『壹』 2014陕西中考物理最后一题最后一问
水位变化初看应该是V排除以蓄水池的面积，其实不然。你可以这样分析：当塑料盒内放入0.3千克物体后，由于总重力增加，塑料盒就会下沉，因此浮力也会相应增加。塑料盒下沉多少呢？我们根据增加的浮力等于增加的重力，得出增加的浮力为绝宴明3牛，然后根据阿基米德原理算出增加的V排为3×10-4m3，再算出塑料盒要下沉的深度为3厘米（此时的深度为V排除以塑料盒的底面积，明白吗？）此时，由于塑料盒下祥陵沉，整个装置无法关水，只有当水面抬升，塑料盒恢复到原来位置时才能关水，所以进水管会注水，水面上升的同时塑料盒跟着一起上升，当上并告升3厘米后顶住进水管，注水结束。
『贰』 什么是防臭地漏，地漏什么样的好
什么是防臭地漏，地漏什么样的好
地漏就是排水管道口上的一个“筛片”，主要作用是挡住脱落的毛发或其它杂物流入排水系统引起堵塞。而所谓的防臭地漏只不过是在普通地漏的基础上加上一个犹如止回阀一样的闭合开关，有水流出时开关打开，没水流出时开关自动闭合，这样能做到防止排水管道里的异味反串到地漏上的空间里，同时也能防止虫子从管道里爬入室内！（先来看看防臭地漏的面貌）地漏什么样的好无论是普通地漏还是防臭地漏都有不同的材质，我们最常用到的有塑料地漏、不锈钢地漏和全铜地漏，除了价格上的高低区分之外，哪一种材质的更耐用相信就不用雨哥直说了吧以下我们来谈一下为什么要选择防臭地漏的哪些事吧！为什么要用防臭地漏雨哥认为排水管道里有异味反串，单单是靠用防臭地漏来解决不是上上之策！比如我们卫生间里的排水管道，在多种生活污水共用的情况下，管道里难免会有异味。
利用防臭地漏来隔断异味反串到卫生间里确实是可以的，但当有水流流出时地漏的开关会打开，在水流较小“不满管”的情况下管道里异味进入卫生间内就有机可乘。
这样一来就显得防臭地漏的防臭功能减弱，加上当防臭地漏上开关密封性能减弱的情况下，防臭功能也会跟着下降甚至失去作用！因此就出现了返臭的现象，这时就更换地漏或使用一种比较方便更换的地漏芯！预防管道返臭正规的做法！卫生间里或其它用水区域里排水管道最好是装上存水弯，利用“水封”的原理来隔断异味反串，而不是以“直排”的方式需要利用地漏来防臭。这样比用防臭地漏效果更显著！就好像便盘里的存的那“一窝水”一样，其主要目的就是为了防止臭味反串。排水管道上设置存水弯在下沉式卫生间里比较好安装，非下沉式卫生间要设置存水弯有两种方式：第一种是以抬高地面的方式进行设置，也就是在地面上布置好排水管道设置好存水弯之后，再用回填的方式将管道掩埋住。这种做法一般在自建房中比较常见，其它住宅很少用到。
第二种方式就是异层排水，也就是在底下（楼下天花顶上）设置存水弯，这样就不需要把地面抬得太高也能方便安装存水弯。这种做法在高层建筑中最常用。（下图为下沉式卫生间同层排水施工示意图）综上所述：在排水管道上设置存水弯远远比用地漏来防臭效果要好很多，但很多人都不了解这些细节而忽略了这个步骤，总觉得只要防臭地漏就能隔绝臭味反串，这或许也是完全依赖地漏来防臭的想法问题！那么在管道上没有设置存水弯的情况下要怎么选择地漏才能做到更好的防臭效果呢根据我个人的使用情况，各种材质的地漏都有用过，普通的或防臭的也都用过！个人认为全不锈钢或全铜地漏各方面都比较理想一些，而那种与塑料组合的地漏各种性能稍微就欠缺一些！比如类似上图这种地漏，虽然名义上是全铜地漏，但“地漏芯”却是塑料的，我们将其称为“组合地漏”。
什么是防臭地漏 地漏什么样的好
现在，人们在装修的时候，都知道地漏的重要性。虽然看似一个小小的东西，但是排水、防臭都需要靠它来实现。
防臭地漏是市面上非常流行的功能型地漏，而很多人却因此备受困扰，家用防臭地漏用什么样的比较好为什么自己买的防臭地漏刚装上没多久就开始返味其实，选防臭地漏的时候，我们不能只看品牌，更多的我们要看地漏的设计，要大概地了解地漏的防臭原理是什么，这样才能够帮助我们更好的选择地漏。
现在回到我们开头的那个问题：为什么自己买的防臭地漏装上没多久就开始返味很有可能就是选到了“伪防臭地漏”。目前，市面上防臭地漏大部分是水封地漏或者是重力翻板式地漏。但是由于地漏质量参差不齐，即使是号称能够有效防臭的水封地漏也因其水封高度不够而导致地漏返味，重力翻板式地漏就更不用说了，依靠硬物闭合来防止气体穿过本来就是不靠谱的。金德尔在设计、研发之初的时候，就已经考虑过这个问题，不论是水封地漏亦或是机械地漏，我们均采用了储水密封的方式，用水来隔绝臭气的传播。
金德尔虹吸地漏水封系列，拥有超大的储水腔体，地漏能够存储接近400ml的水量，有效水封高度达到50mm，符合国家标准，即使是有管道负压，也能够保证水封层不会被破坏，不会影响地漏的防臭效果。金德尔虹吸地漏臻芯系列，则采用了水膜密封专利技术。我们使用了独特的软胶水槽结构，让地漏在排水后能够形成一层水膜，达到接近水封的效果，比一般盖板闭合的防臭方式更加有效。
什么是防臭地漏我们应该如何挑选
第一无论如何地漏可以起到完全除臭的作用。地漏的除臭功能主要靠密封，消费者可以根据地漏的使用场所选择不同密封方式的地漏。
二是地漏的位移要满足使用要求，要足够大。
即使家里没人，水管爆裂，也能快速排水。位移可以通过询问说明或测试报告来检查，应根据地漏插座的内径和不同的使用场所选择合适的位移。第三过滤功能要彻底，因为过滤功能不足会导致异物堵塞管道，清洗工作会很麻烦。如果滤网孔径不合适，清理异物的时间间隔会过短，也会增加消费者的负担。
专家建议，最好的滤网孔径在之间，既能防止异物落入管道，又能将清除异物的时间延长到个月。第四，使用时间要足够长，不需要经常更换。有些机械地漏以塑料为芯，用了三五年就脆了。
但是这个地漏的核心需要高频活动，所以地漏的功能不够稳定，可能会出现各种问题，需要重新更换。第五，地漏的选择要根据使用场所来确定。比如淋浴房冲的水量最大。
为了保证水可以快速渗漏而不积水，这里的地漏排量也需要很多另外，洗衣机的瞬时水流特别大，此时水管上的瞬时压力非常大。专家建议，如果条件允许，最好的方案是用专用管道代替地漏。如果只能选择地漏，最好在出水口安装缓冲装置，降低瞬时水压，洗衣机使用专用地漏。
防臭地漏的原理主要在于地漏的结构。一般来说，在这个地漏中，有一个储水弯头，目的是密封，因为地漏主要依靠水的密封性能来防止异味。这种地漏原理简单，结构简单。在除臭地漏原理知识的详细讲解中，与水除臭地漏相比，另一个原理是密封除臭地漏。
