电灯的发明

  灯是人类征服黑夜的一大发明,19世纪前,人们用油灯、蜡烛等来照明,这虽已冲破黑夜,但仍未能把人类从黑夜的限制中彻底解放出来.真正发明电灯使之大放光明的是美国发明家爱迪生.他是铁路工人的孩子,小学未读完就辍学,在火车上卖报度日.爱迪生是一个异常勤奋的人,喜欢做各种实验,制作出许多巧妙的机械.他对电器特别感兴趣,决心制造电灯,为人类带来光明.

  爱迪生在认真总结了前人制造电灯的失败经验后,制定出详细的试验计划,分别在两方面进行试验:一是分类试验1 600多种不同的耐热材料;二是改进抽空设备,使灯泡有高真空度.他还对新型发电机和电路分析系统等进行了研究.

  爱迪生将1 600多种耐热发光材料逐一地试验下来,唯独铂丝性能最好,但铂价格贵得惊人,必须找到更合适的材料来代替.1879年,几经试验,爱迪生最后决定用炭丝来作灯丝,他把一截棉丝撒满炭粉,弯成马蹄形,装到坩埚中加热,做成灯丝,放到灯泡中,再用抽气机抽去灯泡内空气,电灯亮了,竟能连续使用45个小时.就这样,世界上第一批炭丝做的白炽灯问世了.1879年除夕,爱迪生电灯公司所在地洛帕克街灯火通明.

  为了研制电灯,爱迪生在实验室里常常一天工作十几个小时,有时连续几天试验,发明炭丝作灯丝后,他又接连试验了6 000多种植物纤维,最后又选用竹丝,通过高温密闭炉烧焦,再加工,得到炭化竹丝,装到灯泡里,再次提高了灯泡的真空度,电灯竟可连续点亮1 200个小时.电灯的发明,曾使煤气股票3天内猛跌12%.

  继爱迪生之后,1909年,美国柯进尔奇发明了用钨丝代替炭丝,使电灯效率猛增.从此,电灯跃上新台阶,日光灯、碘钨灯等形形色色的灯如雨后春笋般登上照明舞台.

  电灯使黑暗化为光明,使大千世界变得更加光彩夺目、绚丽多姿.

[想一想]

你从爱迪生身上学到了哪些精神?

热量与生命

  你是否发现,即使我们喝下大量冰镇饮料或在热水浴池中泡上很长时间,我们的体温也不会有多大变化.身体放热和吸热时,体温为什么不降低或升高呢?原来,在人和一些动物的下丘脑中(位于大脑皮层下面),有一个负责保持体温不变的“调节器”.当喝下冰镇饮料后,胃壁温度降低,胃部神经凉的感觉信号传给了下丘脑,它立即指令加快血液循环,把大量热量带到胃壁,保持了胃的正常温度.当外界温度降低时,下丘脑立即发出指令,加快新陈代谢多产生热量,还指令毛孔收缩,减少散热,以保持正常体温.

  然而,下丘脑的调节功能是有限度的.若外界温度过低,新陈代谢产生的热量将补偿不了由于身体表面蒸发、传导和呼吸引起的热量损失,于是体温下降,严重时就造成死亡.因此,人在冬天要穿上棉衣御寒.生活在寒冷环境中的动物都有厚厚的毛皮,一只北极熊,不必加快新陈代谢的速度,就能在-50℃的环境中舒舒服服地过日子.当外界温度较高时,人和动物就要向外界加快散热以保持体温.例如人在热水浴时,下丘脑发出指令加快皮肤的血液循环,大量散热出汗,同时加快呼吸,使热量随气体和水分一同排出,从而有效地防止了人体温度的上升.有的动物没有汗腺,向外散发热量就有些困难了,狗就是这种动物之一.夏天狗总是张着嘴、伸着舌头,它就是靠伸长的舌头蒸发水分、散发热量的.

[想一想]

这篇材料从生活中提出问题,简单介绍了热量在人和动物身体中的产生、调节、运输、保持和散发.你从中学到了什么?

  先阅读下面的资料,然后再和你的同学讨论下面的问题:

开水壶与蒸汽机

  瓦特是一百多年前英国著名的发明家,他发明了蒸汽机,被人称为“蒸汽机之父”.

  瓦特小的时候非常喜欢提问题.一天他在厨房看奶奶做饭,一会儿,炉子上的水烧开了,奶奶对瓦特说:“孩子,帮奶奶把水壶拿下来.”瓦特答应着来到火炉旁,他看到壶里冒出的水蒸气不断发出哧哧的声响,壶盖也不停地上下跳动.瓦特感到很奇怪,就问奶奶:“奶奶,壶盖为什么会上下跳动呢?”

