2012年高考物理专题复习专题12 热学综合（19份）-物理题库/物理试题索引
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2012年高考物理专题复习专题12 热学综合（19份） 试卷题目索引
子的体积计算时要注意建立几种模型。
液体分子的无规则运动的反应，恰好说明了分子运动的无规则、永不停息、与温度有关。
但斥力随距离的变化快的规律。
二、物体的内能
1．物体内所有分子的动能和势能的总和叫物体的内能。温度是分子平均动能的标志。
2．分子势能由分子间的相互作 ...
气压强与温度对此气球体积的影响是
A．大气压强减小有助于气球体积增大，温度降低有助于气球体积增大
B．大气压强减小有助于气球体税减小， ...
A．在完全失重状态下，气体压强为零
B．气体压强是由大量气体分子对器壁频繁的碰撞而产生的
C．温度不变时，气体体积越小，相同时间内撞击到器壁的 ...
物质是由大量分子组成的；分子永不停息的做无规则运动；分子间存在相互作用的引力和斥力。说明：（1）阿伏加德罗常量 ...
温度是物体分子热运动的平均动能的 ...
从热传导的方向来描述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化。
从机械能与内能转化过程的方向性来描述：不可能从单一热源吸收热量并把它全 ...
描述一定质量气体的状态参量为：温度，气体分子平均动能的标志。体积，气体分子所占据的空间，许多情况下等于容器的容积。压强，大量气体分子无规则运动碰撞器壁 ...
原理：利用液体的热胀冷缩。
刻度：冰水混合物温度规定为0℃，一个大气压下，沸水温度规定为100℃，0～100℃之间等分100份，每1份为摄氏1℃。
温度的国际单位： ...
凝固和液体沸腾的条件：
晶体熔化、凝固的特点：吸热（或放热）、温度不变。
晶体熔化 ...
4. 内能及内能的改变：
内能与机械能不同。
内能跟物体的温度有关，温度升高，内能增加，而内能增加，温度不一定升高，内能还与质量有关，与物体的体积有关，与 ...
内能与机械能不同。
内能跟物体的温度有关，温度升高，内能增加，而内能增加，温度不一定升高，内能还与质量有关，与物体的体积有关，与物态变化有关，内能改变 ...
比热是物质的特性之一，不同物体比热一般不同（比热还与状态有关），比热与热量、质量、温度变化无关。
水的比热要记住， ...
2、质量为2千克的铜块温度从10℃升高到30℃所吸收的热量为
焦，若温度从30℃降低到10℃所放出的热量为
焦，若铜块温度从60℃升高到80℃所 ...
（C水=4.2×103焦耳(千克·℃)
C铜=0.39×103焦耳(千克·℃)）
物质
比热(焦/(千克·℃)
煤油
2.1×103
砂石
0.92×103
铅
0.13×103
单位:(焦/(千克·℃)
酒精
2.4×103
煤油
2.1×1 ...
（选填“一定多”、“不一定多”或“一定少”）
[已知铝的比热为0.9×103焦/(千克·℃)]
8、质量为0.2千克的金属块吸收了3600焦耳热量后，温度从15℃升高到35℃，则这块金属块是
。
9、现有质量和初温都相等的铝块、铁块和铜块,其比热 ...
9、现有质量和初温都相等的铝块、铁块和铜块,其比热C铝>C铁>C铜，它们吸收相等的热量后,末温最高的是______块，末温最低的是______块。
10、把质量、初温都相同 ...
10、把质量、初温都相同的铜块和铝块（C铝>C铜），同时浸没到同一杯热水中，直到温度稳定。比较它们吸收的热量Q和升高的温度△t的大小，则有Q铜
Q铝，△t铜
11、根据比热的定义式c=Q/m(t-t0),下列说法正确的是[
]
A、物体质量越小，它的比热越大；
B、物体吸收的热量越大，它的比热越大；
C、物体升高的温度越少，它 ...
