新世纪的物理学如何应对能源和环境问题_可再生与可持续能源篇_下_
如何应对资源枯竭问题六个可持续策略
如何应对资源枯竭问题六个可持续策略资源枯竭是人类所面临的一个严峻挑战，随着全球化的不断发展和人口的快速增长，资源的需求日益增加，导致了资源的过度开采和浪费，给地球环境和人类社会带来了巨大的压力。
为了解决这一问题，必须采取可持续发展的策略和措施，以确保资源能够得到合理利用并永久保存下去。
本文将介绍六个可持续发展的策略，帮助人们应对资源枯竭问题。
一、资源替代技术资源替代技术是应对资源枯竭问题的重要手段。
通过研发和应用替代性资源，可以减少对有限资源的依赖。
例如，开发和推广可再生能源技术，如太阳能、风能、水能等，可以替代传统的煤炭、石油和天然气等非可再生能源。
此外，也可以通过改进材料制造技术，使用可再生材料代替一次性塑料制品，以减少对石油资源的依赖，实现资源的可持续利用。
二、节约资源的生产方式传统的生产方式通常以高能耗和高污染为特征，浪费了大量资源。
为了应对资源枯竭问题，需要转变到更加节约型的生产方式。
这包括优化能源利用效率、减少污染物排放和废弃物产生，提高资源的回收利用率等。
通过引入清洁生产技术和循环经济理念，可以从根本上减少资源消耗，延长资源的使用寿命。
三、加强环境保护意识资源枯竭问题的发生与人类对环境的破坏和过度开采密切相关。
因此，加强环境保护意识是应对资源枯竭问题的关键。
教育公众关于环境保护和可持续发展的重要性，通过普及环保知识，促使人们更加注重资源的合理利用和环境的保护。
政府、媒体和学校等机构应发挥积极作用，宣传可持续发展理念，倡导环保行为。
四、加强国际合作资源枯竭问题是全球性的挑战，需要国际社会的共同努力来解决。
各国应加强合作，共享资源和经验，共同推动可持续发展的进程。
国际组织和机构可以发挥重要作用，提供资金和技术支持，促进各国之间的技术转让和交流，加速可持续发展策略在全球范围内的实施。
五、制定和执行环保政策政府在应对资源枯竭问题上起着重要作用。
制定和执行环保政策可以引导和规范社会各界的行为，推动资源的可持续利用。
九年级物理20.1能源和能源危机教案及其教学反思
20.1 能源和能源危机教学目标【知识与能力】1.从人类利用能源的历史来认识人类文明的进步历程。
2.了解什么是能源，什么是一次能源，什么是二次能源；什么是不可再生能源，什么是可再生能源。
3.了解我国和世界的能源状况及使用情况，知道存在的能源危机问题，知道解决能源问题、节能的重要性和主要出路。
【过程与方法】1.能通过具体事例，了解能源与人类生存和社会发展的关系。
2.能通过社会活动和英特网，收集信息，了解当地的能源使用状况。
【情感态度价值观】1.让学生了解能源在现代生活中的作用，并使学生关注社会、关注人类的未来。
2.通过对能源危机的认识，知道能源问题的最终解决要靠科学技术的进步，激发学生具有振兴中华的使命感和责任感。
教学重难点【教学重点】什么是可再生能源和不可再生能源。
【教学难点】判断所给能源是可再生能源、不可再生能源。
课前准备多媒体课件等。
教学过程一、引入新课教师出示一个太阳能电动车，用手电筒照射，太阳能电动车转动了。
用手摇发电机发电，使小灯泡发光。
点燃蜡烛，蜡烛发光。
师：同学们，这几个实验中都体现了哪些能量转化？学生讨论、交流并回答。
生甲：太阳能电动车是把太阳能转化为动能，发电机是把机械能转化为电能，蜡烛燃烧是把化学能转化为内能。
师：对于能量你们想了解哪些问题呢？讨论一下。
学生讨论，交流并回答。
生甲：人类可以利用哪些能量？生乙：我们需要的能量从哪里来？生丙：自然界的能量取之不尽吗？师：能量的来源即为能源，今天我们就来讨论一下能源的有关问题。
二、新课教学探究点一：人类利用能源的历史教师：人类社会的生存和发展离不开能源。
人类社会的进步和日益美好的生活是以大量的能源消耗为代价的。
请学生交流和讨论：课前调查当地人们在生活、生产中使用能源的情况。
（讨论完后让学生在黑板上每人写出一个例子，写在黑板的一角）目的说明：培养学生的语言表达能力，并为后面的能源分类提供资料。
师生共同归纳：当前当地人们在生活、生产中所使用的能源有：木柴、煤炭、煤气、天然气、蜡烛、汽油、柴油、酒精、电、石油液化气、太阳能等。
如何应对气候变化影响的八个适应策略
如何应对气候变化影响的八个适应策略随着全球气候变化的不断加剧，我们人类也必须采取适应策略来减少对环境的影响，并更好地适应新的气候条件。
本文将介绍八个适应策略，帮助我们更好地应对气候变化的影响。
