生平简介

瓦特(James Watt,1736-1819年)苏格兰发明家。1736年1月19日生于苏格兰格林诺克。童年时代的瓦特曾在文法学校念过书,然而没有受过系统教育。瓦特在父亲做工的工厂里学到许多机械制造知识,以后他到伦敦的一家钟表店当学徒。1763年瓦特到格拉斯大学工作,修理教学仪器。在大学里他经常和教授讨论理论和技术问题。1781年瓦特制造了从两边推动活塞的双动蒸汽机。1785年,他也因蒸汽机改进的重大贡献,被选为皇家学会会员。1819年8月25日瓦特在靠近伯明翰的希斯菲德逝世。

科学成就

1763年,瓦特修理格拉斯哥大学的一台纽可门泵,得以仔细研究了结构和工作原理,找到了热量损失消耗大量燃料的症结所在,他终于想出了加一个与汽缸分离的冷凝器,汽缸外装上绝热套子,使它一直保持高温,新的蒸汽机的效率大大提高。瓦特并不满足于已经取得的成就,1781年他又制造了从汽缸两边推动活塞的双动作蒸汽机,并采用曲柄机构,使往复的直线运动转变为旋转运动。瓦特还设计了离心节速器,利用反馈原理控制蒸汽机的转速。经过一系列的改革,蒸汽机迅速被各工业部门采用,为产业革命铺平了道路。蒸汽机车加快了19世纪的运输速度。蒸汽机→蒸汽轮机→发电机,蒸汽为第二次工业革命即电力发展铺平了道路。

趣闻轶事

童年时代的瓦特和茶壶的故事

一天晚上,瓦特和一个小女孩在家里喝茶。瓦特不停地摆弄茶壶盖,一会儿打开,一会儿盖上,当他把茶壶嘴堵住时,蒸汽顶开了茶盖。在旁的外祖母对瓦特的这种无聊动作极为不满,加以训斥。瓦特并不介意,他一心想着蒸汽的力量,从此萌发制造蒸汽机的念头。

蒸汽机与产业革命

罗尔特所著《詹姆斯·瓦特》中,曾写道:瓦特蒸汽机巨大的、不知疲倦的威力使生产方法以过去所不能想象的规模走上了机械化道路。

 对于汽车或机车等交通工具,在静止开始启动的过程中,发动机的输出功率、牵引力和速度的关系满足公式PF· v,在PFv三个物理量中,若保持一个量不变,当另一个量变化时,第三个量也随之变化。关于汽车的启动过程是一个较为复杂的物理过程,两种常见的启动过程分析如下:

1、汽车(或机车)在平直路面上启动和行驶过程

(1)汽车(或机车)以恒定的功率启动和行驶过程(请把握教材的难度和课标的难度)

汽车牵引功率P保持恒定时,由P = F v可知,牵引力大小F与速度v成反比。结合牛顿第二定律Ff = m a可知,汽车以恒定功率启动的过程,随着汽车速度v的逐渐增大,汽车的加速度逐渐减小,当F=f时,加速度a=0,此时汽车的速度达到最大值vm,最后汽车做匀速运动。

以恒定功率启动过程中,汽车运动具有以下特点:

①汽车在启动过程中先做加速度不断变小的加速运动,同时牵引力变小,当牵引力等于阻力时,汽车开始以最大速度做匀速直线运动;

②汽车在启动过程中的功率始终等于汽车的额定功率;

③汽车的牵引力F和阻力f始终满足牛顿第二定律F- f=ma

④汽车的牵引力F和瞬时速度v始终满足P=P=Fv

⑤在启动过程结束时,牵引力和阻力平衡,此时有P=Fvm = f vm

⑥从能的角度看,启动过程中牵引力所做的功分别用以克服阻力做功和增加汽车的动能,即W=+W

(2)汽车以恒定的牵引力F启动时,若汽车受到的阻力f是不变的,汽车做的是加速度a = (F-f) / m的匀加速直线运动,汽车的实际输出功率P随汽车速度增大而增大,直至汽车输出功率等于额定功率,匀加速过程结束,此时汽车速度达到匀加速直线运动阶段的最大速度v1m,接着汽车保持额定功率不变,汽车通过减少牵引力继续加速,进一步提高速度,直到加速度a=0,最后做匀速行驶运动,速度达到最终的最大速度。

这一启动方式具有下列特点:

汽车启动过程经历了两个阶段,一是匀加速直线运动状态,二是变加速直线运动状态,最终做匀速直线运动;

②汽车在匀加速直线运动阶段,汽车的瞬时速度vt=at,汽车匀加速直线运动所能维持的时间t1=v1m/a

③汽车做匀加速直线运动阶段,汽车的瞬时功率Pt=FvtP

④汽车匀加速直线运动阶段结束时,瞬时功率Pt等于额定功率P,且满足Pt=P=Fv1m

⑤汽车在变加速直线运动阶段功率恒为额定功率,进入匀速直线运动时牵引力和阻力平衡,有Pt=P= f vm

⑥从能的角度看,匀加速直线运动阶段W1f s1=(其中W1s1分别为匀加速直线运动阶段牵引力做的功和位移),变加速直线运动阶段牵引力所做的功W2 =Pt2(t2为变加速直线运动阶段所经历的时间),W2fs2= (s2为变加速直线运动阶段的位移)。

这一过程中各量的变化,可用下列流程图来表示。

 0  158801  158809  158815  158819  158825  158827  158831  158837  158839  158845  158851  158855  158857  158861  158867  158869  158875  158879  158881  158885  158887  158891  158893  158895  158896  158897  158899  158900  158901  158903  158905  158909  158911  158915  158917  158921  158927  158929  158935  158939  158941  158945  158951  158957  158959  158965  158969  158971  158977  158981  158987  158995  447348 

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