物理题 太阳能汽车随着新能源、低碳等理念的普及，小明设想出了一种完全以太阳能电池为能源的汽车，以下是

人类为了生存所进行的资源及能源的开发和利用是完全必要的，但是所有开发和利用都应当从整个自然界，尤其是地球环境的生态系统，即所谓生物圈的平衡状况加以全面地和科学地考虑，然后再在保护自然环境、维持生态多样性的基础上，达到人和自然之间的协调。当前，不但要加强和扩大那些具有原始性状，即受人类影响较少的生态系统，通过人为的保护和再建、使其维持原始的自然面貌，保持生态系统内部各要素的平衡，而且要重视人类在认识化学物质毒性问题上所取得的宝贵经验。对于各种比学物质，从生产到废弃的整个过程，都要考虑一个防止污染环境的安全措施，更应当寻求无污染的生产方法，制取无毒性的化学产品，显然，这是给化学工作者提出的一个更高、更难的任务

我们一方面都在埋怨环境被污染，可是我们自己又何尝不是在污染环境呢!比如，我们一方面在大声疾呼抽烟有害健康，而另一方面又在大批量地生产和销售香烟。我们一方面大力提倡不乱丢垃圾，另一方面我们在吃棒冰时往往随便地将包装纸扔在地上。又比如，有些厂的老板把厂房装饰得美丽豪华，可是背地里却把污水、废水偷偷地源源不断地往河里排放……所以，尽管我们天天在宣传环境意识，可是污染环境，危害生物的现象仍然屡禁不止。

为什么会有这么多矛盾现象呢?我认为，关键在于很多人没有重视环境保护。埋怨别人污染了环境，恰恰忘记了自己也在污染环境!所以在宣传保护环境时，还要加上“从我做起!”这后半句。使环保意识真正在我们每个人的头脑里扎下根，使我们的所作所为时刻都在考虑保护环境。

图示—轿车驶向墙面，驾乘人员均未系安全带

行驶过程中的车辆和乘员均具有能量（动能），其强弱取决于汽车车速和车内乘员的质量，速度越高，质量越大，碰撞时所释放的能量就越大。其中车速起着决定性的作用，如车速由25km/h提高至50km/h，动能的释放将增加至四倍。

图示—载有未系安全带驾乘人员的轿车撞到砖墙上的状况

未系安全带的乘员因未与汽车“结合”为一体，因此在发生正面碰撞时，轿车减速，而未系安全带的驾乘人员仍以碰撞前的车速向前运动。本例所介绍的碰撞物理原理不仅适用汽车正面碰撞，也适用于所有其它类型的碰撞事故。