策略一：改善能源效率要应对气候变化，我们首先要从改善能源效率着手。
通过使用更高效的电器设备、建筑设计和交通工具，我们可以减少能源消耗和温室气体排放。
此外，推广节能意识和行为，例如合理使用电器、减少不必要的能源浪费，也是重要的一环。
策略二：发展可再生能源可再生能源是应对气候变化的重要手段之一。
通过开发和利用太阳能、风能、水力能等清洁能源，我们可以减少对化石燃料的依赖，进而减少温室气体的排放。
政府和企业应大力支持可再生能源的发展，推动其在能源供应中的占比逐渐增加。
策略三：保护生态系统生态系统对于稳定气候起着重要作用。
我们应该采取措施，保护森林、湿地和珊瑚礁等脆弱的生态系统。
这些生态系统能够储存和吸收大量的二氧化碳，稳定全球气候。
同时，生态系统的保护还能提供饮用水、食物和其他资源，为我们提供生活的基础。
策略四：建立适应性农业系统气候变化会对农业产生重要影响。
为了适应变化的气候条件，我们需要采取措施，建立适应性农业系统。
这包括改良作物品种、改进灌溉和耕作技术，以及提供农业保险等措施，确保农民能够应对不断变化的气候条件，保障粮食和农产品的稳定生产。
策略五：加强城市规划和建设随着全球城市化进程的加速，城市面临着越来越多的气候挑战。
为了应对气候变化的影响，我们应该加强城市规划和建设的适应性。
这包括改善城市绿地覆盖率、加强排水系统、建设低碳交通网络等。
通过这些措施，我们可以减少城市内的热岛效应，提高居民的生活质量。
策略六：加强灾害防范和应急响应气候变化可能会导致极端天气事件的增加，如洪水、干旱和飓风等。
为了减少灾害的危害，我们应该加强灾害防范和应急响应的能力。
这包括提前制定灾害预警机制、改善防洪设施、加强应急救援队伍建设等措施，以应对灾害带来的挑战。
建筑与可持续能源建筑设计如何应对能源危机
建筑与可持续能源建筑设计如何应对能源危机在当前全球面临能源危机的背景下，建筑与可持续能源建筑设计的作用变得尤为重要。
如何高效利用能源、降低能耗并减少环境污染已经成为建筑设计师和相关专家普遍关注的问题。
本文将讨论建筑与可持续能源建筑设计如何应对能源危机，并探讨相关的策略和技术。
一、能源危机的背景与挑战能源危机主要指能源供给不足或能源消耗过大所导致的问题。
全球范围内的能源危机主要表现为能源资源有限、供需矛盾尖锐、能源价格波动等现象。
这些问题给社会经济的可持续发展和环境保护带来了巨大挑战。
二、建筑设计的能源节约策略为了应对能源危机，建筑设计需要采用一系列能源节约策略。
首先是优化建筑的热工性能，通过提高建筑外墙和屋面的隔热性能、优化窗户的隔热玻璃和框架、合理设置通风和空调系统等，减少能源的消耗。
其次是使用节能设备和技术，如LED照明、太阳能热水器、地源热泵等，以替代传统高能耗设备。
此外，建筑设计还应充分考虑可再生能源的利用，如太阳能、风能等。
通过安装光伏电池板、风力发电装置等设施，将可再生能源转化为可用能源，进一步降低对传统能源的依赖。
三、绿色建筑的发展与重要性绿色建筑是建筑与可持续能源建筑设计的重要方向之一。
绿色建筑的理念是通过整合设计、施工和运行阶段的各项策略，最大限度地减少建筑的环境影响，提高空间舒适度和使用者满意度。
绿色建筑的标志性特征包括高效节能、水资源管理、可再生能源利用、室内环境质量和资源循环利用等。
这些特征使得绿色建筑在提供可持续解决方案、减少能源危机等方面发挥着重要作用。
四、可持续能源建筑设计的案例分析为了更好地应对能源危机，许多国家和地区已经采取了可持续能源建筑设计的实施方案。
以德国为例，该国在建筑设计中广泛采用了太阳能电池板、风力发电、地热能等可再生能源设施，以实现建筑能源自给自足。
同时，通过优化建筑的隔热性能、改善通风和空调系统、合理利用自然光等手段，德国建筑在能源消耗方面取得了显著的减少。
零碳技术如何应对能源安全风险
零碳技术如何应对能源安全风险日益加剧的能源安全风险是一个全球性的问题，而零碳技术作为可持续能源的一种重要解决方案，能够有效地应对这些风险。
本文将探讨零碳技术在应对能源安全风险方面的作用和影响。
首先，零碳技术的应用可以减少对传统能源资源的依赖。
传统能源如煤炭、石油等有限且不可再生，其供应受到许多因素的制约，例如地质条件、政治因素等。
由于零碳技术主要依赖可再生能源，如太阳能、风能等，因此可以减少对传统能源的需求，降低了能源安全风险。
其次，零碳技术的发展还可以减少能源价格波动对经济的影响。
能源价格的波动经常导致经济不稳定，而这种波动往往由能源供应的不确定性所引起。
