▎小结
能量是做功的能力，可以用食物的大卡（Cal；又称为千卡，缩写为kcal）、千瓦·时（kW·h）以及焦耳（J）来衡量。每克汽油含有10大卡，每克饼干有5大卡，每克TNT有0.65大卡，而昂贵的电池每克约0.1大卡。汽油中蕴含的高能量解释了为什么汽油的使用范围如此之广。饼干中的高能量解释了为什么减肥这么难。电池中存储的能量相对较少，所以，要想把电池应用在电动车上并不简单。混合动力汽车中装有高效的汽油发动机以及电池。当汽车减速时，电池可以吸收能量，不需要再把能量浪费成热。燃料电池可以像普通电池一样输出电，但是燃料电池是通过添加化学品（比如氢气）来充电的，而不是通过插入墙上的电源充电的。每克铀含有2000万大卡，但是大量释放其中的能量要用核反应堆或者核弹。
煤是最便宜的化石燃料，而且可以被转化成汽油。能源使用大国都有丰厚的煤储量。
功率是能量传递的速率，可以用大卡/秒或瓦特来度量，1瓦特=1焦耳/秒。TNT的价值并不在于它的能量，而在于它的功率，即TNT迅速释放能量的能力。1马力约为1千瓦（kW）。一栋普通的小房子需要1千瓦供能。人类可以在短时间内输出1马力，但是在更长的时间内只能持续输出1/7马力。
大型核电站生产电能的功率约为10亿瓦，或者说1吉瓦（GW）。1平方千米阳光的功率也大致是1吉瓦，其中只有10%—40%可以被太阳能电池转换，但是越好的太阳能电池也越贵。太阳能车不太实用，但是太阳能飞机却大有可为，尤其对于侦察行动来说。
糖和脂肪都含有很多大卡。半小时的剧烈运动只能消耗一听软饮料的卡路里。
动能是运动产生的能量。如果要获得等同于TNT的能量，一块石头必须以大约1.5英里/秒的速度移动。要想摧毁敌方导弹，你只要把一块石头放在导弹的弹道上就好了，因为从导弹的角度来看，石块在以极高的速度移动，携带着大量能量。如果石块速度提高至10倍的话，它蕴含的能量就会达到10×10=100倍。6500万年前击中地球的石块的移动速度约为15英里/秒，所以它的能量就是等量TNT的100倍。当它击中地球时，动能转化成了热能。热导致该物体爆炸，我相信这就是导致恐龙灭绝的原因。
讨论题
这些问题涉及了正文中没有讨论的问题，所以把它们当成讨论题很合适。你们可以尽情陈述个人观点，但是要尽量用事实和（在合适的时机引用的）技术参数来支持你的论述。在写下答案之前，你可能要先和朋友们讨论一下。
- 石油效率和国家安全。如今，美国因为对汽车的使用而极度依赖石油。美国人对于石油的依赖已经把中东变成世界上最重要的地区。如果汽车的热机效率能达到40%（而非20%），美国人就不需要再进口任何石油了。我们在石油使用上的低效所造成的全球性影响甚至涉及中东地区的战争。如何使石油利用更加高效，既是一个技术问题也是一个社会问题。谁来为研究买单？美国政府？私人企业？这是一个经济问题还是国家安全问题？
- 汽车通常可以携带100磅汽油，相当于1500磅TNT所蕴含的能量。但是汽油真的像这个对比暗示的那么危险吗？如果真是这样，我们为什么要把它装入汽车？如果不是，为什么？我们不接受汽油仅仅是因为汽油的缺点已经为人所知了吗？
搜索题
- 小行星撞击事件非常罕见，大约每2500万年才会有一颗稍大的小行星撞击地球。但是小一点的小行星出现得更加频繁。在1908年，一颗彗星的碎片击中了西伯利亚的通古斯地区，它随后爆炸所释放的能量等同于100万吨TNT。请去网上找找关于通古斯大爆炸的信息。