它的结构比较复杂，在浮盖上增加了上盖，可以密封地漏体，除臭效果更好。这种地漏设计也有更大的优势，外观时尚新颖美观，能受到大多数家庭的喜爱，还能更好的除臭防虫。三防地漏也是目前最先进的地漏。其原理是在下管出口安装一个小浮球，然后利用下水道管理的水压和气压将球顶在上面。
过水时，利用水的浮力将球托起，从而达到漏水的目的。通过水时，可达到除臭、防虫、防溢水三重功效。是现代很多家庭选择的一个重点。
防臭地漏是什么卫生间有没有必要使用防臭地漏
防臭地漏是什么卫生间有没有必要使用防臭地漏一、防臭地漏过滤网下有水封，蓄水筒里的水可以阻断管道里的气味，起到防臭的作用。二、防臭地漏有不同的防臭原理：1、水封地漏：依靠存水弯的水来防臭，缺点：地漏裏面必须有存水，否则就起不到防臭效果。
2、 偏心块式：即用一个密封垫，一边用销子固定，利用重力偏心原理来密封，一是封闭不严密，二是销钉容易损坏，造成失效。
3、弹簧式：分为上弹式和下弹式。上弹式是按压盖板，盖板弹起来，再次按压，就会复位；下弹式是用弹簧拉伸密封芯下端的密封垫来密封。由于弹簧是由硼铁制成，容易锈蚀，弹性逐渐减弱，直至失效，寿命不长，另外弹簧容易缠绕毛发、织物，不易清理。4、吸铁石式：用两片磁铁的磁力吸合密封垫来密封。
由于地面水水质很差，如洗刷物品、刷地等各种原因，污中会含有一些铁质杂质吸附在吸铁石上，一段时间后，杂质层就会导致密封垫无法闭合，另外由于地球大磁场的作用，磁力也会逐渐衰弱。三、地漏在满足快速排水的同时还要起到阻止下排水管道及化粪池中的带有各种病菌的恶臭气体进入室内，地漏功能的好坏直接影响到室内空气质量，是直接关系到家人特别是老人小孩的身体健康，因此在您选择地漏产品时，地漏的基本功能必须具备：排水快，防臭气，防蚊虫，易清理等特点。主要区别普通地漏不能阻挡下水道里的臭气和蚊虫进入室内，这样会影响居住环境。
防臭地漏可以阻挡下水道里的臭气和蚊虫进入室内，隔断蚊虫和病菌进入室内。
『叁』 矿山地质环境监测内容与方法
矿山地质环境监测分为两大类：一是根据已发生的地质环境问题，监测其变化情况，如数量、危害程度等动态变化；二是根据已掌握的地质环境问题的隐患情况，监测其变化趋势，及时预警预报，减少财产损失。
根据湖南省矿山地质环境现状，结合主要的地质环境问题，确定全省矿山地质环境监测内容包括四个方面：矿山地质灾害（地面塌陷、地裂缝、地面不均匀沉陷、崩塌、滑坡、泥石流）；矿山地形地貌景观及土石环境，包括破坏地形地貌景观类型、土地资源的占用和破坏、固体废弃物的排放、水土流失的情况等；矿山水环境，包括地下水水位、水质、废水废液的排放等；矿山地质环境恢复治理及效果，包括尾砂库、废石堆的复垦复绿等。由于矿山地质灾害影响范围广，危害大，直接威胁到人民的生命及财产安全，因此，目前一般将矿山地质灾害、水环境作为重点监测内容，而矿山土石环境、矿山环境恢复治理作为次重点监测内容。
一、矿山地质环境监测内容
（一）矿山地质灾害监测内容
1.地面塌陷（采空塌陷、岩溶塌陷）监测
发生时间、塌陷坑数量、塌陷区面积、塌陷坑最大直径、最大深度、危害对象、直接经济损失、治理面积；采空区岩移范围或岩溶地下水强行疏干影响区内的民居建筑、井泉点、农田、道路交通等。
2.地裂缝监测
发生时间、地裂缝数量、最大地裂缝长度、宽度、深度、地裂缝走向、危害对象、直接经济损失、治理面积等。
3.地面不均匀沉陷监测
发生时间、沉降区面积、累计最大沉降量、年平均沉降量、危害对象、直接经济损失、治理面积；采空区岩移范围或岩溶地下水强行疏干影响区内的民居建筑、井泉点、农田、道路交通等。
4.崩塌监测
潜在的崩塌数量、崩塌体方量、危害对象、危险程度，崩塌隐患体上的建筑物变形特征及裂缝变化情况。
5.滑坡监测
潜在的滑坡数量、滑坡体方量、危害对象、威胁资产、危险程度、治理情况，滑坡隐患体上的建筑物、构筑物变形特征及地面微裂缝的变化情况。
6.泥石流监测
潜在的泥石流易发区数量、泥石流物源方量、危害对象、威胁资产、危险程度、治理情况。
（二）矿山水环境监测内容
1.地下水均衡破坏监测
矿区地下水水位最大下降深度、地下水降落漏斗面积、对人、畜、土地的影响；采空区岩移范围或岩溶地下水强行疏干影响区内的井泉点、农田。
2.地下水水质污染监测
地下水污染物种类、地下水污染物含量；矿区内出露的主要泉眼或主要的居民饮用水水井。
3.废水废液排放监测
废水废液类型、年产出量、年排放量、主要有害物质及含量、年循环利用量、年处理量；废水废液排污口，废水废液与溪沟、河流、水库或重要水源地的汇合处等。
（三）矿山地形地貌景观及土石环境监测内容
1.地形地貌景观监测
破坏地形地貌景观类型、方式、区位、面积、破坏程度及恢复治理难易程度。
2.占用破坏土地监测
侵占破坏土地方式、侵占破坏土地类型、面积、土地复垦面积、恢复治理难易程度。
3.固体废弃物排放监测
固体废弃物类型、占地面积及类型、主要有害物质及含量、年产出量、年排放量、年循环利用量、年处理量。
4.土壤污染监测
污染的土壤类型、面积、主要污染物及含量。
5.水土流失监测
矿区水土流失面积、土壤流失量、危害程度。
（四）矿山地质环境恢复治理及效果监测内容
主要监测已治理的矿山地质环境问题、投入治理的资金及资金来源、治理措施、治理面积、治理效果（社会效益、环境效益、经济效益）等。
二、矿山地质环境监测方式
根据监测手段的差异，矿山地质环境监测方式分为常规监测、专业监测、遥感监测和应急监测四类。具体方式的采取，根据其监测面积、地域、重点监测对象的差异性而定。
（一）常规监测
常规监测主要是指监测责任人对监测对象及监测点采取定期巡查监测，并填写技术表格的方式。
根据矿山类型，划定监测责任人。一般来说，采矿权人作为最大的受益人，也是破坏地质环境的责任主体，是常规监测的责任人。上级管理机构应该指派专员，对矿山企业开展指导，并适时开设培训班，分期催交监测技术表格，汇总分析技术资料，形成年报后再上报。对于责任主体灭失的矿山，其监测责任人应归咎于当地的国土资源主管部门，通过委托专业机构的方式开展监测。
此类监测通常采用简易的监测方法，如目测、尺测、贴片、埋简易桩等，少数引用专业设备进行监测。
（二）专业监测
专业监测主要是指通过专门的监测机构，采用先进的技术设备，对矿山地质环境问题开展监测，以监测示范区的形式推广。该监测方式与科学技术的发展紧密相连，并逐步向自动化、智能化靠拢。