零碳技术的广泛应用可以稳定能源供应，减少了能源供需之间的不平衡现象，从而减少了能源价格的波动，为经济的稳定发展提供了有利条件。
此外，零碳技术的发展还能够降低能源进口的依赖度，提升国家的能源安全。
对于许多国家来说，能源的进口与国家的能源安全密切相关。
过度依赖进口能源容易受到供应不稳定、价格波动以及全球政治局势等因素的影响，给国家带来潜在的能源安全风险。
通过发展零碳技术，国家可以减少对进口能源的需求，提高能源的自给自足能力，从而降低了能源进口的依赖度，增强了国家的能源安全。
另外，零碳技术带来的能源转型也可以为能源多样化提供契机。
能源多样化是提高能源安全的重要策略之一。
传统能源主要依赖化石能源，而零碳技术主要依赖可再生能源，两者的结合可以实现能源的多元化。
通过增加可再生能源的使用比例，可以减少对传统能源的需求，并推动能源系统向更加灵活、可持续的方向发展，从而提高能源的便捷性和稳定性，减少能源安全风险。
然而，零碳技术在应对能源安全风险方面也存在一些挑战。
首先，目前零碳技术的成本相对较高，这限制了其在全球范围内的推广应用。
尽管随着技术的不断发展和成熟，零碳技术成本有所下降，但仍需要进一步的努力来降低成本，增加其竞争力。
其次，零碳技术的可再生能源的不稳定性也是一个挑战。
能源安全主题研讨发言材料
能源安全主题研讨发言材料尊敬的各位领导、专家、嘉宾，大家好！我很荣幸能够在这次能源安全主题研讨会上发言。
能源安全一直以来都是一个备受关注的话题，尤其在当今世界充满不确定性的背景下，对能源安全的关注更是日益加强。
我将从以下几个方面来探讨能源安全的重要性、挑战以及应对措施。
首先，能源安全的重要性不可低估。
能源是国家发展的重要支撑，它关系到经济的发展、社会的稳定和人民的福祉。
能源供应的中断和波动将对国家的经济和民生产生重大的影响。
因此，确保能源的稳定供应是国家安全和经济发展的重要保障。
其次，能源安全面临着许多挑战。
首先是能源资源的有限性。
传统化石能源的储量有限，且开采过程对环境的影响日益凸显。
这就要求我们寻找替代能源，并加大对可再生能源的开发和利用。
其次是能源供应的不平衡性。
各国的能源需求差异巨大，而能源供应的集中程度也存在一定的不平衡。
因此，需要通过国际合作，共同应对能源供应的不稳定性。
最后是能源价格的波动性。
国际能源市场的价格波动不可预测，这给国家经济带来了强烈的不确定性。
因此，需要通过提高能源的多样化供应途径和改善能源市场的透明度来应对价格波动的挑战。
那么，我们应该如何应对能源安全的挑战呢？首先，我们应该加大对可再生能源的研发和利用。
可再生能源具有丰富的资源储量、低碳排放和可持续性等特点，是解决能源安全问题的重要途径。
政府可以制定相应的政策，鼓励企业和个人投资可再生能源领域，并提供相应的财政和税收支持。
其次，我们应该加强国际合作，共同应对能源供应的不稳定性。
各国可以通过能源合作协议，实现能源互联互通，共享能源资源，降低能源供应的不平衡性。
同时，加强对能源市场的监管和政府间的协调，提高能源市场的透明度和预测性，以减少价格波动对国家经济的影响。
最后，我们还应该加强能源的节约和有效利用。
能源的高效利用不仅可以延长能源资源的使用寿命，还可以减少对环境的污染。
政府可以通过制定相关政策和法规，鼓励企业和个人采取节能措施，并鼓励研发和推广节能技术和设备。
低碳经济考试答案
1、低碳经济首次出现的官方文件是（2003年英国发表的《能源白皮书》）2、专门为中国市场设立的第一个自愿减排标准，被称为（熊猫标准3、厄尔尼诺现象发生时，表现为（大范围海水温度比常年高3-6℃4、不属于低碳消费观念的是（适当增加产品的种类便于选择性消费5、气候变化问题从科学议程向国际政治议程的真正转变始于（1988年的多伦多会议）。
6、各种运输方式中，完成等量的换算周转量所要消耗的能源最多的是（民航7、低碳发展的实现很大程度上依赖于能源体系低碳化，能源体系低碳化是指（降低能源体系中碳的含量及开发利用产生的碳排放8、森林碳汇是指（森林生态系统减少大气中的二氧化碳浓度的过程、活动或机制9、2010年4月1日我国实施的关于低碳转型方面的法律是《可再生能源法》10、（技术进步）是应对气候变化和低碳转型的核心内容。
11、采用可再生能源发电配额制的前提是要完全实现（电力市场化改革12、森林是陆地生态系统中最大的碳库，世界上森林资源最丰富的国家是（俄罗斯13、《联合国气候变化框架公约》最核心的原则是（共同但有区别的责任原则14、“碳锁定”是指（整个社会对化石能源高度依赖的状态15、在我国的能源消费结构中，消费比例最大的能源是（煤炭16、在（日内瓦）召开的第一次世界气象会议上，科学家们将全球变暖问题提上了科学研究的日程。