- 混合动力汽车现在的状况如何？相比汽油汽车，混动车的效率提高了多少（以英里/加仑为单位）？在接下来还会进行哪些改进？所有混动车的燃料使用都是高效的吗？有效率更高的“标准”汽车吗？
- 如果要用太阳能为加州提供足够的电力，太阳能电池需要占据多大的面积？在网上找找关于现有太阳能电池成本以及预期使用寿命的信息。有没有公司在研究降低太阳能电池成本的方法？还有哪些方法可以把太阳能转化成电能？你认为太阳能应用在欠发达地区会更加可行还是不可行？
- 在网上搜一搜“聪明石块”（smart rocks）和“智能卵石”（brilliant pebbles）。现在是否有项目出于防御性目的开发这些技术？支持和反对这些项目的论据都是什么？
- 风能在世界各地的发展状况如何？目前最大的风力涡轮机有多大？一台风力涡轮机能输出多大的能量？风力涡轮机是处于需要政府补助的阶段，还是已经在商业上运作了？
- 关于电动车，你能找到哪些信息？电动车的续航里程是多少？如果把换电池的费用也考虑在内，电动车还会比汽油车便宜吗？
- 在网上搜索能够把煤转化成柴油的费—托法。有哪些国家使用过这种方法？是否有新工厂正在进行相关规划？
论述题
- 你认为本章的内容哪些最重要，可以上热搜头条？请在纸上写下来。你将如何告诉朋友、父母或孩子新闻里的关键知识点？
- 在2003年的美国国情咨文中，小布什宣布美国将开发氢经济。解释一下氢经济是什么意思。对这种经济，人们持有哪些错误的观点？人们该如何使用氢？
- 当涉及数据时，能量和能源（功率）之间的混淆可能会成为问题。比如，以下是我在波特兰通用电气公司的网站上发现的：“一座超大型工业工厂在1小时内使用的电能（功率）和50户普通住宅1个月的使用量相同。”[16]你能看出这种混淆的原因吗？你猜这段话作者所说的“1小时内使用的电能（功率）”是指什么？你认为真正的含义是“1个小时内使用的能量”吗？尽力描述一下作者的意图。这位作者想为你留下什么样的印象？这种印象是否准确？
- 朋友告诉你，在30年以后我们将会驾驶由太阳能提供动力的汽车。你告诉他：“预测30年以后的事很难。但是让我告诉你一种更有可能的情况。”描述一下你会告诉他什么。如果相关事实和数据能加强你的分析，就用它们来支持你的预测。
- 当车祸发生时，车的动能就变成热能、被压碎的金属、伤害及死亡。根据你（在现实生活和电影中）看到过的情况，请考虑两场车祸，一场撞击速度为35英里/时另一场为70英里/时。更快的撞击速度有可能会导致严重程度达到4倍的结果吗？除了速度之外，还有哪些因素能影响车祸的后果？飞机的速度通常是600英里/时，但是起飞和降落阶段的速度接近150英里/时。动能方程能告诉我们为什么坠机事故的幸存者总是很少吗？
- 能量是守恒的——这是基本的物理定律。那么，为什么我们还要“节能”呢？
- 虽然每克TNT的能量相对很少，但它是一种高效的爆炸物。简要地解释一下原因。
- 有人说：美国对汽油“上瘾”。请比较汽油和其他汽车能使用的能源。举出你所说的替代能源相对于汽油的优势和劣势。
选择题
1. “聪明石块”用于
A. 地质测定
B. 防御弹道导弹
C. 核动力
D. 太阳能
2. 1瓦特等于
A. 1焦耳/秒
B. 1库伦/秒
C. 1卡路里/秒
D. 1马力
3. 灭绝恐龙的小行星之所以爆炸，是因为
A. 它是爆炸性材料做成的
B. 它是铀-235做成的
C. 撞击让它变得非常热
D. 它没有爆炸，它把地球撞出了正常轨道
4. 动能的单位是