以全省地质环境问题突出的大中型闭坑矿山和部分大中型国有生产矿山为单元，建立矿山地质环境监测示范区，开展矿山地质环境监测技术方法研究。原则上每个市（州）可建立1～2个矿山地质环境监测示范工程，根据“应急优先、典型示范”原则，作为示范区试点，由专门的监测机构具体实施，工作方法如下：
1）在开展示范区1∶5000精度矿山地质环境问题调查的基础上，以矿区地面沉陷变形、水环境、土石环境污染、占用破坏土地为主要监测内容，采用高新技术手段对矿区主要环境地质问题进行监测。
2）建立示范区地表塌陷监测网和深部位移监测点：广泛应用微电子技术、传感技术、通信技术和自动控制等技术监测矿山地质环境。采用多种监测技术（GPS、全站仪、水准仪、裂缝计、位移计、应变仪）定期开展地表塌陷与地表裂缝监测；采用钻孔倾斜仪、TDR定期开展深部位移监测；采用光纤光栅应变技术，三维激光扫描技术，实时监测矿山边坡、房屋开裂等的变化情况。
3）建立示范区水土污染监测网：合理布设监测网点，定期取水土样分析测试。引进先进的水环境自动检测技术，实时监控矿区水环境，分析矿区水土的污染原因、污染途径、污染程度，预防水土环境污染事故。
4）开发建立矿山地质环境示范区监测预警管理信息平台，实现自动监测、传输、管理、分析为一体的信息系统，实现远程无人自动化监控综合管理。
5）发现突变数据及时反馈地方政府，有效预防矿山地质灾害及水土环境污染事故。
6）开展多种监测技术方法研究和比较，优化监测技术手段，开展技术交流，对于各种监测方法的精度、优缺点进行比较，对各种监测技术方法进行总结及推广应用。提交年度成果和成果审查。
（三）遥感卫星监测
遥感卫星监测是指采用多波段、多时相和高分辨率遥感影像（Quick bird或SPORT卫星数据）InSAR技术，开展典型矿区地质环境动态遥感监测，建立基于遥感波谱的具有一定精度保证的主要矿山地物类型、土地与植被破坏、地面塌陷等自动识别模型与方法，实现地物面积变化监测。主要适用于大范围、矿业活动程度高、破坏大的密集型重点矿山集中开采区。
其工作步骤如下：
1）选取要监测的重点区域，充分了解研究区的地质环境背景，结合区内矿山分布，确定遥感监测方案。
2）遥感影像选取高分辨率卫星影像（QuickBird或SPORT）数据。
3）通过遥感影像对矿产开采区侵占土地、植被破坏、固体废物堆放、尾矿库分布、采空区地面沉陷、滑坡、泥石流、崩塌等地质灾害、矿产开发引发的水土流失和土地沙化、矿区地表水体污染、土壤污染等矿山环境地质问题进行解译和判读。
4）收集研究区1∶10000地形图数据，将遥感影像配准到地形图上，采用目视解译、人机结合解译和计算机自动提取等方法将解译的内容按实际规模大小标在地形图上，并填写遥感解译记录表。
5）对卫星监测数据进行实地验证，总结遥感监测技术方法，开展技术交流，对于各种监测方法的精度、优缺点进行比较，对各种监测技术方法进行总结及成果推广。提交年度成果和成果审查。
（四）应急监测
矿山地质环境应急监测适用于湖南省采矿因素引发的重大突发地质灾害事件和矿山地下水污染事件。
1.应急监测响应分级
对应地质灾害和地下水污染事件分级，应急响应分为特大（Ⅰ级响应）、重大（Ⅱ级响应）、较大（Ⅲ级响应）和一般（Ⅳ级响应）四级。市、县分别负责较大（Ⅲ级）与一般事件（Ⅳ级）应急监测工作。特大（Ⅰ级）与重大（Ⅱ级）由省应急监测指挥部决策并指挥省级地质环境监测机构实施。
2.应急监测响应程序
省应急监测指挥部接到特大（Ⅰ级）与重大（Ⅱ级）突发性矿山地质灾害和地下水污染事件信息并确认需要监测的，立即向省政府和国土资源部报告，启动并实施应急监测预案。
3.应急监测组织
成立应急监测指挥部，设立应急监测中心，应急监测中心下设现场调查组、监测组、技术分析组、综合管理组、后勤组等五个工作组。
应急监测中心接到指令后立即启动应急监测工作，组织各工作组迅速赶赴现场开展应急监测工作，各工作组的任务职责如下：
1）现场调查组与监测组：立即赶赴现场开展调查，根据灾害事件的形成条件，制定监测方案，圈定监控范围、布置监测网点、监测项目、监测方法，制定应急监测实施方案并交技术组审核。监测人员按应急监测实施方案进行监测。
2）技术分析组：根据现场情况和技术条件及时审核应急监测实施方案并报上级批准后，交现场监测组实施，提出应急对策建议和方案，编制应急监测报告交综合管理组。
3）综合管理组：组织、协调所有人员按其职责开展应急工作；及时接转电话和传送文件、报告，认真做好值班记录，保持24小时联络畅通。及时向上级有关部门报告应急调查结果、应急监测结果、事态进展、发展趋势、处置措施及效果等情况。
4）后勤保障组：负责调度车辆运送应急监测人员、设备和物质，做好后勤保障以及现场监测人员的安全救护工作；开展摄影、摄像和信息编报工作。
4.应急监测处置
（1）信息接收
省应急监测中心综合组设专人专线电话负责全省矿山地质环境突发事件的信息接收，并及时向省应急指挥部报告。
（2）应急监测
1）向地方指挥部提出开展群测群防的建议。发动群众，针对应急监测对象以及毗邻区域开展群测群防监测。定期目视检查地质灾害体有无异常变化，如建筑物变形、地面裂缝扩展及地下水异常等；利用简易工具，采用埋桩法、埋钉法、上漆法或贴片法等监测裂缝变化。
2）对险情重、规模大、表象识别困难的滑坡体，结合目视监测和简易监测，布设专业监测网观测地质灾害体的动态变化情况，监测周期尽可能加密。专业监测对象以表层位移和地下水地表水为主。在阻滑段或者滑坡周缘的扩展部位，采用激光扫描、定点测量等方法，监测关键位置的位移及其变化情况。
3）对矿山地下水污染事件，应急监测有毒有害物种类、含量变化过程，水质状况变化过程、污染范围；污染事件造成河流严重污染导致下游地下水遭受严重威胁或污染的，说明污染水体前锋入境、污染水体过境和出境过程及有毒有害物含量变化过程。
5.信息报送
（1）报告时限和程序
确认发生特别重大（Ⅰ级）与重大（Ⅱ级）突发性矿山地质灾害事件后，应急监测指挥部立即向省政府和国土资源部报告有关应急监测信息。
（2）报告方式与内容
突发的矿山地质灾害和矿山地下水污染事件应急监测报告分为初报、续报和监测结果报告三类。
1）初报从发现事件后起4小时内上报，初报主要内容包括：突发灾害事件发生的时间、地点、灾害类型、受害或受威胁人员情况等初步情况以及初步采取的防范措施、应急监测对策和预期效果。
2）续报在查清有关基本情况后随时上报，续报内容是在初报的基础上，根据应急监测进程，报告有关确切数据、事件发生的原因、过程、进展情况、采取的应急措施和效果。
