科目:初中物理 來源:素質(zhì)教育新學(xué)案·物理·九年級·全一冊 題型:064
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永 動 機人們在長期的生活和生產(chǎn)中認(rèn)識到,人類的生存和發(fā)展離不開能源.人們是多么渴望生產(chǎn)一種不需要耗用任何能量而能永遠(yuǎn)不停工作的機器--永動機.下圖所示的是一個永動機的設(shè)計方案:輪子中有一個轉(zhuǎn)動軸,輪子邊緣安裝著12個可活動的短桿,每個短桿的一端裝有一個鐵球.方案的設(shè)計者認(rèn)為右邊的球與左邊的球離軸遠(yuǎn)些,因此,右邊的球產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩要比左邊的球產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩大.這樣輪子就會永無休止地沿著箭頭所指的方向轉(zhuǎn)動下去,并且?guī)訖C器轉(zhuǎn)動.但事實上并未實現(xiàn)不停息的轉(zhuǎn)動.仔細(xì)分析一下就會發(fā)現(xiàn),雖然右邊每個球產(chǎn)生的力矩大,但是球的個數(shù)少,左邊每個球產(chǎn)生的力矩小,但是球的個數(shù)多.于是,輪子不會持續(xù)轉(zhuǎn)動下去而對外做功,只會擺動幾下,便停在圖中所畫的位置上.
17~18世紀(jì),永動機最為流行,人們曾提出各種永動機設(shè)計方案,有采用“螺旋汲水”,有利用輪子的慣性、水的浮力或毛細(xì)作用的,也有利用同性磁極之間排斥作用的.18世紀(jì)末,不少科學(xué)家開始懷疑制造永動機的可能性.1775年,法國科學(xué)院決議不再受理永動機的設(shè)計方案.這些事實,使人們逐步悟出一個道理:永動機不可能實現(xiàn)是由于某一普遍定律的限制,而這條定律至今還沒發(fā)現(xiàn).因此,它啟示人們不再為設(shè)計永動機而煞費苦心,轉(zhuǎn)而致力于這一未發(fā)規(guī)定律的挖掘工作.
17~18世紀(jì),經(jīng)典力學(xué)中已蘊涵著機械能的轉(zhuǎn)化和守恒的初步思想.倫福德等人對摩擦生熱的研究,否定了熱質(zhì)說,提示了機械能與物體內(nèi)能變化的關(guān)系.1800年發(fā)明了電池,不久又發(fā)現(xiàn)了電流的熱效應(yīng)、磁效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)及電磁感應(yīng),科學(xué)家們進一步展示出了自然界不同現(xiàn)象的相互聯(lián)系、相互轉(zhuǎn)化的圖景.在其他方面,如生物學(xué)發(fā)現(xiàn)了動物的體溫和進行機械活動的能量跟它攝取的食物的化學(xué)能有關(guān).這一切,都為能量守恒發(fā)現(xiàn)做了必要的準(zhǔn)備.19世紀(jì)40年代,不同國家的十幾位科學(xué)家以不同的方式,各自獨立地提出了能量守恒定律.人們認(rèn)識到:能量既不會消滅,也不會憑空產(chǎn)生,能量有各種不同的形式,可從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體,在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中能量的總量保持不變.能量守恒定律使永動機幻夢被徹底地打破.
在制造上面所說的第一類永動機的這一嘗試失敗之后,一些人又夢想著制造另一種永動機,希望它不違反能量守恒定律,而且既經(jīng)濟又方便.例如,這種可直接從海洋或大氣中吸取熱量使之轉(zhuǎn)化為機械功.由于海洋和大氣的能量是取之不盡的,因而這種熱可永不停息地運轉(zhuǎn)做功,也是一種永動機.然而,在大量實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,英國物理學(xué)家開爾文于1851年提出一條新的普遍原理:物質(zhì)不可能從單一的熱源吸取熱量,使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ划a(chǎn)生其他影響.看來永動機只是人們的美好愿望,永遠(yuǎn)也不可能實現(xiàn).
(1)人類夢想制造的永動機有哪幾類?為什么都沒有實現(xiàn)?
(2)下圖是兩位發(fā)明家自制的永動機模型.你能否和其他同學(xué)討論一下,它們能“永動”嗎?
(3)人們?yōu)槭裁礋嶂杂诎l(fā)明與制造永動機?
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