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永 動(dòng) 機(jī)

  人們?cè)陂L(zhǎng)期的生活和生產(chǎn)中認(rèn)識(shí)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(jī)器--永動(dòng)機(jī).下圖所示的是一個(gè)永動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)方案:輪子中有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸,輪子邊緣安裝著12個(gè)可活動(dòng)的短桿,每個(gè)短桿的一端裝有一個(gè)鐵球.方案的設(shè)計(jì)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(dòng)力矩要比左邊的球產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大.這樣輪子就會(huì)永無休止地沿著箭頭所指的方向轉(zhuǎn)動(dòng)下去,并且?guī)?dòng)機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng).但事實(shí)上并未實(shí)現(xiàn)不停息的轉(zhuǎn)動(dòng).仔細(xì)分析一下就會(huì)發(fā)現(xiàn),雖然右邊每個(gè)球產(chǎn)生的力矩大,但是球的個(gè)數(shù)少,左邊每個(gè)球產(chǎn)生的力矩小,但是球的個(gè)數(shù)多.于是,輪子不會(huì)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)下去而對(duì)外做功,只會(huì)擺動(dòng)幾下,便停在圖中所畫的位置上.

  17~18世紀(jì),永動(dòng)機(jī)最為流行,人們?cè)岢龈鞣N永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)的可能性.1775年,法國(guó)科學(xué)院決議不再受理永動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)方案.這些事實(shí),使人們逐步悟出一個(gè)道理:永動(dòng)機(jī)不可能實(shí)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(jì)永動(dòng)機(jī)而煞費(fèi)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(yùn)涵著機(jī)械能的轉(zhuǎn)化和守恒的初步思想.倫福德等人對(duì)摩擦生熱的研究,否定了熱質(zhì)說,提示了機(jī)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(jìn)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(dòng)物的體溫和進(jìn)行機(jī)械活動(dòng)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(guó)家的十幾位科學(xué)家以不同的方式,各自獨(dú)立地提出了能量守恒定律.人們認(rèn)識(shí)到:能量既不會(huì)消滅,也不會(huì)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(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)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(dòng)機(jī)幻夢(mèng)被徹底地打破.

  在制造上面所說的第一類永動(dòng)機(jī)的這一嘗試失敗之后,一些人又夢(mèng)想著制造另一種永動(dòng)機(jī),希望它不違反能量守恒定律,而且既經(jīng)濟(jì)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(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)做功,也是一種永動(dòng)機(jī).然而,在大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,英國(guó)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(dòng)機(jī)只是人們的美好愿望,永遠(yuǎn)也不可能實(shí)現(xiàn).

(1)人類夢(mèng)想制造的永動(dòng)機(jī)有哪幾類?為什么都沒有實(shí)現(xiàn)?

(2)下圖是兩位發(fā)明家自制的永動(dòng)機(jī)模型.你能否和其他同學(xué)討論一下,它們能“永動(dòng)”嗎?

    

(3)人們?yōu)槭裁礋嶂杂诎l(fā)明與制造永動(dòng)機(jī)?

答案:
解析:

(1)一類是不需要耗用任何能量而能永遠(yuǎn)不停工作的機(jī)器;另一類是不違反能量守恒定律的永動(dòng)機(jī).都違反了能量守恒定律.

(2)不能,根據(jù)力學(xué)定律,不借助外力,它們只能停在如圖所示的位置動(dòng)不起來.

(3)人們希望不耗用能源而能完成各項(xiàng)工作.


練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:初中物理 來源: 題型:閱讀理解

閱讀下面關(guān)于納米應(yīng)用的文章,回答文后問題:
美國(guó)F117A型飛機(jī)蒙皮上的隱身材料就含有多種超微粒子,它們對(duì)不同波段的電磁波有強(qiáng)烈的吸收能力.為什么超微粒子,特別是納米粒子對(duì)紅外和電磁波有隱身作用呢?主要原因有兩點(diǎn):一方面由于納米微粒尺寸遠(yuǎn)小于紅外及雷達(dá)波波長(zhǎng),因此納米微粒材料對(duì)這種波的透過率比常規(guī)材料要強(qiáng)得多,這就大大減少波的反射率,使得紅外探測(cè)器和雷達(dá)接收到的反射信號(hào)變得很微弱,從而達(dá)到隱身的作用;另一方面,納米微粒材料的比表面積比常規(guī)粗粉大3~4個(gè)數(shù)量級(jí),對(duì)紅外光和電磁波的吸收率也比常規(guī)材料大得多,這就使得紅外探測(cè)器及雷達(dá)得到的反射信號(hào)強(qiáng)度大大降低,因此很難發(fā)現(xiàn)被探測(cè)目標(biāo),起到了隱身作用.
現(xiàn)代很多軍用飛機(jī)表面都涂有納米材料,請(qǐng)你談?wù)劶{米材料能夠“隱身”的原因(寫兩條).