17、《京都议定书》）是人类历史上首次以法规的形式限制温室气体排放。
18、碳关税的征收对象是（进口的高能耗产品19、产业结构升级的发展趋势是（农业-轻工业-基础产业-重化工业-高附加值加工业-现代服务业和知识经济20、实现低碳经济的物质基础是（资源禀赋21、2008年欧洲能源研究联盟联合欧洲能源研究院启动的推进战略能源技术计划的具体行动计划有（欧洲生物质能源计划、欧洲风力计划、可持续核裂变计划、欧洲电网计划22、新能源又称非常规能源，主要包括（太阳能、地热能、生物质能、核能23、低碳转型的推力，包括（保障能源安全、提升国际竞争力、避免碳锁定效应、实现可持续发展24、我国为争取2015年建立比较完善的节能服务体系，实施的主要政策有（进一步改善金融服务、加大资金支持力度、实施税收扶持政策、完善相关会计制度25、低碳经济应包括的核心要素有（资源禀赋、消费模式、经济发展阶段、技术进步因素26、目前我国非化石能源的开发种类包括（核电、水电、风电、光伏发电、太阳能利用、生物质能源27、本课程提出的加快低碳城市建设的建议是（建立低碳城市综合评价指标体系、建设低碳城市，需要凝聚政府、企业和市民的力量、尽快制定国家发展低碳经济的战略规划，出台建设低碳城市的指导意见、提高认识，避免低碳城市建设的盲目性28、中国低碳城市建设中存在的问题有（低碳城市发展框架尚未形成、尚不健全的低碳城市建设评价机制、-页脚-- 对低碳城市发展途径存在误区、没有认识到低碳城市建设的艰巨性）29、社会发展到一定程度，社会财富的累积效应能够促进低碳经济发展，这是因为（知识和技术的积累引发低碳技术进步、对经济资本存量的需求大大减小，可以将更多的能源消费用于服务业30、政府间气候变化专门委员会有多个小组组成，他们的职责有（评估气候变化对社会经济以及天然生态的损害程度、总结对气候变化的现有知识、评估限制温室气体排放和缓和气候变化的可能性、评估气候变化的负面及正面影响以及如何应对这些影响31、根据罗斯托对社会发展阶段的划分，下列阶段中完成工业化必须经历的过程有（起飞进入自我持续增长阶段、成熟阶段、起飞准备阶段32、目前，已经开始征收碳关税的国家有（丹麦、荷兰、意大利、芬兰33、气候博弈的本质，包括（技术开发与转让可推动国家的发展、减排措施的成效决定着可持续发展、碳排放权直接影响国家的发展空间、资金供给与获取影响国家投资情况34、CCS技术的核心是（碳存储技术、碳捕捉技术35、在世界范围来看，优化能源结构的主要途径有（发展核电、发展水能，风能等可再生能源、天然气替代煤炭）。
24_绿色能源技术研究与应用-第1篇
绿色能源技术研究与应用第一部分绿色能源技术概述 (2)第二部分光伏发电技术研究 (4)第三部分风能发电技术应用 (7)第四部分水能发电技术现状 (10)第五部分生物质能源开发前景 (11)第六部分地热能利用挑战 (13)第七部分核能技术安全性分析 (14)第八部分能源储存技术进展 (17)第九部分电力系统转型趋势 (20)第十部分绿色能源政策与市场 (22)第一部分绿色能源技术概述绿色能源技术研究与应用一、引言随着全球气候变化问题的日益严重，传统化石能源的消耗和排放已经引发了严重的环境问题。
为了应对这一挑战，发展绿色能源技术已成为全球范围内的一个重要课题。
绿色能源技术是一种以可再生资源为原料，并在生产过程中不会对环境造成负面影响的技术。
这些技术包括太阳能、风能、水能、生物质能等，它们具有清洁、可再生的特点，在减少温室气体排放的同时也能够满足人类对能源的需求。
二、绿色能源技术概述1.太阳能技术太阳能是地球上最丰富的能源之一。
太阳能电池板通过光电效应将太阳光转换成电能，这种技术在全球范围内已经被广泛应用。
此外，太阳能热利用技术也是太阳能利用的一个重要方向，例如太阳能热水器和太阳能空调系统。
2.风能技术风能是另一种重要的可再生能源。
通过安装在高处的风力发电机，可以将风能转化为电能。
风能发电已经成为世界上增长最快的电力来源之一，特别是在欧洲和美国。
3.水能技术水能是指利用河流、湖泊等水资源的动力进行发电的一种方式。
水电站是最常见的水能利用设施，它可以产生大量的清洁能源。
此外，潮汐能也是一种潜在的水能利用方式，目前正在世界各地进行试验和开发。
4.生物质能技术生物质能是指从植物或动物中获取的能源。
生物质能可以通过燃烧、发酵等方式转化成燃料或电力。
生物质能源是农村地区的重要能源来源之一，它还可以用于制造生物柴油和乙醇燃料。