A. 瓦特
B. 卡路里
C. 克
D. 安培
5. 以下哪些说法是正确的？
A. 能量用焦耳来计量，而功率用卡路里来计量
B. 功率是能量除以时间
C. 电池释放能量，但是TNT释放功率
D. 功率表示非常大的能量
E. 以上都对
6. 指出以下哪个是功率（P）单位
A. 马力
B. 千瓦·时
C. 瓦特
D. 卡路里
7. 混动汽车的动力来自
A. 电能和太阳能
B. 太阳能和汽油
C. 电能和汽油
D. 核能和汽油
8. 由氢动力汽车还没有取代汽油车的主要原因是
A. 氢燃料太贵了
B. 氢燃料难以在汽车中储存
C. 氢燃料是放射性的，公众畏惧它
D. 氢燃料和空气混合后会爆炸
9. 铀-235释放的能量是相同重量的汽油的___倍（选择最接近的值）
A. 2200
B. 25000
C. 100万
D. 10亿
10. 以下哪种物质含有的单位能量最多？
A. TNT
B. 巧克力薄片曲奇
C. 电池
D. 铀
11. 比较1千克汽油和1千克手电筒电池中的能量，正确的是
A. 汽油的能量大约是手电电池的400倍
B. 汽油的能量大约是手电电池的10倍
C. 手电电池的能量大约是汽油的70倍
D. 它们不能公平地比较，因为一个储存的是功率而另一个储存的是能量
12. 要释放相同的能量，哪种能源最便宜？
A. 煤
B. 汽油
C. 天然气
D. AAA电池
13. 一般来说，1克重的流星的动能相当于以下哪一项所包含的能量？
A. 10克TNT
B. 150克TNT
C. 1/100克TNT
D. 10克汽油
14. 美国的煤炭储量预期可以维持
A. 几百年
B. 三四十年
C. 72年
D. 不到10年
15. 限制电动汽车发展的一个因素是
A. 电池的能量密度低
B. 电池比汽油更容易发生爆炸
C. 电能对于汽车来说并不实用
D. 电动机比汽油机的效率低
16. 太阳能单位面积产生的功率约为（多选题）
A. 1瓦/平方米
B. 1千瓦/平方米
C. 1兆瓦/平方千米
D. 1吉瓦/平方千米
17. 便宜的太阳能电池的效率接近
A. 1%
B. 12%
C. 65%
D. 100%
18. 一个人跑上楼梯，他在短时间内输出的功率约为
A. 0.01马力
B. 0.1马力
C. 0.2马力
D. 1马力
19. 1听软饮料（不包括“低糖”“零度”类的饮料）含有的热量约
A. 10大卡
B. 50大卡
C. 150大卡
D. 2000大卡
20. 一家大型核电站的产能功率约为
A. 1兆瓦
B. 1吉瓦
C. 100吉瓦
D. 1000吉瓦
21. AAA电池提供的电能会花费消费者约
A. 1美分/千瓦·时
B. 10美分/千瓦·时
C. 1美元/千瓦·时
D. 1000美元/千瓦·时
22. 墙上插座的电能会花费美国消费者约
A. 1美分/千瓦·时
B. 10美分/千瓦·时
C. 1美元/千瓦·时
D. 1000美元/千瓦·时
23. 液态氢每加仑（并非每磅）的能量约为汽油的
A. 1/3
B. 等量
C. 3倍
D. 12倍
24. 美国人使用的大部分氢来自
A. 地下的氢气贮藏
B. 从大气中抽离的氢气
C. 核反应堆产生的氢
D. 用化石燃料或水制造的氢气
25. 有10个钨丝灯泡，每个功率都是100瓦。如果把所有灯泡都点亮1小时，消耗的能量是
A. 10千瓦·时
B. 1千瓦·时
C. 10千瓦
D. 1000瓦