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科目:初中物理 來源:課堂三級(jí)講練物理九年級(jí)(全) 題型:065

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城市街道上汽車的最高行駛速度

  現(xiàn)代社會(huì)汽車大量增加,發(fā)生交通事故的一個(gè)重要原因是遇到意外情況時(shí)車不能立即停止下來,為此交通管理部門,對(duì)不同汽車的最高行駛速度進(jìn)行了限制,如下表:

  為什么要做如此不同的限制呢?我們知道車輛遇到意外情況剎車,車不能立即停止下來的主要原因是車的動(dòng)能太大,對(duì)汽車的速度進(jìn)行限制就是為了減小汽車行駛時(shí)的動(dòng)能大。捎谖矬w的動(dòng)能是由物體的質(zhì)量和速度兩個(gè)因素共同決定的,因此質(zhì)量不同的汽車,限制行駛的速度不同.在沒有中心雙實(shí)線、中心分隔帶、機(jī)動(dòng)車道與非機(jī)動(dòng)車道分隔設(shè)施的道路,來往的汽車和行人共用同一車道,發(fā)生交通事故的可能性就更大,對(duì)各種汽車行駛速度的限制就更加嚴(yán)格.

(1)遇到意外情況,剎車后汽車不能立即停止下來的原因是________________;城市街道對(duì)汽車行駛速度進(jìn)行限制的目的是________.

(2)不同類型的汽車,在同樣的道路上,為什么限制的車速不一樣?

________________________________.

(3)同一輛車,在其他道路上行駛速度為什么限制不一樣?________________________________.

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科目:初中物理 來源:素質(zhì)教育新學(xué)案·物理·九年級(jí)·全一冊(cè) 題型:064

閱讀下面的文章,回答文后的問題:

熱量的傳遞

  物體在任何時(shí)候都有一定的溫度,在自然狀態(tài)下,溫度高的物體總會(huì)把熱量傳遞給溫量低的物體,直到它們之間的溫度相等為止.那么,熱量是怎樣傳遞的呢?一般來說,有傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射三種傳熱方式.

  拿一根鐵絲,把一端放在火上燒,另一端拿在手中,過一會(huì)兒你會(huì)覺得手拿的這一端也燙起手來;把一塊燒熱的磚放在地板上,過一會(huì)兒,你會(huì)發(fā)現(xiàn)地板也被燙熱了.上面的例子告訴我們,物體的熱量既可以在物體自身不同的部位間傳遞,也可以在不同的物體之間傳遞.這種熱量自動(dòng)地從溫度高的物體(或部分)傳到溫度低的物體(或部分)的傳遞方式叫熱傳導(dǎo).

  熱傳導(dǎo)在日常生活中用得很多:炒菜做飯的時(shí)候,火焰的熱是通過熱傳導(dǎo)的方式傳給鐵鍋,再通過鐵鍋傳給飯或菜;用溫度計(jì)測(cè)量溫度時(shí)也是利用熱傳導(dǎo),即溫度計(jì)的玻璃泡的表面跟被測(cè)量的物體接觸后,把待測(cè)物體的熱傳導(dǎo)到玻璃泡內(nèi)部,使里面液體受熱膨脹,這樣液體的高度發(fā)生變化,顯示溫度量值.

  不同的物體傳導(dǎo)熱的本領(lǐng)是不同的.人們把善于傳導(dǎo)熱的物體叫做熱的良導(dǎo)體,把不善于傳導(dǎo)熱的物體叫做熱的不良導(dǎo)體.固體中的金屬是熱的良導(dǎo)體,其他的固體大都是不良導(dǎo)體,如石頭、陶瓷、玻璃、木頭、皮革、棉花等.我們用來燒飯、燒菜的鍋都是用善于傳熱的金屬制成的,目的就是能讓熱盡快地傳給待加熱的食物.冬季人們穿棉衣、毛衣或羽絨服,正是因?yàn)檫@類東西都是熱的不良導(dǎo)體,可以保存身體散發(fā)出的熱量,達(dá)到保暖的目的.

  熱的另一種傳導(dǎo)方式叫對(duì)流.

  取一個(gè)盛水的燒壞,里面放進(jìn)幾條小魚.把燒杯傾斜放在架子上,杯口下面放一盞燃燒著的酒精燈.燒了一會(huì),杯口的水開始沸騰,小魚卻仍然在里面悠然自得地游著.用手摸一摸燒杯的底部,原來杯子的底部還是涼的.

  這表明,水是熱的不良導(dǎo)體.那么,為什么在水壺里的水,一會(huì)兒就被燒開了呢?