新能源路灯要看是什么方式产生电能，有风能发电，发电机利用了电磁感应现象；

有太阳能发电，利用了光电效应。

但通常也都要配以高效率的蓄电池，而蓄电池充电时是把电能转化为化学能，放电时则是把化学能转化为电能。

在现代社会进步的历程中，基础性很强的物理学和应用性很强的工程技术扮演着不同的角色，但它们之间却存在着紧密的联系和相互作用。物理学对许多工程技术领域的开创起着先导、引领的作用，工程技术不仅直接创造生产力，反过来也开拓、深化了物理学研究的疆域。能源工程技术与物理学的关系就具有这方面典型的代表性。中国的可持续发展有赖于能源的可持续发展。我国能源可持续发展的战略思路已逐渐明朗，它包含以下4个要素，而在这4个方面，物理学与工程技术的结合都可以做出重要的贡献。首先，要大力节能，以控制能源的总量。这是我国能源可持续发展的必然战略选择。除经济结构节能和管理节能外，技术节能的潜力也很大。比如建筑节能：建筑耗能是我国能源消耗的大户，约占总量的30％，现有建筑的绝大多数是高耗能建筑。许多物理方法有助于建筑节能，通过改进建筑材料和结构设计，利用太阳能发电、供暖(冷)，就是很有实效的节能办法。再如交通节能：汽车在中国的能源消耗中占有相当的比例，且呈不断增长势头，必须限制汽车总量，同时用先进的清洁、低耗能汽车取代高耗能的大排气量汽车。为此，需要研究不同燃料的燃烧学，发展减排降污技术、燃料电池技术，开展氢能利用、摩擦学与磨损学等与物理学息息相关的有关研究。三如照明节能：全球电力约22％消耗在照明上，故照明节能是节能的一个重要方面。以化合物半导体材料为发光元件的半导体固态发光二极管(LED)是一种新型照明光源，正引发人类照明史上的一次革命。这其中需要研究解决的物理和技术问题主要有：提高半导体芯片的发光效率，提高单管最大可发光通量，延长发光二极管的使用寿命等。第二，要大力发展洁净新能源，以改善能源结构。可再生能源如水电、风能、太阳能和生物质能是具有广阔发展前景的洁净新能源。爱因斯坦提出的光电效应的概念，是光伏发电的理论基础。中国的太阳能资源非常丰富，有必要且有可能大力发展，但需要在科学技术上取得重大突破，大幅度提高光热和光电转换效率，降低成本。薄片太阳能电池可能是一个出路，其中使用对光吸收性能更好的半导体材料，进一步提高光电效率的多种途径也在探索中。中国的风电资源丰富，是最有希望实现产业化的新型可再生能源。降低风能成本推进国产化，需要解决一系列物理上的和技术上的问题。中国生物质能资源量极大，利用生物质可生产气态、液态和固态的能源，如沼气、生物乙醇和生物柴油、固化成型燃料等。在生物质能的产业链条中，也有一系列物理问题需要解决，如生物质燃烧过程中锅炉受热面的腐蚀性机理和防治措施的研究，垃圾燃烧发电过程中对不可燃物的处理及有害物的处理等。洁净能源的另一个重要发展方向是核能。原子核物理的发现，奠定了裂变核能和聚变核能的基础，目前已做出实际贡献的核能是基于核裂变反应堆的核电站。基于核聚变反应堆的聚变电站是解决人类未来能源问题的一个希望，它既要实现热核燃料的“点火”并有净能量输出，还必须控制热核能聚变反应的速率，其中高温等离子体物理的研究具有重要意义。这是一项有难度的大科学工程，目前还处于前期实验研究阶段。第三，推进煤的洁净化技术，以减少污染。煤是我国能源中的大户，今后相当长的时期内仍将如此，但目前燃煤给环境带来的污染已到了使人不能容忍的地步。因此，必须提高燃煤的效率，发展煤的洁净化技术，加强超临界发电技术，控制污染物的排放。多联产技术是利用物理化学方法达到煤的高效、洁净利用的途径。它以煤气化为中心，可以将95％以上的煤转换成一种称之为合成气的可燃气体。将合成气用于联合循环发电，可以获得比常规燃煤发电高的能源利用效率。多联产、洁净化技术是实现煤基洁净能源的有竞争力的途径。第四，加强能源资源勘探，以开发潜在能源。地球物理勘探是寻找各种有用矿藏的。例如，石油、煤炭、天然气水合物、铁矿、重金属矿、铀矿等。精密的“三维地震勘探技术”就像“CT”一样对地下各断面做成解剖，因而成为寻找石油的有力武器。原子分子物理学方法对于探测开发能源资源(如利用痕量样品通过高灵敏度的原子分子光谱分析探测海底石油等)也将发挥重要作用。还有一些物理学的新成果将为未来的能源发展做出有分量的贡献。如低温物理的一个光辉篇章是超导体的研究，20世纪以来，从低温超导到高温超导都取得了迅速发展，并开始得到多方面的应用。在能源领域，超导将在电能输运、储能等方面产生显著的效益。总之，中国能源可持续发展是有路可走的，但走好这条路并不容易，需要付出巨大的创造性的努力。物理学基础研究与应用的深入发展，可为能源可持续发展做出多方面的贡献，也只有为可持续发展做出贡献的物理学才更能显现出它的价值和光辉。在这个历史发展过程中，应该在全民族大力提倡科学的发展观和节约型社会的消费观、文明观。实际上，建设节约型社会是一场深刻的思想观念和社会风气的革命，树立崇尚质朴、适度的物质生活消费观和丰富的精神追求的人生观、价值观，不仅对能源的可持续发展具有实际意义，而且对建设和谐社会、实现中华民族的伟大复兴同样具有重要意义。