A、物体质量越小，它的比热越大；
B、物体吸收的热量越大，它的比热越大；
C、物体升高的温度越少，它的比热越大；
D、物体的比热由组成物体的物质的性质决定； ...
质量相等的两块铜温度分别升高20℃和10℃,它们吸收的热量不同;
质量相等的水和煤油温度都升高5℃,它们吸收的热量不同;
体积相等的煤油和铜温度都升高10℃,它们吸 ...
C甲< C乙
B．
m甲 C乙
C．
A．物体温度变化时，一定要吸收或放出热量
B．物体吸收或放出热量温度一定变化
C．物体的比热越大，吸收的热量越多
D．热量 ...
A、甲物体的质量与乙物体相同
B、甲物体的质量一定比乙物体小
C、乙物体的质量一定比甲物体小
D、甲物体的质量可能比乙物体大
24、某 ...
实验次数
物质种类
质量（千克）
降低温度（℃）
放出热量（焦）
1
水
1.5
10
6.3×104
2
水
3
10
1.26×105
3
水
1.5
20
1.26×105
实验次数
物质
质量（克）
初温（℃）
末温（℃）
加热时间（分）
1
水
50
10
20
4
2
水
100
10
20
8
3
煤油
50
10
20
2
4
煤 ...
2．做功和热传递是改变内能的二种方式。热量，能量守恒定律。
3．热力学第一定律。热力学第二定律。永动机的不可能。绝对零度的不可达到。
4．能源 ...
3．热力学第一定律。热力学第二定律。永动机的不可能。绝对零度的不可达到。
4．能源 ...
二、知识扫描
三、典型例题
例1 下列说法正确的是（
）
A．温度低的物体内能小
B．温度低的物体分 ...
2.气体的体积、温度、压强之间的关系.。
3.气体分子运动的特点。气体压强的微观意义。
3.气体分子运动的特点。气体压强的微观意义。
A.4×1016 m3
B.4×1018 m3
C. 4×1020 m3
D. 4×1022 m3
答案：B
[解析]：大气压是由大气重量产生的。 ...
A．气体的体积是所有气体分子的体积之和
B．气体分 ...
A．布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的分子无规则运动的反映
B．没有摩擦的理想热机可以把吸收的 ...
A．物体吸收热量，其温度一定升高
B．热量只能从高温物 ...
右图为一个简易温度计，一根装有一小段有色水柱的细玻璃管穿过橡
皮塞插入烧瓶内，封闭一定质量的气体。当外界温度发生变化时，水
柱位置将上下变化。已知A、D间 ...
A.先增大后减小
B.先减小后增大
C.单调变化
D.保持不变
答案：B
[解析]：由PV/T为恒量，由图像与坐标轴围成的面积表达PV乘积，从实线 ...
A.弯管左管内外水银面的高度差为h
B.若把弯管向上移动少许，则管内气体体积增大
C.若把弯管向下移动少许，则右管内的水银柱沿管壁上升
D.若环境温度升高，则右管 ...
A．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在势能的缘故
B．一定量100℃的水变成100℃的水蒸 ...
(2)若一定质量的理想气体分别按下图所示的三种不同过程变化，其中表示等压变化的是
(填“A”、“B”或“C”)，该过程中气体的内能
(填“增加” ...
A.气体分子的平均动能逐渐增大
B.单位时间气体分子对活塞撞击的次数增多
C.单位时间气 ...
（1）当水面上方气体温度与外界沮度相等时，求气体压强，并从徽观上解释气体压强变化的原因。
（2）打开喷雾阀门，喷雾过程中封闭气体可以看成等温膨胀，此过程 ...