  原來,用水壺加熱水的過程中,下部的水首先受熱,體積膨脹變輕,向上浮起,而上部的水沒有受熱,比下部受熱的水重,就向下沉.這樣不斷地上下交替運(yùn)動(dòng),壺里的水就逐漸熱起來,直到沸騰.這種傳遞熱的方式叫做熱對(duì)流,是熱傳遞的又一種方式.

  除了水以外,空氣也是熱的不良導(dǎo)體,它也能通過對(duì)流來傳遞熱量.如果你用手在爐的上方和爐門處試一試,就會(huì)感到,爐的上方有一股熱氣冒出來,而爐門處卻有一股冷氣吹入.這是因?yàn)闋t膛內(nèi)的空氣受熱膨脹上升,周圍的冷空氣就從爐門進(jìn)入爐子來補(bǔ)充.冬季把爐子放在屋里,上升的熱空氣占據(jù)了上部空間,上部比較重的冷空氣便下降,形成了冷熱空氣的不斷對(duì)流,經(jīng)過一段時(shí)間整個(gè)房子就變暖了.

  在日常生活中,利用氣體對(duì)流的例子很多.例如,冬季用暖氣片取暖,就是要用暖氣片把空氣加熱,使空氣對(duì)流,把熱傳遍室內(nèi).因此,暖氣片一般要放在靠近窗戶的地方,不能放在________.

  熱的另一種傳遞方式叫熱輻射.

  站在火爐或火堆旁,身體向著火的一面會(huì)感到熱,這種熱是從哪里來?空氣是熱的不良導(dǎo)體,不善于傳導(dǎo)熱,所以這不是傳導(dǎo)來的.是空氣對(duì)流嗎?也不是,因?yàn)槿说母杏X只是向著火的一面熱,而不是全身都熱.這種熱由溫度高的物體沿直線直接向四周投射的傳遞方式叫輻射.太陽就是通過輻射的方式將熱量傳給地球的.

  熱輻射是一種很重要的傳遞熱的方式.可以說正因?yàn)橛辛颂柕妮椛?普照),才有地球上的一切生命和人類活動(dòng).輻射是以熱源為中心向四周發(fā)出的;在跟熱源距離相等的位置上,輻射的強(qiáng)度是相等的.但輻射的強(qiáng)度限離開熱源的距離有關(guān),距離越遠(yuǎn),輻射越弱.另外,障礙物如木板,能擋住輻射熱.

  輻射還跟物體的顏色有關(guān),顏色越深,吸收或散發(fā)輻射熱的能力就越強(qiáng);顏色越淺,吸收或散發(fā)輻射熱的能力就越弱.夏天我們常穿________衣服.

(1)請(qǐng)?jiān)谖恼驴仗幘成虾线m的詞.

(2)我們中國(guó)的飲食文化中常有蒸、烤、煮、炸等多種技法.請(qǐng)你對(duì)照文章中關(guān)于熱的傳遞方式分別指出:蒸、炸、烤各屬于哪種方式?

(3)為什么說“正因?yàn)橛辛颂柕妮椛?普照),才有了地球上的一切生命和人類活動(dòng)”?請(qǐng)你結(jié)合本章知識(shí)談?wù)勛约旱恼J(rèn)識(shí).

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科目:初中物理 來源: 題型:閱讀理解

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變廢為寶的生物質(zhì)能

      生物質(zhì)是地球上最廣泛存在的物質(zhì),它包括所有動(dòng)物、植物和微生物,以及由這些有

  生命物質(zhì)派生、排泄和代謝的許多有機(jī)質(zhì)。各種生物質(zhì)都具有一定的能量。以生物質(zhì)為載

  體、由生物質(zhì)產(chǎn)生的能量,便是生物質(zhì)能。

生物質(zhì)能是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物中的一種能量形式。它直接或間接來源于

    植物的光合作用。地球上的植物進(jìn)行光合作用所消費(fèi)的能量,  占太陽照射到地球總輻射量的0.2%。這個(gè)比例雖不大,但絕對(duì)值很驚人:光合作用消費(fèi)的能量是目前人類能源消費(fèi)總量的40倍。可見,生物質(zhì)能是一個(gè)巨大的能源。

    人類以柴薪為能源,歷史長(zhǎng)達(dá)百萬年。作為可直接利用的燃料,柴薪利用貫穿著整個(gè)人類的文明發(fā)展史。除柴薪的直接燃燒外,生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化利用技術(shù)還有沼氣生產(chǎn)、酒精制取、木制石油、生物質(zhì)能發(fā)電等。

    一、生物質(zhì)能的來源

柴薪  至今仍是許多發(fā)展中國(guó)家的重要能源。但由于柴薪的需求導(dǎo)致林地日減,應(yīng)適當(dāng)規(guī)劃與廣泛植林。

    牲畜糞便  牲畜的糞便,經(jīng)干燥可直接燃燒供應(yīng)熱能。若將糞便經(jīng)過厭氧處理,可產(chǎn)生甲烷和肥料。

    制糖作物  制糖作物可直接發(fā)酵,轉(zhuǎn)變?yōu)橐掖肌?/p>

    城市垃圾  主要成分包括:紙屑(占40%)、紡織廢料(占20%)和廢棄食物(占20%)等。將城市垃圾直接燃燒可產(chǎn)生熱能,或是經(jīng)過熱分解處理制成燃料使用。