5.其他绿色能源技术除了上述几种主要的绿色能源技术外，还有其他一些正在发展中或潜力巨大的绿色能源技术。
探索地球的环境问题气候变化能源危机与生态平衡
探索地球的环境问题气候变化能源危机与生态平衡地球上的环境问题是当前全球关注的焦点，其中包括气候变化、能源危机以及生态平衡。
这些问题严重影响着地球生态系统的稳定性和人类的健康。
本文将深入探索这些环境问题，并讨论如何应对和解决它们。
一、气候变化气候变化是近年来最引人关注的环境问题之一。
由于过度的工业化和燃烧化石燃料，温室气体的排放不断增加，导致地球大气层中的温室效应加剧。
这使得地球温度升高，引发极端天气事件如洪水、干旱和暴风雪，并对生态系统造成严重破坏。
为了应对气候变化，国际社会达成了巴黎协定，旨在减少温室气体的排放并控制全球气温上升在2摄氏度以内。
各国纷纷制定具体行动计划，加强可再生能源的利用，改善能效，并推广清洁能源技术。
此外，大力发展绿色交通、提倡低碳生活方式也是减少温室气体排放的重要途径。
二、能源危机随着人口的增长和经济的发展，对能源的需求急剧增长，但传统能源资源如石油、煤炭等却日益稀缺。
这导致能源危机的出现，不仅增加了能源供应的压力，还对环境造成了严重污染。
为了应对能源危机，国际社会开始转向可再生能源的开发和利用。
太阳能、风能、水能等可再生能源具有清洁、无限可再生的特点，且不会对环境造成污染。
各国纷纷加大对可再生能源的投资，并制定政策鼓励民众采用可再生能源技术。
此外，能源节约也是解决能源危机的重要手段。
通过提高能源利用效率，减少能源浪费，可以有效降低对传统能源的依赖。
三、生态平衡生态平衡是维持地球生态系统稳定的重要要素。
然而，人类的活动不断破坏着生态系统，包括森林砍伐、水源污染、土地退化等。
这些破坏导致许多物种遭到威胁，生态环境受到严重破坏。
为了保护生态平衡，各国采取了一系列措施。
建立自然保护区，保护珍稀物种的栖息地；加强环境监测和治理，减少污染物排放；推广生态农业和有机农业，减少对土地的破坏。
此外，教育公众保护环境的意识也至关重要，只有人人都参与到环境保护中，生态平衡才能得以恢复和保持。
应对气候变化的十大方法
应对气候变化的十大方法气候变化已经成为当今世界面临的最重要的挑战之一。
随着全球温度的不断上升，人类需要采取积极的措施来减少气候变化的影响，并为未来世代创造一个可持续的地球。
在这篇文章中，我们将介绍应对气候变化的十大方法，希望能够激励人们采取行动。
1. 减少温室气体排放温室气体是导致气候变化的主要原因之一。
通过降低温室气体的排放，我们可以减缓全球变暖的速度。
采取可持续的能源替代传统的化石燃料，如太阳能和风能，是减少温室气体排放的重要方法。
此外，推广能效技术和改善工业生产过程也可以减少温室气体的排放。
2. 提倡可持续能源可持续能源是未来的发展趋势，它对于减少全球温室气体排放和保护环境至关重要。
通过投资和发展可再生能源，如太阳能和风能，我们可以减少对有限资源的依赖，并为我们的子孙后代创造一个可持续的未来。
2.1 太阳能太阳能是一种广泛利用的可再生能源。
通过使用太阳能电池板将阳光转化为电能，我们可以为家庭和企业提供清洁的能源。
此外，太阳能还可以驱动交通工具和供暖系统，以减少对化石燃料的需求。
2.2 风能风能是另一种重要的可再生能源。
通过建设风力发电站，我们可以利用风力驱动涡轮机发电，为社会提供清洁能源。
风能可以替代传统的化石燃料，减少温室气体的排放。
3. 促进能源效率能源效率是减少能源消耗和降低温室气体排放的重要手段。
通过采用高效的能源设备和科技，我们可以在不降低生活质量的前提下节约能源。
此外，改善建筑和交通系统的能源效率也是减少能源消耗的重要途径。
3.1 节能电器选择节能电器是改善能源效率的一种简单有效的方法。
节能电器通过采用高效的电子元件和降低能量损耗来减少能源消耗。
因此，在购买电器时，我们应该选择能源标识为高效的产品。
3.2 碳排放市场碳排放市场是一种经济工具，通过对温室气体排放进行定价，激励企业减少碳排放。
在碳排放市场中，企业可以买卖碳减排配额，倡导低碳发展，并鼓励投资于清洁能源技术。
4. 保护森林资源森林是地球上最重要的碳汇之一，对于维持气候平衡至关重要。
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第27卷总第349期2009年第7期(上半月)物 理 教 学 探 讨Journal of Physics TeachingVol.27 No.349(S) 7.2009 .1 .
