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人们已在实践中熟悉了摩擦生热,但摩擦为什么会生热?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,对热的研究走上了实验科学的道路,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,他不生不灭,存在与一切物体之中,物体的冷热程度,决定与其中所含热质的多少,热质说对摩擦生热的解释是,摩擦并没有改变热质的总量,但物质在摩擦时比热容降低了,因此摩擦可以使物体的温度升高.
1798年,英国学者伦福德(1753~1814)在从事枪炮制造时,发现钻孔钻下的金属屑具有极高的温度,用水来冷却时,甚至可以使水沸腾,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,伦福德在他的笔记中写道,由摩擦所生的热,来源似乎是无穷无尽的,要用热质说解释摩擦生热现象,钻下的金属屑的比热容要改变很大才行,于是他设计并做了一系列实验,发现钻下的金属屑的比热容在摩擦时并没有降低.根据实验结果,伦福德断言热质说不足为信,应当把热看成是一种运动形式,热质说的传统地位开始动摇了.
1799年,英国的戴维做了更加严格的实验.他在零摄氏度以下的露天里,在抽成真空的玻璃罩内,使金属轮子和盘在钟表装置的带动下相互摩擦,结果使金属盘上的蜡熔化了.在这个实验中,热不可能是由周围物体传递给蜡的,而且伦福德的实验已经证明,金属也不会由于比热容的降低而放热,那就只能是由于摩擦生热使蜡粒子的运动加快了.戴维的实验有力的打击了热质说.
此后,科学家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,定量的研究了热和功的关系,证明做了多少机械功,就有多少机械能转化成与热相关的能量.焦耳的工作,表明热不是一种特殊物质,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,同时为分子运动理论的发展开辟了道路.经过科学家的长期研究,关于热是一种运动形式的设想,终于成为公认的真理,人们认识到:宏观的热现象原来是物体内部大量分子的无规则运动的表现,物体内部的能量就是物体的内能,热量不是表示物质所含“热质”的多少,而是表示在热传递过程中传递的能量的多少.
(1)早期人们对热的认识存在几种说法?
(2)英国学者伦福德对用热质说解释摩擦生热现象时作出了怎样的猜想?他是采用什么方法来验证自己的猜想的?
(3)支持热是一种运动形式的重要理论基础是什么?
小明做了以下电学实验:如图甲所示,将三个完全相同的小灯泡并联接在由干电池组成的电源两端.闭合开关,灯泡发光,再依次闭合开关和,灯泡逐渐变暗.小明对此现象进行了分析,灯泡变暗说明灯泡两端电压减小了,减小的电压由谁分担了呢?
小明猜想这个干电池内部可能有电阻,干电池相当于一个电压U恒定的理想电源与一个电阻r的组合(如图乙).实验电路相当于并联的灯泡的总电阻与干电池内部电阻r串联(如图丙),并联部分总电阻变化时,干电池两端的电压也会发生变化.
我们假设他的猜想是正确的,请你从以下提供的器材中选择所需器材,设计一个电路测出这个干电池内部的电阻r.(提示:不能直接测量干电池内部电阻r两端的电压和理想电源的电压U)
器材:电流表、电压表、滑动变阻器各1只、已知阻值的定值电阻两只(阻值不同)、待测干电池1个、开关若干和导线若干.
要求:
(1)
画出电路图(设计的电路在连接好后,只能通过开关改变电路连接情况).
(2)
写出干电池内部电阻r的表达式并说明表达式中各物理量的含义.
在探究“电阻上的电流跟电压的关系”中:
我们首先会提出什么问题?________.
你或同学们有什么猜想?请说出来:________.
(3)
在设计实验时,需改变电压,你和同学们在实验中是采用什么办法的?(说出所用的器材和方法)________.
(4)
通过分析记录数据,你得出的结论是:________.
(1)这台电动机正常工作时,电流有多大?
(2)这台电动机正常工作10h,用多少度电?
(3)若这台电动机的线一电阻为1.8Ω,电动机正常工作时,线圈发热功率是多大?