会。因为，社会问题涉及的对象大多是人，每个人的情况又各不相同，用统计规律只能分析一些表面的问题，而我又不可能逐个地对对象实行分析，所以，往往需要用综合的方法，将对象有机地组合，然后系统地去解决问题。对待问题中的对象处理，我们国家的传统方法是分析，凡是都要一分为二，我们应该清楚地理解到，其主要的作用在于分清原因。对于一分为二的分析方法所得到结果，两千多年前所创立的《易经》中已经很明确地告诉大家，亦好亦坏，亦错亦对……一分为二的分析方法，随着问题的深入，往往越来越不能做出明确的判断。华罗庚先生创立的统筹学，较好地补充了我国的传统方法的缺陷。

总结

能量转化与守恒定律，它既揭示了自然规律，也揭示了人们对待自然的心态，告诉人们能够用实验的方法辨别事件的真伪，也告诉人们能够通过研究对象的有机组合，综合地解决具体问题。提醒人们，各种自然现象都反映了能量转化，新的自然现象可能是一种新的能量转化现象，对于新的自然现象，一定要用科学的方法，这样，新的规律就能表现在你的眼前，要坚决抵制愚昧的感染。