专 家论 坛新世纪的物理学如何应对
能源和环境问题(Ñ) 可再生与可持续能源篇(下)欧阳钟灿 中国科学院理论物理研究所,北京市海淀区100190
作者简介:欧阳钟灿,理论物理学家,1968年毕业于清华大学自动化系,1984年获得博士学位,1997年当选中国科学院院士,2003年当选第三世界科学院院士。担任中国博士后科学基金会理事会副理事长,北京市科协常务理事,中国物理学会常务理事、液晶物理分会会长,国际刊物InternationalJournalofModernPhysicsB,JournalofComputationalandTheoreticalNanscience,SoftMaterial以及ElectronicCommunicationofLiquidCrystals的编委。他在软凝聚态物理、统计物理等领域作出了多项贡献,在国际著名刊物发表论文100多篇,出版英文专著l部GeometricMethodintheElasticTheoryinLiquidcrystalPhases(合著),并将其扩增为中文版5生物膜泡曲面弹性理论6。
2008年以来国际物理学界与能源问题有关的动向英国5物理世界6评出2008年物理学界月度12件大事;物理学家朱棣文被任命为美国能源部部长;美国物理联合会(AIP)出版研究杂志5可再生与可持续能源杂志6。物理学从IT到ET是否真代表21世纪物理学的研究大方向?物理学是否真能作为解决能源和气候问题的带头学科?从2008年以来与物理学界有关的几个动向可以给出正面的回答。英国5物理世界6评出2008年物理学界月度12件大事,有肯定也有批评的,如四月:英国科学与技术设施委员会(STFC)受到批评;五月:顶级物理学家转移阵地,如霍金接受了加拿大PI的一份兼职工作;都是属于批评的。但两件与能源问题有关的都是正面的,如二月:从人的运动中获取能量,报道了2个非常独特的装置能够从人的运动中获取能量,英属哥伦比亚西蒙弗雷泽大学MaxDonelan和同事介绍了他们发明的发电装置)))膝行拉条(kneebrace),他们表示这一装置功率只有5瓦特。同时美国佐治亚理工学院王中林小组展示了一种织物,如果用于长途旅行者的裤子中的话,能够产生足够的电能来为手机充电。十二月:奥巴马任命物理学家为政府官员,新当选总统奥巴马的表现让许多物理学家和环境保护主义者感到高兴,他任命诺贝尔奖得主朱棣文为能源部部长。朱棣文曾因在用激光冷却捕获原子方面的贡献赢得了诺贝尔奖,并且坚定地认为人类行为改变了气候。朱棣文肯定,可发展不产生大规模温室气体的能源。奥巴马也任命了物理学家JohnHoldren做总统科学顾问。Holdren是环境政策教授,也是哈佛大学肯尼迪政治学院科学和技术规划及国家政策主管,他同时也是林洞研究中心(WoodsHoleResearchCenter)主管。这两项任命都表明奥巴马想要关注科学,尤其是与气候变化和其他环境问题。奥巴马表示:/科学从没有像今天这样,成为了我们星球存在和国家安全、繁荣的关键。0物理学家朱棣文被任命为美国能源部部长,说明在应对气候、能源问题,不单是气象局或石油煤矿部门、能源局的问题,而是要从基础研究入手,具有全新思维,多学科合作的科学问题。因此作为物质科学的带头学科,物理学有义不容辞的责任。朱棣文自从2004年出任能源部所属的劳伦斯#伯克莱国家实验室主任以来,一方面鼓励科学家致力于替代能源的研究,开发降低温室气体排放的技术,另一方面积极推动与工业界的Vol.27 No.349(S) 7.2009 .2 .物 理 教 学 探 讨Journal of Physics Teaching第27卷总第349期2009年第7期(上半月)