    城市污水  一般城市污水約含有0.02%一0.03%的固體與99%以上的水分,下水道污泥有望成為厭氧消化槽的主要原料。

    水生植物  同柴薪一樣,水生植物也可轉(zhuǎn)化成燃料。

    二、生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化利用

    生物質(zhì)能的開發(fā)和利用具有巨大的潛力,主要包括兩方面:一是建立以沼氣為中心的農(nóng)村新能量、物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng),使秸稈中的生物能以沼氣的形式緩慢地釋放出來,解決燃料問題;二是建立能量農(nóng)場(chǎng)、能量林場(chǎng)及海洋能量農(nóng)場(chǎng)。

    沼氣利用技術(shù)  人類發(fā)現(xiàn)、利用沼氣,已有悠久的歷史。1776年,意大利科學(xué)家沃爾塔發(fā)現(xiàn)沼澤地里腐爛的生物質(zhì)發(fā)酵,從水底冒出一連串的氣泡,分析其主要成分為甲烷和二氧化碳等氣體。由于這種氣體產(chǎn)生于沼澤地,故俗稱“沼氣”。1781年,法國(guó)科學(xué)家穆拉發(fā)明人工沼氣發(fā)生器。200多年過去了,如今全世界約有農(nóng)村家用沼氣池530萬個(gè),中國(guó)就占了92%。農(nóng)村沼氣池的主要填料是豬糞、秸稈、污泥和水等。隨著農(nóng)村沼氣使用的日益推廣和大型厭氧工程技術(shù)的進(jìn)步,90年代以來,世界范圍內(nèi)的一些大型沼氣工程有了迅速發(fā)展。

    生物質(zhì)汽化將固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體燃料,稱為生物質(zhì)汽化。其基本原理是含碳物質(zhì)在不充分氧化(燃燒)的情況下,會(huì)產(chǎn)生出可燃的一氧化碳?xì)怏w,即煤氣。制造煤氣的設(shè)備稱為汽化爐,人們故意不給足氧氣,讓含碳物質(zhì)在沒有足夠的空氣的情況下燃燒,“燜”出一氧化碳來。

    生物質(zhì)液化  將固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體燃料,稱為生物質(zhì)液化。它包括間接液化和直接液化兩種。間接液化是指通過微生物作用或化學(xué)合成方法生成液體燃料,如乙醇(酒精)、甲醇;直接液化則是采用機(jī)械方法,用壓榨或提取等工藝獲得可燃燒的油品,如棉籽油等植物油,經(jīng)提煉成為可替代柴油的燃料。

    生物質(zhì)熱分解  這是一項(xiàng)很有潛力的技術(shù),用于制取人造石油。一些生物質(zhì)通過熱分解,可制取生物油、生物炭和可燃燒氣體,使生物質(zhì)得到充分利用。

    能源農(nóng)場(chǎng)  即建立以獲取能源為目的的生物質(zhì)生產(chǎn)基地,以能源農(nóng)場(chǎng)的形式大規(guī)模培育生物質(zhì),并加工成可利用的能源;要對(duì)土地進(jìn)行合理規(guī)劃,盡可能利用山地、非耕荒地和水域,選擇適合當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)條件的生物質(zhì)品種進(jìn)行培育、繁殖,以獲得足夠數(shù)量的高產(chǎn)植物。在海洋、水域,要充分利用海藻和水生物提取能源,建立海洋能源農(nóng)場(chǎng)或江河能源農(nóng)場(chǎng)。同時(shí),將基因工程等現(xiàn)代生物技術(shù)廣泛應(yīng)用于能源農(nóng)場(chǎng)中,以提高能源轉(zhuǎn)化率。

專家預(yù)測(cè),到2050年,以生物質(zhì)能為重要組成部分的可再生能源,將以相同或低于礦物燃料的價(jià)格,提供全球3/5的電力和2/5的直接燃料。

                                                           摘自《新科技啟蒙》

(1)生物質(zhì)能是屬于一次能源還是二次能源?是屬于可再生能源還是不可再生能源?

(2)生物質(zhì)能在使用時(shí)可以轉(zhuǎn)化為哪些形式的能?請(qǐng)舉例說明。

(3)能源危機(jī)是一個(gè)全球性的問題,對(duì)于我們個(gè)人,平時(shí)使用過哪些能源?我們?cè)谑褂脮r(shí)要注意些什么問題?談?wù)勀愕目捶ā?/p>

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