  奶奶说:“水一开,壶盖就跳动了呗.”

  瓦特又问:“为什么只有水开壶盖才会跳动呢?”奶奶一时答不上来,就不再吭声.

  这以后,瓦特就像着了魔一样,常常盯着烧水壶,一看就是大半天.

  随着年龄的增长,瓦特有了自己的实验室.有一天,瓦特的实验室突然着火,当消防人员冲进瓦特实验室时,只见瓦特一个人在里屋,握着笔,自言自语地说:“蒸汽是水的变形,水就是蒸汽的变形.”“快逃呀!”消防员慌乱地喊着,这时火势已较难控制,消防员只好离开去扑较小的火,就在这时,一声可怕的巨响,一刹那间,熊熊的火焰向四面八方扑来,瓦特仍然呆立着.这时消防队员遗弃的管子,有一股很强的白气迸发出来,把旁边的火焰吹散了,水管的口离开泵已有七八丈远,瓦特看到这种情形,恍然大悟地拍了一下腿说:“对了,就是这样,水管被水烧热了,蒸汽就从管口出来了.”后来经过研究,瓦特明白了水蒸气在膨胀时,它的压力要比水的压力大一千八百倍.

  瓦特从水蒸气原理中进一步得到启发,吸取了前人的经验,发明了“蒸汽机”.他的这一发明,推动了世界工业的发展.通过这一节的学习,你就会明白,水蒸气为什么比水具有更大的内能.

[想一想]

(1)从瓦特发明“蒸汽机”的故事中,你感悟最深的一点是什么?

(2)请你根据上述材料,归纳出科学探究的基本方法和步骤.

  阅读短文,回答文章后面的问题:

热的本质的认识过程

  人们早已在实践中熟悉了摩擦生热,但是为什么会产生热?热是什么?人们很久也没有弄清楚.在古代就对热有两种不同的看法,一种把热看成是一种特殊物质;一种认为热是物质的某种运动形式.

  17世纪以后,多数人根据摩擦生热的现象,认为热是一种特殊的运动形式,不少物理学家都相信这一点.但是这种看法由于缺乏精确的实验根据,还不能形成科学的理论.

  到了18世纪,对热的研究走上了科学实验的道路.把热看成是一种特殊物质的热质说,由于能够解释某些实验结果,因而在当时获得了承认.热质说将热看成一种没有质量或不可称量的流质——热质,它不生不灭,存在于一切物体之中.物体的冷热程度,决定于其中所含热质的多少.

  1798年,英国学者伦福德(1753-1814)在从事枪炮制造时,他怀疑金属屑具有极高温度是不是由于比热容降低造成的.于是他设计并做了一系列实验,断言热质说不足为信,应当把热看成是一种运动形式,热质说的统治地位开始动摇了.

  1799年,英国的戴维做了更加严格的实验,有力地打击了热质说.

  此后,科学家们进一步研究了热和做功的关系,特别是英国科学家焦耳做了大量实验,表明热不是一种特殊的物质,同时为能量守恒定律奠定了基础.

  能量守恒定律的建立,彻底否定了热质说,同时为分子动理论的发展开辟了道路.

[想一想]

(1)早先人们对热的认识存在几种看法?

(2)正确认识热的过程,经历了多位科学家漫长的研究过程,从这些科学家身上你学到了什么?

  先阅读下面的资料,然后再和你的同学讨论后面的问题.

纸上得来终觉浅 绝知此事须躬行

——焦耳对能量转化的探索

  焦耳(James Prescott Joule)是英国著名的物理学家,1818年12月生于索尔福.焦耳从小体弱不能上学,在家跟父亲学习酿酒,空闲时间自学化学、物理.他对实验特别感兴趣,对书本上的知识总喜欢亲自动手实验,进行观察.焦耳可以说是一位靠自学成才的科学家.

  19世纪40年代,“热质说”盛行一时,当时多数人相信“热”是一种物质.但焦耳不迷信书本,他根据日常观察提出“热质”并不存在,他认为热是能量的一种形式,而各种形式的能是可以相互转化的.为了证实这种观点,焦耳前后用了20多年的时间,做了无数实验,分别用电磁机械、电磁感应力、化学变化、摩擦固体和液体、电热等方法,系统地测量了可以转化为热能的各种形式的能量.通过对大量实验数据的分析和归纳,他得出电能做功和力做功转化为热能的定量规律,为能量守恒定律的建立奠定了坚实的实验基础.

  由于焦耳在热学、电学和热力学方面的卓越贡献,物理学中用他的姓氏命名功和能量的单位.

[想一想]

(1)焦耳的身体状况不好,又缺乏良好的学习条件,却取得了如此伟大的成就,他靠得是什么?

(2)焦耳的成功经历对你有什么启示?

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