3）监测结果报告在事件处理完毕后上报，采用书面报告的形式，在总结初报和续报的基础上，详细报告下列内容：应急监测项目、监测频率、监控范围、采取的监测技术方法、手段等应急监测方案；应急监测预警技术所确定的关键地段，选定的预警模型与判据，校验复核；灾害体的成因、变化数据，变化趋势、危害特征、社会影响和后续消除或减轻危害的措施建议；对应急监测实施方案、采取的应急对策、措施和效果进行评价，总结经验教训。
三、矿山地质环境监测方法
（一）矿山地质灾害监测方法
1.地面塌陷
矿区塌陷面积较大的，采用遥感技术监测；重点矿区采用高精度GPS、钻孔倾斜仪、全站仪等监测；其他采用人工现场调查、量测。具体方法为：
1）地面和建筑物的变形监测，通常设置一定的点位，用水准仪、百分表及地震仪等进行测量，或可采用埋桩法、埋钉法、上漆法、贴片法等进行简易监测。
2）塌陷前兆现象的监测内容包括：抽、排地下水引起泉水干枯、地面积水、人工蓄水（渗漏）引起的地面冒气泡或水泡、植物变态、建筑物作响或倾斜、地面环形开裂、地下土层垮落声、水点的水量、水位和含沙量的突变以及动物的惊恐异常现象等。
3）地面、建筑物的变形和水点的水量、水态的变化，地下洞穴分布及其发展状况等需长期、连续地监测，以便掌握地面塌陷的形成发展规律，提早预防、治理。
4）采用测距仪或皮尺测量塌陷区面积、塌陷坑最大深度、直径等；现场调查塌陷坑数量及危害程度。
2.地裂缝
主要监测方法有大地测量法、GPS全球定位系统、简易人工观测、应力计、拉杆、光栅位移计自动监测等技术。
人工现场调查，现场调查地裂缝数量及危害程度，测量采集数据。测距仪、罗盘和皮尺测量最大地裂缝长度、宽度、深度、地裂缝走向；最大裂缝处两侧埋水泥墩、钢筋桩。
3.地面沉降
人工现场测量采集数据。重点矿山采用现场埋设基岩标自动监测，其他采用高精度GPS监测。
4.崩塌、滑坡
人工现场调查、测量采集数据。一般采用GPS定位（坐标、高程），测距仪和皮尺测量崩塌、滑坡体积，现场调查崩塌、滑坡数量及危害程度；对于危害严重的或大、中型规模的崩塌、滑坡隐患体由矿山企业监测其空间位移变化，具体方法根据实际情况确定。
滑坡裂缝采用的简易监测方法有埋桩法、埋钉法和贴片法。
埋桩法：如图7-11，在斜坡上横跨裂缝两侧埋桩，用钢卷尺测量桩之间的距离，可以了解滑坡变形滑动过程。
埋钉法：如图7-12，在建筑物裂缝两侧各钉一颗钉子，通过测量两侧两颗钉子之间的距离变化来判断滑坡的变形滑动。这种方法对于临灾前兆的判断非常有效。
贴片法：如图7-13，在横跨建筑物裂缝粘贴水泥砂浆片或纸片，如果纸被拉断，说明滑坡发生了明显变形，须严加防范。与上面三种方法相比，这种方法是定性的，但是，可以非常直接地判断滑坡的突然变化情况。
5.泥石流
泥石流监测采用测距仪和皮尺测量潜在的泥石流物源方量、现场调查泥石流易发区数量、危险程度；对于危害严重的或大、中型规模的泥石流易发区，由矿山企业监测降雨量大小与冲刷携带物体积，具体方法根据实际情况确定。
监测的目的和任务是为获取泥石流形成的固体物源、水源和流动过程中的流速、流量、顶面高程（泥位）、容重及其变化等，为泥石流的预测、预报和警报提供依据。监测范围包括水源和固体物源区、流通段和堆积区。泥石流的监测方法，在专门的调查研究单位已采用电视录像、雷达、警报器等现代化手段和普通的测量、报警设备等进行观测。如目前国内采用超声波泥位计对泥位进行监测的方式取得了较好的效果，图7-14。
图7-11 埋桩法监测示意图
图7-12 埋钉法监测示意图
图7-13 贴片法监测示意图
图7-14 泥石流泥位自动监测装置
群众性的简易监测，主要应用经纬仪、皮尺等工具和人的目估、判断进行，简易监测的主要有以下对象与内容。
（1）物源监测
1）形成区内松散土层堆积的分布和分布面积、体积的变化。
2）形成区和流通区内滑坡、崩塌的体积和近期的变形情况，观察是否有裂缝产生和裂缝宽度的变化。
3）形成区内森林覆盖面积的增减、耕地面积的变化和水土保持的状况及效果。
4）断层破碎带的分布、规模及变形破坏状况。
（2）水源监测
除对降雨量及其变化进行监测、预报外，主要是对地区、流域和泥石流沟内的水库、堰塘、天然堆石坝、堰塞湖等地表水体的流量、水位，堤坝渗漏水量，坝体的稳定性和病害情况等进行观测。
（3）活动性监测
泥石流活动性监测，主要是指在流通区内观测泥石流的流速、流位（泥石流顶面高程）和计算流量。各项指标的简易观测方法如下：
1）观测准备工作。
建立观测标记。在预测、预报的基础上，对那些近期可能发生泥石流的沟谷，选择不同类型沟段（直线型、弯曲型），分别在两岸完整、稳定的岩质岸坡上，用经纬仪建立泥位标尺，作好醒目的刻度标记。划定长100m的沟段长度，并在上、下游断面处作好断面标记和测量上、下游的沟谷横断面图。
确定观测时间。由于泥石活动时间短，一般仅几分钟至几十分钟，故自开始至结束需每分钟观测一次，特别注意开始时间、高峰时间和结束时间的观测。
2）流速观测。
浮标法。在测流上断面的上方丢抛草把、树枝或其他漂浮物（丢物时注意安全）分别观测漂浮物通过上、下游断面的时间。
阵流法。在测流的上、下断面处，分别观测泥石流进入（龙头）上断面和流出下断面的时间。
流速计算。
3）流位观测。在沟谷两岸已建立的流位标尺上，可读出两岸泥石流顶面高程。
4）流量计算。流量可用下式概略计算。
湖南省矿山地质环境保护研究
式中：Qs为泥石流流量，m3/s；Vs为泥石流流速，m/s；As为断面面积，m2。
上面各项观测资料均应做好记录，主要包括观测时间和各种观测数据，并绘制时间与观测值之间的相关曲线和计算有关指标。反映变化情况，作为预测、预报和警报的依据。
（二）矿山占用破坏土地监测方法
1.固体废料场、尾矿库、地面塌陷区、露采场
人工现场调查、测量采集数据及采用遥感监测手段。采用GPS定位、测距仪和皮尺测量固体废料场、尾矿库、地面塌陷区、露采场压占土地面积；现场调查压占土地类型；压占面积较大的重要矿区辅以遥感影像监测其面积变化。
2.矿区土壤污染及水土流失监测
人工现场调查、测量、取样室内分析，辅以土壤污染自动监测仪采集数据及遥感监测。测距仪和皮尺测量土壤污染及水土流失面积；取样分析污染物的种类、含量；现场调查污染土地类型及年土壤流失量；对于重要矿区采用遥感技术监测和人工现场调查、测量相结合的方式进行监测。
（三）矿山水环境监测方法