[1]随着宇宙的演化，很有可能所有能量都会被转换为热。围绕这个概念，哲学家和神学家写出了大量文章。该理论有时被称为宇宙的“热寂”，因为热能并不总能被转换化回到其他形式。
[2]有我一次在一个蛋糕的配方上遇到了麻烦，因为我不知道1汤匙（Tsp）和1茶匙（tsp）发酵粉之间的区别。事实上，1汤匙=3茶匙。问问西餐厨师就知道了！（Tsp是汤匙的标准缩写；tsp是茶匙的缩写。）
[3]按作者写书时（2009年）的汇率为每度电0.34—1.7元人民币。——编者注
[4]准确地说，1大卡约是1瓦·时的84%。
[5]你将在第3章看到，如果要计算力的大小，你可以用一种物质（如TNT）的能量除以它释放的距离（根据化学能计算动能）。
[6]工程师喜欢把“爆炸”和“爆燃”区分开来，爆炸会突然产生一个被称作“冲击波”的前奏，冲击波穿过其余物质并将其点燃，而在爆燃中并没有冲击波。汽车中的汽油引爆没有冲击波。所以根据以上定义，汽车发动机中不存在爆炸。不过，媒体和公众并不做如此精细的区分，在本书中我也不会。
[7]科斯特洛和阿伯特两个人在讨论物理。科斯特洛问：“什么是功率单位？”阿伯特说：“瓦特（Watt）。”科斯特洛说：“我说，‘什么是功率单位？’”阿伯特说：“我说，‘瓦特’。”科斯特洛说：“我再大点声。什么（What）！是功率单位？”阿伯特说：“没错。”科斯特洛说：“‘没错’是什么意思，我问了你一个问题。”阿伯特说：“瓦特是功率单位。”科斯特洛说：“我就是这么问的。”阿伯特说：“这就是答案。”你可以无限延长这个对话。
[8]当爱因斯坦的相对论（见第12章）预测质量可以被转化为能量时，此定律被修改成：质量和能量的总和是守恒的。
[9]库德（quad）在美式英语中表示能量单位，1库德约等于2.4亿吨石油所含的能量。——编者注
[10]感谢自行车运动员亚历克斯·魏斯曼提供的数据。
[11]我参考的一本运动生理学的书把这些数据制成一张表，其读者可能是运动员或农场主，所以才会举清洁马厩的例子。
[12]在很多教科书中，千克仅作为质量单位使用。我没有遵守这条物理学惯例，可能有人会说我“粗心”，但事实上，欧洲和美国的称重量单位也是千克。对一般用法来说，1千克就表示“1千克质量的重量”。
[13]地球和太阳之间的距离为r=93×106英里=150×106千米。圆的周长为C=2πr。地球公转一周的时间是一年，即t=3.16×107秒。把这些放在一起，我们就能得到地球的速度是v=C/t=30千米/秒。（注意，一年的总秒数非常接近于t≈π×107。这是物理学家们非常喜欢使用的近似值。）
[14]取半径为5千米=5×105厘米，我们可以算出体积V=（4/3）πr3=5.2×1017立方厘米。石块的密度约为3克/立方厘米，所以质量约为1.6×1018克=1.6×1012吨。
[15]广岛原子弹的能量等同于13千吨=0.013兆吨TNT。人们试验过的杀伤力最大的核武器是1961年的苏联核试验中的武器，它释放了等同于58兆吨TNT的能量。
[16]一个月通常有30天，也就是说30×24=720小时，所以上述工厂相当于使用了50栋住宅每小时耗能的720倍。如正文所说，50栋住宅每小时一般需要消耗50千瓦电能。这就意味着这家工厂的动力设备耗能为720×50千瓦=36兆瓦。回想一下，一家普通大型发电厂的输出是1吉瓦=1000兆瓦。这家工业工厂使用的功率相对这个数字似乎并不大。但是原文的表述让这种功率显得非常大（至少在我看来是这样）。