題目列表(包括答案和解析)
每個家庭都有需要照明燈泡，目前市場上既有白熾燈，又有電子節(jié)能燈，究竟選擇哪一種好呢？某中學(xué)“STS”研究小組的同學(xué)進(jìn)行了系列調(diào)查研究：| 額定電壓 （V） |
額定功率 （W） |
壽命 （h） |
售 價 （元/只） |
電費(fèi) （元/度） | |
| 白熾燈 | 220 | 60 | 1000 | 1.5 | 0.5 |
| 電子節(jié)能燈 | 220 | 11 | 5000 | 18 | 0.5 |
（2010?靖江市模擬）每個家庭都需要照明，目前市場上有白熾燈，三基色熒光燈（又稱電子節(jié)能燈），如圖所示．究竟選擇哪一種好呢？某中學(xué)“STS”研究小組的同學(xué)進(jìn)行了系列調(diào)查研究：| 額定電壓 （V） |
額定功率 （W） |
壽命 （h） |
售 價 （元/只） |
電費(fèi) （元/度） | |
| 白熾燈 | 220 | 60 | 1000 | 1.5 | 0.5 |
| 三基色熒光燈 | 220 | 11 | 5000 | 18 | 0.5 |
閱讀文章，回答文后的問題：
永 動 機(jī)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(jī)器－－永動機(jī)．下圖所示的是一個永動機(jī)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(jī)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(jī)最為流行，人們曾提出各種永動機(jī)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(jī)的可能性．1775年，法國科學(xué)院決議不再受理永動機(jī)的設(shè)計方案．這些事實，使人們逐步悟出一個道理：永動機(jī)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(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)了動物的體溫和進(jìn)行機(jī)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(jī)幻夢被徹底地打破．
在制造上面所說的第一類永動機(jī)的這一嘗試失敗之后，一些人又夢想著制造另一種永動機(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，也是一種永動機(jī)．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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)？
法拉第 |
邁克爾·法拉第(MichaelFaraday,1791—1867)是19世紀(jì)電磁學(xué)領(lǐng)域中最偉大的實驗物理學(xué)家。他于1791年9月22日生于倫敦附近的紐因格頓，父親是鐵匠。由于家境貧苦，他只在7歲到9歲讀過兩年小學(xué)。12歲當(dāng)報童，13歲在一家書店當(dāng)了裝訂書的學(xué)徒。他喜歡讀書，利用在書店的條件，讀了許多科學(xué)書籍，并動手做了一些簡單的化學(xué)實驗。 1812年秋，法拉第有機(jī)會聽了著名化學(xué)家戴維的四次講演，激起對科學(xué)研究的極大興趣。他把戴維的講演精心整理并附上插圖后寄給戴維，希望戴維幫助他實現(xiàn)科學(xué)研究的愿望。1813年3月，戴維推薦法拉第到皇家研究院實驗室作了自己的助理實驗員。1813年10月，法拉第跟隨戴維到歐洲大陸進(jìn)行學(xué)術(shù)考察18個月。在這期間他有機(jī)會參觀了各國科學(xué)家的實驗室，結(jié)交了安培、蓋·呂薩克等著名科學(xué)家，了解了他們的科學(xué)研究方法�；氐接�，法拉第就開始了獨立的研究工作，并于1816年發(fā)表了第一篇化學(xué)論文，以后又接連發(fā)表了幾篇。 1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)，受到科學(xué)界的關(guān)注，促進(jìn)了科學(xué)的發(fā)展。1821年英國《哲學(xué)年鑒》的主編約請戴維撰寫一篇文章，評述奧斯特發(fā)現(xiàn)以來電磁學(xué)實驗的理論發(fā)展概況。戴維把這一工作交給了法拉第。法拉第在收集資料的過程中，對電磁現(xiàn)象的研究產(chǎn)生了極大的熱情，并開始轉(zhuǎn)向電磁學(xué)的研究。他仔細(xì)地分析了電流的磁效應(yīng)等現(xiàn)象，認(rèn)為既然電流能產(chǎn)生磁，磁能否產(chǎn)生電呢?1822年他在日記中寫下了自己的思想：“磁能轉(zhuǎn)化成電”。他在這方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。起初，他試圖用強(qiáng)磁鐵靠近閉合導(dǎo)線或用強(qiáng)電流使另一閉合導(dǎo)線中產(chǎn)生電流，做了大量的實驗，都失敗了。經(jīng)過歷時十年的失敗、再試驗，直到1831年8月29日才取得成功。他接連又做了幾十個這類實驗。1831年11月24日的論文中，他把產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況概括成五類：變化著的電流；變化著的磁場；運(yùn)動的恒定電流；運(yùn)動的磁場；在磁場中運(yùn)動的導(dǎo)體。他指出：感應(yīng)電流與原電流的變化有關(guān)，而不是與原電流本身有關(guān)。他將這一現(xiàn)象與導(dǎo)體上的靜電感應(yīng)類比，把它取名為“電磁感應(yīng)”。為了解釋電磁感應(yīng)現(xiàn)象，法拉第曾提出過“電張力”的概念。后來在考慮了電磁感應(yīng)的各種情況后，認(rèn)為可以把感應(yīng)電流的產(chǎn)生歸因于導(dǎo)體“切割磁力線”。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)二十年后，直到1851年才得出了電磁感應(yīng)定律。 1833年到1834年，法拉第從實驗得出了電解定律，這是電荷不連續(xù)性的最早的有力證據(jù)。 法拉第的另一貢獻(xiàn)是提出了場的概念。他反對超距作用的說法，設(shè)想帶電體、磁體周圍空間存在一種物質(zhì)，起到傳遞電、磁力的作用，他把這種物質(zhì)稱為電場、磁場。1852年，他引入了電力線(即電場線)、磁力線(即磁感線)的概念，并用鐵粉顯示了磁棒周圍的磁力線形狀。場的概念和力線的模型，對當(dāng)時的傳統(tǒng)觀念是一個重大的突破。 法拉第從近距作用的物理圖景出發(fā)，還預(yù)見了電、磁作用傳播的波動性和它們傳播的非瞬時性。他在1832年3月12日寫給英國皇家學(xué)會的一封密封信中，信封上寫著“現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)收藏在皇家學(xué)會檔案館里的一些新觀點”，這封信直到1938年才啟封公布，信中法拉第說明了他的上述新觀點。表現(xiàn)了法拉第深邃的物理洞察力和深刻的物理思想。 法拉第把他做過的實驗整理成《電學(xué)實驗研究》一書，書中收集了三千多個條目，詳細(xì)記述了他做過的實驗和結(jié)論，是一本珍貴的科學(xué)文獻(xiàn)。 法拉第是靠自學(xué)成才的科學(xué)家，在科學(xué)的征途上辛勤奮斗半個多世紀(jì)，不求名利。1825年，他參與冶煉不銹鋼材和折光性能良好的重冕玻璃工作，不少公司和廠家出重金聘請法拉第為他們的技術(shù)顧問。面對15萬鎊的財富和沒有報酬的學(xué)問，法拉第選擇了后者。1851年，法拉第被一致推選為英國皇家學(xué)會會長，他也堅決推辭掉了這個職務(wù)。把全身心獻(xiàn)給了科學(xué)研究事業(yè)，終生過著清貧的日子。 1855年他從皇家學(xué)院退休。1867年8月25日在倫敦去世。遵照他“一輩子當(dāng)一個平凡的邁克爾·法拉第”的意愿，遺體被安葬在海格特公墓。為了紀(jì)念他，用他的名字命名電容的單位──法拉。 選自：《物理教師手冊》 |
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