新能源专业即开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等在各个行业中的应用技术。

1. 汽车减排－电子系

传统的电力电子技术将获得很大的发展空间。从去年开始，电子系不太热门的Power方向的招生规模相应扩大。现在的发展方向是：一方面，通过提高电力转化效率减少排放量，另一方面电动力汽车将进一步发展，尤其是新能源汽车电机及控制器的设计、试验及制造，美国政府、中国政府、日本、西欧都投入了大量的资金。美国大学以弗吉尼亚理工大学、俄亥俄州立大学、中佛罗里达大学、威斯康辛麦迪逊大学实力最为雄厚，亚利桑那州立大学和东北大学等也拥有不俗的科研力量。

2. 低碳－化学、化工系

化工是一个特殊的行业，节能环保是化工企业的核心问题。目前，哥本哈根会议的召开，给碳减排的承诺是肯定的。化工行业与碳排放密切相关，是低碳经济的核心行业之一。例如：氟化技术的发展，降低燃油中的含碳量，是减少传统能源污染的非常有潜力的办法。

美国德州很多学校都有实力强劲的化工系，当地有很多的跨国大石油公司和化工公司，就业前景非常好。（比如综合排名不太高的德州理工大学，化工系实力不容小视）

3. 太阳能，风能等新能源---电子系、材料系、物理系

太阳能虽然已经在生活中投入使用，但因为太阳能电池转化效率低、价格昂贵，不能大规模的推广。因此，太阳能的进一步研究也获得了较多的研究经费。其中光电材料、电子光声伏打学为研究领域之一。以Tufts大学为例，电子系就在该领域引入了新的教授。太阳能专业的同学，工作形势不错，尤其是美国中西部太阳能丰富的地区。比如新墨西哥和亚利桑那州，都有很大的太阳能研究中心。在美国北部，例如波士顿，也有很多从事太阳能开发的公司。　University of Delare、Arizona State University、Georgia Institute of Technology、Penn State University、Caltech、 MIT、Cornell University等大学拥有太阳能研究中心。

欧洲（尤其是德国）、以色列、日本在太阳能开发上获得了政府很大的支持，因此实力也很强。美国位于科罗拉多州的National Renewable Energy Lab在太阳能研究方面是美国第一的研究中心。

风力发电方面，也是一个大的发展趋势。其中以北卡大学实力最为雄厚。德国和丹麦风力发电技术处在世界前列。

4.燃料电池－化学系、化工系、材料系、环境系

燃料电池显然是现在的研究热点。每年美国的物理协会年会、化学协会年会、材料协会年会上，到处可见燃料电池的研究进展。哥本哈根会议以后，必将加大这块领域的技术革新和产业化进程。

美国位于加州大学尔湾分校（University of California, Irvine）的National Fuel Cell Research Center （NFCRC）, 是美国最著名的燃料电池研究中心。康涅狄格大学（University of Connecticut）的Connecticut Global Fuel Cell Center资金和科研力量也很雄厚，另外还有，Michigan的Kettering University、Ohio的Case Western Reserve University、Stark State College以及南卡大学（University of South Carolina）的 Center for Fuel Cell Research。南卡大学的这个研究中心，是美国国家自然基金支持的唯一一个燃料电池研究中心。

除了美国以外，加拿大、德国、日本、英国的燃料电池技术发展也很迅速。比如英国的Imperial College of Science、University of Birmingham、University of Nottingham、University of Oxford, 德国的University of Stuttgart、Ruhr University – Bochum、University of Duisburg，日本的University of Miyazaki、Yamanashi University、Chubu University、Kogakuin University，加拿大的McMaster University、Royal Military College of Canada、University of Victoria University of Waterloo等。日本的本田汽车、德国的奥迪汽车都有自己的燃料电池研发部门。