1.地下水均衡破坏监测
人工现场调查采集数据。采用水位自动监测仪及测绳监测水位变幅；采用GPS定位监测井泉干枯的坐标、高程；现场调查干枯井泉的数量，以及对人、畜、土地的影响和地下水降落漏斗面积。具体做法为定期进行观测，参照国家地下水动态监测方法，监测人员每月逢五逢十对区内泉眼、观测井进行观测，泉点主要是纪录泉水的流量变化情况、是否干枯；观测井主要是纪录观测井水位变化情况。定期对收集的数据进行统计分析，确定地下水位变化趋势，确定采矿活动对区内地下水位超常下降影响范围。
2.废水废液排放监测
现场调查、取样，室内分析。采用流速仪或堰板监测矿坑水、选矿废水、堆浸废水、洗煤水的排放量；定期对矿山对外排放的废水进行水质检测，检查废水的pH、重金属元素、放射性元素、砷等有害组分含量是否达到相关排放标准；定期检查矿山废水影响范围内农作物生长状况、水塘中鱼类活动是否正常。
四、矿山地质环境监测技术要求
1）矿山地质灾害监测应采用专业监测与群测群防相结合的方法。专业监测方法有水准仪、全站仪、GPS及卫星遥感测量。监测网点布设及监测周期应符合《崩塌、滑坡、泥石流监测规范》（DZ/T0221—2006）和《地面沉降水准测量规范》（DZ/T 0154—1995）的相关规定。
2）土地资源占用破坏监测采用地面测量、卫星遥感测量和土壤取样分析方法。占用土地面积可一年监测一次。土壤污染取样分析应符合《土壤环境监测技术规范》（HJ/T166—2004）的相关规定。
3）地形地貌景观破坏监测采用地面测量、卫星遥感测量和地面调查方法，可一年监测一次。
4）地下水资源破坏监测采用布点量测和取样分析方法，布点及监测频次应符合《地下水动态监测规程》（DZ/T0133—1994）规定。
五、矿山地质环境监测成果应用
（一）矿山地质环境监测成果
矿山地质环境监测应形成如下成果：
1）单个矿山地质环境监测表、监测半年报、年报；
2）省、县两级矿山地质环境监测汇总表及监测网络图；
3）省、县两级矿山地质环境监测半年报、年报；
4）省、县两级矿山地质环境监测通报。
（二）成果应用
1）作为行政机关掌握全省矿山地质环境的资料依据；
2）作为行政主管部门奖励、处罚矿山企业或督促、安排矿山地质环境恢复治理的依据；
3）作为相关政策制定、规划编制的依据；
4）作为相关科研工作的资料依据。
『肆』 地球上的能量是怎样守恒的!!
(1)热力学第一定律产生的历史背景
1.蒸汽机的早期发展
瓦特蒸汽机示意图
1—锅炉 2—汽缸 3—活塞
4—双向进、排气管 5—废气冷凝器
6—排汽抽气泵 7—冰水池 8—摇杆
热力学第一定律就是能量守恒与转化定律。它的诞生是以一定的社会物质生产条件为前提的 。蒸汽机的诞生与改进以及广泛地应用，对蒸汽机中能量转换问题的探讨，是人们能向量守 恒原理的重要桥梁之一。
很早以前，人们就知道了热和蒸汽能产生动力，在我国古代和古希腊曾出现过把热能转化为 机械能的小型装置。我国流传至今的“走马灯”也是古代的创造发明。
到了16、17世纪，已是资本主义的萌芽时期，煤作为廉价、高效的热粒被广泛地应用、
促进了煤矿业的发展，为了解决矿业中的排水问题，提出了蒸气动力要求。
到1690年，法国人丹尼斯•巴本(1647—1712)在德国制成了第一个有活塞和汽缸的
实验性蒸 汽机。这部机器是在莱布尼兹思想的启发下设计出来的，可以说它是近代蒸汽机的雏形。
1696年英国的工程师托马斯•萨弗里(1650—1715)提出一种被称为“矿工之友”的蒸汽水泵
，用于矿井抽水。
1705年，英国的纽可门(1663—1729)，综合了巴本和萨弗里发明的优点，创造了大气压力式
蒸汽机，并于1712年开始在全国的煤矿和金属矿中得到应用。
对蒸汽机改进做出量大贡献的是英国的詹姆斯•瓦特(1736—1819)。瓦特在他父亲的熏陶下 逐步具备了机器制造的才能。后来瓦特在格拉斯哥大学开设的一间修理店当了一名修理技工 。他修理了许多纽可门蒸汽机，由此对蒸汽动力产生了浓厚的兴趣。他于1759年开始进行一 系列有关蒸汽力量的实验。1763年他在布莱克教授的帮助下，发现纽可门蒸汽机有相当大的 热量浪费，原因是活塞每次冲击后被冷却时，汽缸和活塞也同时被冷却了，然后为了下一次 的冲击，它们还必须重新被加热。他根据布莱克教授的“比热”和潜热理论计算了各个引擎 的耗热量。在布莱克的启发下，瓦特开始寻找一个克服这个缺陷的办法。瓦特经历多次失败 后，终于在1769年制成了一台“单动式”蒸汽机。它比功率相同的纽可门机省煤四分之三左 右。1872年，瓦特又制成了双向作用的蒸汽机。后来瓦特利用一种特殊形式的齿轮传动机构，把活塞的直线运动转变为旋转运动，使这种动力机有了广泛的用途。
1784年蒸汽机进入大规模的生产时代。蒸汽技术的成就，为热能转化为机械运动做出了令人信服的证明，从古代发现的摩擦生热开始到蒸汽机的出现，热与机械运动的转化完成了一个循环。因此，蒸汽机的发明和应用，为能量守恒原理的确立提供了一个重要前提。
2.永动机的失败
各种机械装置的成功设计吸引了一大批人，许多人花费大量的心血去研究永动机。而永动机之不可能实现，是认识能量守恒原理的另一条途径。
亨内考“永动机”
所谓“永动机”是一种理想的机器，即不断自动做功，而不需任何动力或燃料及其他供给品 。在这种幻想指导下，曾经有许多人提出了多种多样的所谓永动机的设计，如早期最著名的 一个永动机方案，是十三世纪一个名叫亨内考的法国人提出的，后来意大利的列奥纳多•达 •芬奇也创造了一个类似的装置。到16世纪70年代意大利的一位机械师斯托利达•斯特尔 又 提出了一个永动机设计方案。
此外人们还提出过用轮子的惯性、水的浮力、细管子的毛细作用等,
获得有效动力的种种永动 机方案，但都无一例外地失败了。在1775年法国科学院不得不作出决议，
声明“本科学院以 后不再审查有关永动机的一切方案”。这说明当时的科学界已经认识到永动机是不可能制造成的。
列奥纳多•达•芬奇的装置
造永动机的失败，从反面显示出自然界存在着某种制约着人们的普遍规律想不付出代价而从 自然界中取出可供利用的有效动力是不可能的，人们只能根据各种自然力相互转化的具体条件，付出一定代价而有效地利用自然界提供的各种能源。德国的著名物理学家和生物学家赫尔姆霍兹，就是从永动机不可能实现的事实入手，研究并发现了能量守恒原理的。
3.有关知识的准备
热力学第一定律得需要的基本概念，在很早以前就逐步形成。1686年莱布尼兹根据落体定律 ，在机械运动范围内引