合作,石油巨擘英国石油公司(BP)就出资5亿美元资助该国家实验室(BP也与中国科学院大连化学物理研究所在能源研究方面有合作)。朱棣文在接受提名能源部长时说:/我们总是说-等到完全确定时再开口.。但是在环境问题上,等到你确定时,却为时已晚。现在,大多数人宁可花1000美元修一个大理石厨台,也不愿用这笔钱来改善厨房的能源利用效率。0对于为何进行工作转型,他说:/开始的时候我只是作为一个公民对这个问题感兴趣。但是我逐渐看到气候变化的后果是多么危险。作为一个科学家,一个负责任的科学家,我们必须思考我们做什么才能改变这一局面。0他不仅反对化石燃料的滥用,甚至对某些新能源也提出了批评。美国物理联合会(AIP)2009年一月正式出版研究杂志5可再生与可持续能源杂志6(JRSE)(http://jrse.aip.org)。在创刊号,两位主编发文指出,虽然目前再生能源占全世界使用能源不足1%,但大家认识到,能源供应的独立性关系到国家安全,为减少重要原油的消耗,降低全球气候变暖的有害性,我们必须强烈提高使用再生能源的信心,这是21世纪最重要的挑战之一。有的媒体宣传倾向发展其它不算是严格的可再生能源,如核能等。但我们还是提倡使用可持续的、无害的、不引起气候突然变化的能源。对此,我们不能再有平常的生意经,问题是如此的复杂,我们只有用交叉的办法来解决。因此,出版一份有关这个问题的所有科学与工程概念的杂志不仅是适时而且是必需的。基于这么宽广的定义,这份杂志的成功将取决于众多科学与工程交叉领域的作者、读者以及编者的贡献。目前,这个新杂志涉及的领域包括:生物能、地热能、矿物与水电能、核能、太阳能、风能、能的转换、节能建筑、能的储存、电力输送、再生能源的评估与运输,但暂时不涉及能源政策,生物燃料(Biofuels,指曾经为活质的燃料,如煤),生物炼制燃料(Biorefining,如玉米油),清洁化石燃料(Cleanfossilfuels),以及杂化可再生能源。煤与石油被排除在外是理所当然,近代经济高速发展,我们不仅用掉了祖先们省吃俭用积累的这两种能源,而且预支了属于我们子孙后代应有的部份。2007年诺贝尔和平奖的获得者,美国原副总统阿#戈尔在2008年11月9日纽约时报上的文章)))5变革的大气候正在形成6,在提出了美国应如何应对金融经济海啸具体方案的同时,严厉地批评了用/更昂贵和更肮脏的方案来增加石油产量,如煤变油,从页岩中取油,用沥青沙炼油,和所谓的-清洁煤.的技术0。戈尔认为,/上面的每一种方案不是太贵,就是严重污染。0戈尔甚至将/洁净煤0斥为/只谋私利0和/自我欣赏0的技术。虽然,经评审发表的论文不包括这些业已清楚不应再受青睐的能源,但有关能源政策,全世界媒体对能源问题的报道却可以在网上杂志附带的其它栏目:TopStories、MostRecentRelatedArticles和EnergyRelatedNewsandMediaArticles查阅。笔者曾对照查阅国内有关媒体,如新华社、人民网、科学网有关能源,特别是可再生能源的国外报道,发现都可在这个新杂志上述附加栏目一网打尽。特别是,这个杂志还附有博客,提供作者、读者、以及编者的直接讨论,这将是科学杂志都可能要发展的新模式。这个杂志由AIP出版,表明物理学是真正能作为解决能源和气候问题的带头学科。2008年国际上可再生和可持续能源进展在JRSE(http://jrse.aip.org)的EnergyRelatedNewsandMediaArticles栏目载有一篇KevinBullis在5技术评论6杂志(2009年1月5日)写的文章)))/TheYearinEnergy0大概能比较权威地把2008年的可再生和可持续能源进展展现出来。这篇文章一开头就告诫可再生和可持续能源的改革派千万不要为今年石油价格的回落乱了军心而重复1980年代的复辙。下面是该文列出的进展及笔者的点评:在风能发电方面的进展。发表在2月8日Phys.Rev.Lett.的一篇文章研究了鲸鱼的鳍状肢的空气动力学,证实仿造鲸鱼的鳍状肢来制造风机的叶片有利提高发电效率;加拿大ExRoTech公司设计了一款可在很广风速变化而保持效率的风机,使得发电平均效率提高50%;美国FloDesineWindTurbine公司发明了一种新的风力发动机可以使风力发电成本降低一半。显然,物理的流体力学、空气动力学在此大有用场。在电动车方面的进展。ToneChemical公司、ExxoMobilChemical公司的子公司发明了一种锂离子电池电极隔板的高分子添加材料,造出了不会爆炸的锂离子电池,这个发明的意义可与2006年苹果、戴尔两大电脑公司紧急召回数百万台笔记本电脑事件联系起来;BetterPlace公第27卷总第349期2009年第7期(上半月)物 理 教 学 探 讨Journal of Physics TeachingVol.27 No.349(S) 7.2009 .3 .
