摘要:10.在不计空气阻力的情况下.以下各物体只受重力作用的是 ( ) A 被运动员抛出在空气中飞行的排球 B.停在空中的直升飞机 C 从屋顶上落下的雨滴 D.沿着斜面匀速滑下来的小车

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焦耳

  焦耳(James Prescort Joule,1818~1889)英国杰出的物理学家。1818年12月24日生于曼彻斯特附近的索尔福德。父亲是个富有的啤酒厂厂主。焦耳从小就跟父亲参加酿酒劳动,学习酿酒技术,没上过正规学校。16岁时和兄弟一起在著名化学家道尔顿门下学习,然而由于老师有病,学习时间并不长,但是道尔顿对他的影响极大,使他对科学研究产生了强烈的兴趣。1838年他拿出一间住房开始了自己的实验研究。他经常利用酿酒后的业余时间,亲手设计制作实验仪器,进行实验。焦耳一生都在从事实验研究工作,在电磁学、热学、气体分子动理论等方面均作出了卓越的贡献。他是靠自学成为物理学家的。

  焦耳是从磁效应和电动机效率的测定开始实验研究的。他曾以为电磁铁将会成为机械功的无穷无尽的源泉,很快他发现蒸汽机的效率要比刚发明不久的电动机效率高得多。正是这些实验探索导致了他对热功转换的定量研究。

  从1840年起,焦耳开始研究电流的热效应,写成了《论伏打电所生的热》、《电解时在金属导体和电池组中放出的热》等论文,指出:导体中一定时间内所生成的热量与导体的电流的二次方和电阻之积成正比。此后不久的1842年,俄国著名物理学家楞次也独立地发现了同样的规律,所以被称为焦耳-楞次定律。这一发现为揭示电能、化学能、热能的等价性打下了基础,敲开了通向能量守恒定律的大门。焦耳也注意探讨各种生热的自然“力”之间存在的定量关系。他做了许多实验。例如,他把带铁芯的线圈放入封闭的水容器中,将线圈与灵敏电流计相连,线圈可在强电磁铁的磁场间旋转。电磁铁由蓄电池供电。实验时电磁铁交替通断电流各15分钟,线圈转速达每分钟600次。这样,就可将摩擦生热与电流生热两种情况进行比较,焦耳由此证明热量与电流二次方成正比,他还用手摇、砝码下落等共13种方法进行实验,最后得出:“使1磅水升高1°F的热量,等于且可能转化为把838磅重物举高1英尺的机械力(功)”(合460千克重米每千卡)。总结这些结果,他写出《论磁电的热效应及热的机械值》论文,并在1843年8月21日英国科学协会数理组会议上宣读。他强调了自然界的能是等量转换、不会消灭的,哪里消耗了机械能或电磁能,总在某些地方能得到相当的热。这对于热的动力说是极好的证明与支持。因此引起轰动和热烈的争议。

  为了进一步说服那些受热质说影响的科学家,他表示:“我打算利用更有效和更精确的装置重做这些实验。”以后他改变测量方法,例如,将压缩一定量空气所需的功与压缩产生的热量作比较确定热功当量;利用水通过细管运动放出的热量来确定热功当量;其中特别著名的也是今天仍可认为是最准确的桨叶轮实验。通过下降重物带动量热器中的叶片旋转,叶片与水的摩擦所生的热量由水的温升可准确测出。他还用其他液体(如鲸油、水银)代替水。不同的方法和材料得出的热功当量都是423.9千克重·米每千卡或趋近于423.85千克重·米每千卡。

  在1840~1879年焦耳用了近40年的时间,不懈地钻研和测定了热功当量。他先后用不同的方法做了400多次实验,得出结论:热功当量是一个普适常量,与做功方式无关。他自己1878年与1849年的测验结果相同。后来公认值是427千克重·米每千卡。这说明了焦耳不愧为真正的实验大师。他的这一实验常数,为能量守恒与转换定律提供了无可置疑的证据。

  1847年,当29岁的焦耳在牛津召开的英国科学协会会议上再次报告他的成果时,本来想听完后起来反驳的开尔文勋爵竟然也被焦耳完全说服了,后来两人合作得很好,共同进行了多孔塞实验(1852),发现气体经多孔塞膨胀后温度下降,称为焦耳-汤姆孙效应,这个效应在低温技术和气体液化方面有广泛的应用。焦耳的这些实验结果,在1850年总结在他出版的《论热功当量》的重要著作中。他的实验,经多人从不同角度不同方法重复得出的结论是相同的。1850年焦耳被选为英国皇家学会会员。此后他仍不断改进自己的实验。恩格斯把“由热的机械当量的发现(迈尔、焦耳和柯尔丁)所导致的能量转化的证明”列为19世纪下半叶自然科学三大发现的第一项。

选自:《物理教师手册》

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(1)如图所示的各组热学实验中:①用力下压活塞,棉花燃烧,这个实验说明了______.
②烧瓶内的水停止沸腾时,浇上凉水可以看到水重新沸腾起来,这个实验说明了______.
③水蒸气喷到冷的玻璃板上,形成小水滴,玻璃板温度升高,这个实验说明了______.
(2)小周用图所示的装置“探究凸透镜成像规律”.
①调节烛焰、凸透镜和光屏的高度,使它们的中心大致在同一高度,其目的是使像能成在______.
②小周在图所示位置得到一个清晰的像.老师要求她在凸透镜不动的情况下,把蜡烛向靠近凸透镜移动,在光屏上能成一个______(更大、更小)的实像.同时把光屏向远离凸透镜移动.
③小周把自己的近视眼镜放在凸透镜与蜡烛之间,发现光屏上的像变得模糊不清.她应当向______移动光屏,可再次得到清晰的像.(远离凸透镜、靠近凸透镜、保持光屏不动)
(3)全班同学对“斜面的机械效率跟什么因素有关”这一课题提出了一些值得探究的猜想:A.斜面的机械效率跟斜面的倾斜程度有关;B.跟斜面的粗糙程度有关;C.跟斜面的长度有关;
D.跟物体的重力有关.小明同学为了证实其中的部分猜想是否正确,设计方案并进行了探究,下表反映了他的探究过程.
实验次数斜面倾角斜面粗糙程度物重
G/N
斜面高度h/m沿斜面拉力F/N斜面长
S/m
有用功
W/J
总功
W/J
机械效率
η(%)
30°粗糙10.50.710.50.7
30°稍光滑10.50.610.50.683
45°粗糙10.70.910.70.978
①请你替小明在上表中的空格处填上适当的数据______(小数位参照表中相关数据).
②通过对比实验①②数据,可验证猜想______(填写字母).
③通过对比实验①③数据,可以得出的探究结论是:当其它条件一定时,斜面倾斜程度越大,斜面的机械效率越______.
(3)如图是小红连接的测定额定电压为2.5V小灯泡电阻的实验电路.
实验次数电压电流电阻
12.00.2010
22.50.2410.4
32.80.25______
①请你在只改变一根导线连接的情况下,使电路正常工作.(用“×”标出改动之处,画出改接导线)
②小红将电路改接正确后,按正确的操作测得的数据填入表中.表中空白处的数据应是______.从表中可以看出计算出的三次小灯泡电阻不相等,你认为可能的原因是______.
③根据在该实验中已经测得的数据,还可以得到小灯泡的额定功率是______W.

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