斯特尔“永动机”
1—水槽 2—水轮 3—蓄水池
4—螺旋汲水器 5—带动工具机
进了“活力”概念，把mv2看作是运动的量度，即现在所 说的动能。能量的概念是托马斯•杨在1807年发表的著作《自然哲学讲义》中第一次提出的。伽利略所用“力矩”的概念，常含有力和路程乘积的意义。1829年彭塞利(1788—1867)在《技术力学引言》一书中，坚决支持“功”这一术语；瓦特进行了马的能力和机器的比较而定出了功率的单位。1834年—1835年间，英国的哈密顿在《论动力学的一般方法》一文中，提出了哈密顿原理，引了新的“力函数”，以表示只与相互作用着的粒子的位置有关的力 ，在保守力场中
的哈密顿函数正是系统的总机械能。1828年格林建立了“位函数”的数学关系线，
并应用于静电学和静磁学问题。到了19世纪40年代，高斯的工作使位函数得到了普遍
应用，这样热力学第一定律所需要的基本概念在19世纪40年代以前已经齐备了。
关于能量守恒的思想还能追溯到很早以前。1633年出版的伽利略的《关于力学和
局部运动的两门新科学的讨论和数学证明》的论文中，通过萨尔蒂等三人的谈话，对
匀加速运动进行了定量的研究，其中包括自由落体和物体在斜面上的运动，记载有“物体在人落过程中所达到的速度，能使它跳回到原来的高度，但不会更高。”
惠更斯1673年发表的题为《摆式时钟或关于用在时钟上摆的运动的几何证明》一书中讨论了摆的运动规律，写道：“在重力作用下物体不能上升到高于它自由落下的高度，这已包含了重力场中机械能守恒的思想。”1669年惠更斯通过完全弹性碰撞的研究，认识到各个物体的质量与速度平方乘积的总和，在碰撞前后保持不变，这实际上是发现了完全弹性碰撞中的动能守恒定律。
莱布尼兹在1695年，作出了能量守恒原理的表述：力和路程的乘积等于“活力”的增加。
约翰•伯努利(1667—1748)也一再谈到“活力守恒”。他说“活力消失时做功的本领并不消失，只是转变为其他形式”。而丹尼尔•伯努利(1770—1782)实际上把“活力守恒”原理应 用于流体的运动，得到著名的“伯努利”方程。
欧拉也已经知道，如果一个质点在有心力作用下运动，当质点和吸引中心达到个确定的距离时，其活力都是相同的。到了1800年人们已有下述命题：在一个彼此以有心力作用的系统内，活力仅仅取决于系统的位形和取决于位形的力函数。
1829年，彭塞利也提出了在力学过程中的能量守恒原理：“功的代数和的两倍等于活力的和，在任何时候不能从无中产生功和活力，功或活力也不能转化为无，而只能组成为无。”
当然，上述这些论断还不能算作是对机械能守恒定律的明确表述，但从中包含能量守恒的意义，也为“定律的最后建立奠定了基础。
4.联系和转化的新发现
在18世纪，对各种物理现象进行了分门别类的研究，促进了各分支的发展，但没有注意它们之间相互联系。到18世纪末19世纪初，自然科学取得了一系列重大发现，日益揭示出各自然现象之间的普遍联系已成为这一时期的明显特点。这可以从下面几个方面来说明。
(1)机械运动和热运动之间的联系
18世纪最后两年伦福德和戴维所做的摩擦生热实验，热功当量的粗略测定，表明了机械运动向热的转化。热力机的发明和改进又把热能转化为机械能，从而使这一转化过程完成了循环 。卡诺关于热机效率的研究也触及到了“热功当量”的问题。
(2)热和电之间的转化
1821年德国物理学家托马斯•塞贝克(1770—1831)发现，在两种不同金属的一个接点处加热，就会产生电动热；如果电路是闭合的，就会有电流通过，这就是温差电现象。焦耳和楞次分别在1840和1842年发现了电流的热效应，这就是今天所说的焦耳—楞次定律。
(3)电与磁之间的相互联系和转化
1820年丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，1831年法拉第找到了它的逆效应即电磁感应现象。揭示了电与磁的内在关系，完成了二者之间相互转化的循环。
(4)化学和生物方面的研究
拉瓦锡和拉普拉斯早已了解到化学反应的热效应的重要性。他们证明了反应过程放出的热量等于它的逆反应所吸收的热量。在18世纪末伏打发明了电池，又用它去电解水和硫酸铜，了解了电和化学的关系。德国的化学家李比希(1803—1873)则设想运动的体热和它的机械活动能量，可能来自食物的化学能。1840年彼得堡科学院的黑斯得到化学反应中释放的热量的黑斯定律，已接触到了化学反应过程中的能量守恒原理。
此外，在1801年，德国的李特尔发现了太阳光线中的紫外线之后，研究了紫外线的化学作用；1839年法国的E•A•贝克勒尔发现光照射稀酸液中的金属极，能够改变由电池的电动势；1845年法拉第发现强磁场使光的偏振面发生偏转。这些现象从各个侧面表现出不同运动形式 之间的联系和转化。
由于各种自然现象之间的普遍联系得到了广泛的研究，所以这一时期的科学家是从“自然力之统一”这一观点出发来看待各种能量相互转化的整个网络的。正是在这种自然科学观影响 下，西欧的四五个国家，从事七八种专业的多位科学家分别用不同的实验和方法各自独立地 计算和测定了热功当量，发现了能量守恒与转化定律。
(2)几个科学家的工作
在物理学史上，正式发表论文，提出能量守恒与转化定律是从1842年开始的，主要是由迈尔 、焦耳和赫尔姆霍兹等人提出的。
1.迈尔的工作
伯特•迈尔(1814—1878)是德国医生，他出生在一个药剂师的家庭，中学毕业后，进图比亨 大学主攻化学。结识了数学家、物理学家巴乌尔，由他介绍，了解到拉瓦锡的燃烧理论。1840年，迈尔在一艘从荷兰驶往东印度的船上当医生。在船驶到爪哇附近时，他在给生病的欧 洲船员放血时发现静脉血不像生活在温带人的血那样颜色发暗，而像动脉血那样鲜红。别的医生告诉他这是热带的普遍现象。他还听船员说，在下大暴雨时海水比较热，这些现象引起了迈尔的思考。在拉尔锡燃烧理论的启示下，他想到人体的体热是由于人所吃进的食物和血液中的氧化合而释放出来的。在热带高温情况下，肌体只需吸收食物中较少的热量，所以肌体中含食物的氧化过程减弱了，因此流回心脏的静脉血留下了较多的氧，这使静脉血呈鲜红的颜色。雨滴在降落中获得活力，也产生热，所以暴风雨降落时，海面上反而燥热一些。这些现象都表现出各种自然力之间的相互转化。