司开始在以色列与丹麦建立一个雄心勃勃的电动车电池充、换网站计划,他们计划与雷诺公司生产电动汽车配合,在以色列50万个路口安装充、换站,达到每6个停车场一个,在丹麦也大约这个规模。澳大利亚、美国加州、夏威夷也宣布有该公司的计划,但愿最近的金融危机不要危及这些计划,这样普及电动汽车,对节约石油,最现实的第一步就有可能很快实现。在上面两个普及电动车的瓶颈技术中,材料科学、凝聚态物理、统计物理都有用武之地。太阳能利用方面的进展。麻省理工学院(MIT)的MarcBaldo等在Science发表的一个实验结果)))在玻璃板镀上高效吸收不同波长太阳光的有机染料的玻璃板做集光器,染料吸收光后会发出光并投射到玻璃板上的硅太阳电池单元,大大降低普通用曲面镜与透镜及机械跟踪系统做集光器的成本,使这种电池板发电能像用煤发电一样便宜。MIT另一家名为1366的技术公司科学家最近发明了提高多晶硅太阳能电池效率27%,其3项关键的发明之一是在电池表面增加纹理从而增加光线在硅板里停留的时间。多晶硅太阳能电池要比昂贵的单晶硅太阳能电池转换效率低,但要便宜许多,27%的效率提升意味着可以较低的成本生产出与单晶硅太阳能电池效率相当的多晶硅太阳能电池。目前的太阳能电池每产生1瓦的电能,需要2.1美元,1336的目标是,开始1.65美元/瓦,今后为1.30美元/瓦,在2012年左右达到1美元/瓦,与煤炭发电竞争。/水+光=油0,同样是在MIT,化学家DanielNocera利用植物光合作用的方法,找到一种便宜的染料催化剂使水在光照下分解成氧气与氢气,达到储备太阳能的方法。尽管大家把新一代的太阳能电池寄托在硅太阳电池的进化:如有机薄膜太阳能电池(原理同有机EL,即OLED),特别是染料敏化太阳能电池(DSC)。但从2008年上述进展来看,硅太阳电池仍然有许多潜力可挖,主要是在集光器的研究上,中国科学技术大学陈应天提出的4倍体碗型集光器是一种宏观几何处理,而上述两款则深入到纳米几何及分子光物理性质,代表更先进可行的方向。如华人科学家PengJiang等在硅材料上模拟了飞蛾眼睛不反光的结构特性,从而为解决由光线反射造成的太阳能电池效率损失开辟了新的思路,该工作发表在5应用物理快报6(APL)及JRSE创刊号上。过去为半导体集成电路发展起来的薄膜、表面物理、分子光学物理在太阳能利用方面是大有作为的。可再生能源的生命线。K.Bullis认为如果没有一个智能化大型的输电网络,风能与太阳能发电成不了大气侯。他介绍了位于原东柏林Vattenfall风力/火力联合变电站的经验。德国是全世界使用风力发电最多的国家,风电达到22250兆瓦,约合22个煤火力电厂,可满足全德6%的电力供应,Vattenfall风力/火力联合变电站,控制了41%全德的风力发电量。电站的工程师每天都得根据气象预报计算每天应关闭的火力电厂,欧盟委员会已决定到2030年将把北海和波罗德海地区另外25000兆瓦的风力发电加给德国。电网越大,过载导致的全面停电风险越大,如1965年北美大停电。德国的可再生能源发电已达到14%,这对美国造成了压力,新任总统奥巴马已计划在任内把美国的可再生能源发电从现在的1%提高到10%,到2025达到25%。而首当其冲就是智能化大型的输电网络的建造问题,因为美国并没有德国现在具有的举国体制。这也是为什么JRSE要把电力输送列入可再生能源的基本研究领域,这也是近年发展起来复杂网络统计物理的应用领域。沙漠中没有汽车的零排放城市。2008年5月阿布扎比(阿拉伯联合酋长国之一)计划建立一个世界目前最大的可再生能源实验城,将有50000个居民与1500个生意人,第一个建筑群是一个研究所,将被建成中东的硅谷,不过它的研究领域不但是IT还包括ET(可再生能源)。该城市计划用220亿美元把所有的房顶与墙面都覆盖薄膜太阳能电池,全市交通都用无人驾驶的电池供电的电动车。总之,2008年世界可再生能源的进展形势令人鼓舞,虽然席卷全球的金融危机给这种形势带来不安的阴影,但为抵挡这个危机,加大可再生能源的研发投入未必非明智之举。因此,可以期望,2009年的可再生能源的发展形势是机遇与挑战并存,物理学从IT到ET此其时也。(栏目编辑 廖伯琴)