5.智能电网－电子系（电力、通讯、控制技术、系统工程）、计算机系。

奥巴马上任后提出了新的能源计划，将着重集中对每年要耗费1200亿美元的电路损耗和故障维修的电网系统进行升级换代，建立美国横跨四个时区的统一电网；发展智能电网产业，最大限度发挥美国国家电网的价值和效率，将逐步实现美国太阳能、风能、地热能的统一入网管理；全面推进分布式能源管理，创造世界上最高的能源使用效率。

美国政府推行智能电网有三个目的，一个是由于美国电网设备比较落后，急需进行更新改造，提高电网运营的可靠性；二是通过智能电网建设将美国拉出金融危机的泥潭；三是提高能源利用效率。美国政府要建立一个信息化的新型能源系统，将能源资源的生产、储存、运输、转换（发电）、输电、配电、供电、用电，以及各种用电、用能设备信息化、联网化和智能化整合，解决各种能源资源之间的优化平衡、各种电源转换之间的优化平衡、各种能源需求之间的优化平衡，从而提高能源资源的利用效率、能源设备的使用效能、能源投资的经济效益，以及节能减排的实际效果，从而提高能源系统对社会经济发展的总体效益。

智能电网的发展，需要很多领域的交叉合作：

通信类：建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现智能电网的基础，因为智能电网的数据获取、保护和控制都需要这样的通信系统的支持。

材料、超导：智能电网中的设备将充分应用在材料、超导方面的最新研究成果，从而提高功率密度、供电可靠性和电能控制技术

控制技术：提供对输电、配电和用户侧的控制方法并且可以管理整个电网的有功和无功。

在这领域的主要美国大学有：北卡州立大学（最雄厚）、华盛顿大学、亚利桑那州立大学、德州A&M、康内尔大学、爱荷华大学、佐治亚理工等。加拿大的一些学校也有很强的科研实力。比如多伦多大学。

6. 微生物燃料电池（microbial fuel cell）－生物系

从生物/微生物中提取电能在20世纪初就被发现，直到20世纪70年代陆续有研究文章发表。因为能源危机的问题，现在MFC的研究表现的越来越热。在这方面做的比较好的是比利时的一个研究组，他们的电池功率目前是最高的。宾夕法尼亚州立大学的Bruce Logan以及麻省大学阿姆赫斯特分校的Dr Lovley是最为著名的。除此以外，密歇根州立大、亚利桑那州立大学、马里兰大学等也有相关的研究中心。英国Newcastle University的Microbial Fuel Cell Research Group和澳大利亚的University of Queensland在此领域实力也很雄厚。

7.传统石油工业：

短期看，靠新能源的发展并不能满足经济发展的需要，所以传统石油工业将继续保持原有实力。今后的发展重心是高效开采和利用的新方法。通过改进工艺，提高原油、成品油的质量，为社会提供清洁的石油产品，并降低成品油使用过程中二氧化碳的排放量。

实力雄厚的美国大学有德克萨斯大学奥斯汀分校、斯坦福大学、德州A&M大学、塔尔萨大学、科罗拉多矿业大学宾州州立大学、俄克拉荷马大学、路易斯安那州立大学、南加州大学、德州理工大学。尤其是德州的各个大学，拥有地理资源优势，几乎全部石油工业上有企业在德州都有工厂。就业前景非常好。加拿大的阿尔贝托大学实力也很雄厚。

新能源相关专业录取没有特殊要求，能源专业只是作为相关传统专业的延伸，因此录取要求也和传统专业基本一致。

目前来看，新能源专业相关学生的毕业方向大致有以下三方面：第一，工程学（engineering），比如开发新能源技术，这就要选择工程类院校，并且对新能源有一定侧重的；第二，能源经济学（energy economics），从经济的角度分析各种新能源的可行性，经济类别的学校都可以选择，有没有能源侧重都无所谓，经济原理到哪都适用；第三，能源政策（energy policy），主要从国家政策的角度研究环境保护政策，以及促进新能源开发政策等，这就要选择国家政策比较好的学校，并且有能源政策或环境政策侧重。