在1841年航行结束后，他写出了论文《论力的量和质的测定》，但由于缺少精确的实验根据，以及在数学和物理知识上的缺陷，论文有严重不足之处而未能发表。这激励迈尔发奋自学了数学和物理，并重新撰写了论文《论无机界的力》，在1842年寄了德国的生物化学家李比希主编的《化学和药物》杂志，因李对自然力的统一十分注意，故发表了迈尔的文章，因此 迈尔成为第一个发表能量转化和守恒定律的人。在此文中迈尔从“无不生有，有不变无”和“原因等于结果”的哲学观点出发得出了“力就是不灭的，能够转化的，无重量的客体”的结论。他所说的“力”就是“能量”的意思，他把这个思想运用到“落体力”(势能)、运动的“力”(动能)和热的转化与守恒，并根据当时气体的比热的测定数据，第一个得出了热的机械当量，即物体从365米高处下落，相当于把同等重量的水从0℃加热到1℃。
1845年，迈尔自费出版了《论有机运动和新陈代谢》一书，他首先说明“力”的守恒与转化定律，认为它是支配宇宙的普遍规律。接着提出几种形式的“力”，即“运动的力”、降落 力、热、电、磁和化学力，并揭示了各种力之间的相互转化。例如，下落的力转化为运动的力，运动的力通过碰撞变成热，在热机中热又变成运动的力，通过伽伐尼电池化学力变为电等。迈尔把他所考察的全部力画成一个表，描绘了运动转化的25种情况，并作出了否定热质 和其他无重量的流质存在的结论。文章还讨论了动植物机体中的能量问题，认为机体中机械 的和热的效应来源，是由吸收食物和氧时所进行的化学过程，这样就指出了有机界和无机界“力”的统一性。
1848年，迈尔在出版的《天体动力学》一文中讨论了宇宙中的能量循环，解释了陨石的发光是由于它们在大气中损失了动能。
1851年他又写了《论热的机械当量》一文，详细阐述了热功当量的计算。从而回答了对他的攻击，保护了自己的优先权，但是就在这一年秋天迈尔得了脑炎，直到1862年才恢复科学工作。
2.焦耳的工作
詹姆斯•普雷斯特科•焦耳(1818—1889)是曼彻斯特一个酿酒师的儿子，他是个业余科学家 ，很早就关心物理学，对电、磁的研究很有兴趣。他做了大量有关电流热效应和热功当量方面的实验，并把它总结成几篇文章发表。例如，1840—1841年间写成的《论伏打电所产生的 热》和《电解时在金属导体和电池组中放出的热》两篇文章，1843年写了《论磁电的热效应及热的机械作用》，1845年发表《论空气的扩散和压缩所引起的温度变化》，1849年通过法 拉第送交皇家学会的文章《论热的机械当量》，以及1867年发表的《由电流的热效应测定热功当时》和1878年发表的《热功当量的新测定》两篇文章。
从上述文章中可以看出焦耳对热当量的思想发展过程：他首先研究了电流通过导体所生成的热，得到电流热的定量关系，即导体中一定时间所生成的热量，与导体的电阻和电流平方的乘积成正比——这就是焦耳定律。焦耳认为这个实验还不能对热本质做出判断。1843年焦耳 又提出了一个想法，磁电机所形成感生电流与来自其他电源的电流一样地产生热效应。他使一个线圈在电磁体的两极间转动，线圈放在量热器内，实验证明产生的热和用来产生它的机械动力之间存在恒定的比例。由于电路是完全封闭的，水温的升高完全是由于机械能转化为电，电又转化为热的结果。这就排除了热质是从外界输入的可能。焦耳之所以能想出这样的实验，是因为他认为：“当我们不把热看作一种实物，而是看做是一种振动状态时，没有理由认为，为什么它不能由一种单纯的机械性质的作用所引起，例如像一个线圈在一个永磁体极间转动的那种作用。”这个实验得出了如下的结果：使一磅水增加1oF的热量等于把838磅 物提高1英尺的机械功。用工程单位制，这个值约为460千克•米/千卡。后来焦耳又重复扩展了这些实验，以证实自然界的“力”是不能毁灭的，凡是消耗了机械力的地方，总能得到相当的热。这样，热就被证实是能量变化的一种形式。但是，一些大物理学家对焦耳的结论表示怀疑和不信任，焦耳的论文被皇家学会婉言谢绝了。
焦耳没有灰心，决心以更多的实验证明他的结论。后来他用新的测量方法得到的热的机械当量数值分别为426/千克•米/千卡和438千克•米/千卡。1847年焦耳申请在英国学术协会上宣读论文，协会只让他简要介绍一下实验(即大家所熟悉的那个搅拌实验)，在他介绍之后，原来不准备讨论，只是由于学术权威W•汤姆孙感兴趣地提出质询，才引起人们对焦耳的实验的重视，但许多人仍持怀疑态度。
1849年，焦耳在皇家学会宣谈论文《论热的机械当量》，并宣布了他著名的实验结果：要产生使一磅水在真空中(测量温度在55～60oF)之间升高1oF的热量，需要花费相当于722磅重 物下降1英尺所做的机械功。(此数值为424.3千克•米/千卡)这个实验结果同 (1879年)由 美国物理学家罗兰的测量结果相比，误差仅为6。由此看出焦耳实验的精确性。此后焦耳还 继续进行他的实验测量，一直到1878年。
他前后用了近40年时间，做了400多次实验，确定了热功当量的精确值，为能量守恒原理的建立提供了可靠的实验根据。焦耳最后得到的热功当量的值为423.85千克•米/千卡。
1850年焦耳当选为皇家学会会员，他的研究成果终于得到科学界的承认。
值得注意的是焦耳的工作不只限于实验，他还阐明了对热本质和能量守恒与转化问题的看法。焦耳与迈尔从不同的方面探索了能量守恒与转化定律，因此他们都作出了重大贡献。
3.赫尔姆霍兹等人的工作
赫尔姆霍兹(1821—1894)是德国的医生、生理学家，出生于中学教师家庭，1838年进入医学 院外科学院，对生物学很感兴趣，他对生命力的本质问题进行了探讨。1845年参加物理学会，并参与了学会办的《物理学成就》刊物的编辑工作。前后发表的主要文章有：《论力的守 恒》(1847)、《论在肌肉的作用中对于物理的需要》(1845)、《生理的热现象》(1846)、《 生理的热现象理论方面的小结》(1847)。
从文章中可以看出，赫尔姆霍兹是从研究生命力的本质入手，对当时生命力的本质的看法提出疑问而开始考虑能量转化和守恒定律的。他在70寿辰的庆祝会上回忆道：“在那时的大多数生理学家承认斯塔尔的观点，即认为在活的有机体中有机物质的物理力和化学力发生作用 ，但同时又有生命的灵魂，或者说活力存在着；活力在物体活着比在死后更自由地调节着物理力和化学力的表现，在死后不为任何东西所调节的物理力和化学力的表现引起产生腐烂。 ……我怀疑这种解释中有某种反自然的东西，但是这得把我把大量的劳动用于使这种疑惑形 成为准确的问题这种形式。”
当时赫尔姆霍兹已知道永动机的不可能性，于是他问道：“如果承认根本不可能有永动机存 在，地么自然界各种力之间应当有什么样的相互关系?所有这些关系存在吗?”他还问道：“ 活的机体如果除了从饮食取得的能以外，还能从一种特殊的活力获得能的话，那么它们就会是永动机。”
赫尔姆霍兹在《论力的守恒》一书中，论证了能量守恒定律，并建立了这个定律的数学公式，即 mgh= mv2
然而该论文的命运开始并不好，大多数科学并不接受他的观点。这篇论文遭到拒绝以后，赫尔姆霍兹以小册子的形式在柏林单独出版。
赫尔姆霍兹还研究了能量守恒在其他物理过程中的应用，把它扩大到光、热、电磁现象、化学运动以及生物体内进行的过程中。赫尔姆霍兹所确定的纲领，事实上成为以后物理学发展 的基本内容，而他自己的科学活动，也是把这个纲领现实化，他的研究和论著，给了那个时代整个物理学界以强有力的影响，他创立了物理学和生物学的一个国际学派。
通过以上3人工作的介绍，读者一定会问为什么发现能量守恒定律的不是正宗的物理学家、而是医生、业余科学家和生物学家呢?这中间可能有两个原因，一是他们所从事的工作与热 的转化问题打交道较多，二是他们受到“正统的”物理学的热质学说的影响较少，由于这些原因，使他们先得出了能量守恒及转化定律。
(3)能量守恒与转化定律的确立及其意义
1.能量守恒定律的确认
我们看到，迈尔、赫尔姆霍兹、焦耳等人的非常有意义的研究工作，并不是一帆风顺的，都受到不同程度的压抑和排斥。但是，社会实践和科学实验的发展，总要推动科学认识的进步。1851年，威廉•汤姆孙在《论热的动力学当量》中，开始接受焦耳的学说，把能量守恒和转化定律在热运动和机械运动方面的具体表现，称为热力学第一定律。大约到1860年左右，能量原理才得到普遍的承认，而且很快成为全部物理学和自然科学的重要基石。正如劳厄 所说：“从此以后，特别是物理学中，每一种新的理论首先要检查它是否符合能量守恒定律 。”
任何真理向前多走一步就会变为谬误。在19世纪末，以著名化学家、物理学家奥斯瓦尔德(1 853—1932)为代表的“唯能论”，试图把一切都归之于能量，从能量原理推导出所有其他物理规律，这显然是错误的。
2.能量守恒原理的确切描述
“能量”这个概念，是托马斯•杨提出来的，但是当时它并没有被科学界所采用。事实上，在那些对于建立能量守恒原理作出贡献的科学家中，没有一个人直接使用能量这个概念，而常用的还是有多重意义的“力”这个模糊的述语表述他们的重要发现。只是到了1853年，威廉•汤姆孙才给予能量概念一个确切的定义，即“我们把给定状态中的物质系统的能量表示为：当它从这个给定的状态无论以什么方式过渡到任意一个固定的零状态时，在系统外所产 生的用机械功的单位来量度的各种作用的总和。”这样人们才逐渐把“力的守恒”改述为“ 能量的守恒”。
但是这一原理的发现者们，虽然都是从能量形式的转化中看到能量在量上是不变的，而在表 述这一定律时，大都是从量的角度强调能量的“守恒”，全面准确地称为“能量转化与守恒 ”定律则是恩格斯。恩格斯首先指出了如前所表述的不完善性，他在《自然辩证法》旧序中说：“运动的不变不能仅仅从量上把握，而且必须从质上去理解。”1885年他指出：“如果 说新发现的伟大运动基本定律，十年前还仅仅概括为能量守恒定律，仅仅概括为运动不生不 灭这种表述，就是说仅仅从量的方面概括它，那么，这种狭隘的消极的表述日益被那种关于能的转化的积极表述所代替。这里过程质的内容第一次获得了自己权利……”这样就使此原理有了全面的普遍性质，这也是恩格斯以科学的重大贡献。
3.功、热量和热力学第一定律的数学表达式
做功这个词在物理学中有明确的意义，它表示在物质上作用一个力使物体沿着力的方向移动 。做功过程的重要特征是：它必然伴随着运动形式的转化，即伴随着能量从一种形式转化为另一种形式。所以说功的本质意义就在于它一般是作为能量从一种形式转化为另一种形式的数量的量度而被使用的。各种能量的转化都因为可以选择功作为共同量度而作出统一的定量的表述。
“热量”这个词表示系统之间不发生客观位移，而只是由于温度差的存在而发生的能量的传 递。
大量实验表明，要使一个系统的热运动状态发生变化，既可以通过做功的方式也可以通过加 热的方式。这就是说自然界有着两类基本热力学过程，即做功和热量传递这两个不同的过程 ，虽然它们产生的条件和机制是不同的，但是这两种过程都可以使系统的热力学状态发生变化。如果要使系统的状态分别在这两种不同的过程中发和相同的变化，则所作的功相传递的 热量之间总是存在着确定当量关系。这表明作为能量转换和传递的两种形式的功和热量，是具有等效性的。所谓“热功当量”就是表征这种等效性的数量关系。
一般说来，实际发生的热力学过程是上述两种过程的综合，即系统发生宏观位移而做功，又由于存在温度差而与外界交换热量。
若以A表示外界对系统做功，以Q表示系统从外界吸收的热量，系统的内能由量E1变为量E2，则实验表明系统内能的改变可由下式决定，即 E2-E1＝A＋Q
该式即为热力学第一定律的数学表达式。它表明，当热力学系统由某一状态经过任意过程到达另一状态时，系统内能的改变等于在这个过程中所做功和所传递热量的总和。这个定律也说明，在任何热力学过程中，热运动既不能创生也不能消灭，只能发生转化或转移。
4.能量守恒与转化定律的意义
实际上热力学第一定律中的E不仅仅表示系统的内能，如果用它表示系统所含的一切形式的能量，功A表示的是各种运动形式的功，那么就可以将第一定律理解为普遍的能量守恒与转化定律。
能量守恒定律的确立，一方面找到了各种自然现象的公共量度——能量，说明了不同运动形式在相互转化中有量的共同性，从而把各种自然现象用定量的规律联系了起来；另一方面这个定律的确立，同时也说明了运动形式相互转化的能力也是不灭的，是物质本身所固有的性质。这样，这个定律就第一次在极其广阔的领域里把自然界各种联系了起来。
能量守恒与转化定律的确立，在实践上对创造第一类永动机的不可能实现从科学上作了最后判决，彻底地否定了永动机的幻想，使经典物理学发展成一系列完整的理论科学。
当然，应该指出，任何一个重要的科学原理的具体形式，都有它的相对性，对能量守恒与转化定律来说，能量及其转化也有各种具体形式。随着社会实践，特别是科学实验的发展，人们对能量形式的认识也是不断丰富的。因此，我们不能说已经认识了所有的能量形式的转化过程。随着科学实验的发展，人们完全可能发现一些新的能量形式，认识一些新的转化机理 ，甚至探索到一些难以想象的效应。那时，这原理也会崭新的面貌呈现在人类面前。