A．内能增大，放出热量
B．内能减小，吸收热量
C．内能增大，对外界做功
D．内能减小，外界对其做功
A.在一定条件下物体的温度可以降到0 K
B.物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功
C.吸收了热量的物体，其内能一定增加
D.压缩气体总能使气体的温度升高
A. 气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力
B. 气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时 ...
B．某个微粒做布朗运动的轨迹
C．某个微粒做布朗运动的速度——时间图线
D．按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线
解析：布朗运动是悬浮在液体中的固体 ...
A．温度和体积
B．体积和压强
C．温度和压强 D．压强和温度
解析：由于温度是分子平均动能的标志，所以气体分子的动能宏观上取决于温度；分子势能是 ...
A．水银柱向上移动了一段距离
B．(VA＜(VB
C．(pA＞(pB
D．(FA＝(FB
二、非选择题
转变为内能。
（2）某同学做了一个小实验：先把空的烧瓶放到冰箱冷冻，一小时后取出烧瓶，并迅速把一个气球紧密的套在瓶颈上，然后将烧瓶放进盛满热水 ...
（1）求气体在状态B时的体积。
（2）说明BC过程压强变化的微观原因
（3）没AB过程气体吸收热量为Q，BC过 气体
放出热量为Q2，比 ...
（1）稳定后右管内的气体压强p；
（2）左管A端插入水银槽的深度h。（大气压强p0＝76cmHg）
解析：（1）插入水银槽后右管内气体：由玻意耳定律得：p0l0S＝p（l0－ ...
A. Pb >Pc，Qab>Qac
B. Pb >Pc，Qab<Qac
D. Pb <Pc，Qab<Qac
(2)图中系统由左右连个侧壁绝热、底部、截面均为S的容器组成。左容器足够高 ...
A．从外界吸热
B.对外界做负功
B.分子平均动能减少
D.内能增加
【答案】 A
【解析】胎内气体经历 ...
A．当r大于r1时，分子间的作用力表现为引力
B．当r小于r1时，分子间的作用力 ...
（2）如图所示，一定质量的理想气体密封在绝 ...
(A)当一定质量的气体吸热时，其内能可能减小
(B)玻璃、石墨和金刚石都是晶体，木炭是非晶体
(C)单晶体有固定的熔点，多晶体和非晶体没 ...
两室中气体的压强（设活塞移动前后气体温度保持不变）；
活塞受到的电场力大小F；
M所带电荷产生的场强大小和电源电压U;
使滑片P缓慢地 ...
A．气体吸收的热量可以完全转化为功
B．气体体积增大时， 其内能一定较少
C．气体从外界吸收热量， 其内能一定增加
D．外界对气体做功， 气体的内能可能减少
【 ...
A、外界对气体做功，气体内能增大
B、外界对气体做功，气体内能减小
C、气体对外界做功，气体内能增大
D、气体对外界做功，气体内能减小
(B)TⅢ>TⅡ>TⅠ
（1）（4分）关于空气湿度，下列说法正确的是
（填入正确选项前的字母。选对1个给2分，选对2个给4分；选错1个扣2分，最低得0分）。
A．当人们感到潮 ...
在“油膜法估测油酸分子的大小”试验中，有下列实验步骤：
①往边长约为40cm的浅盆里倒入约2cm深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上。
②用注射 ...
① NA = υρ
③ m = μA
④Δ= υA
其中
A．①和②都是正确的；
B．①和③都是正确的；
C．②和④都是正确的；
收热量Q取正值，但是仅知道W或Q其中一个为正值，不能判断ΔU的正负，故A、B错。温度是分子热运动的平均动能的标志，温度越高 ...
A、外界温度升高，气体的压强一定增大
B、外界温度升高，处界可能对气体做正功
C、保持气体内能不变，增加钩码质量，气体一定吸热
A.气体对外界做功
B.气体的温度一定升高
C.气体的压强一定增大
D.气体分子的平均距离增大
A.铁块靠近挡板的某时刻有最小运动速度
B.弹簧恰恢复原长时长木板有最大运动速度
C.整个过程中内能的增量等于铁块与木板之间的动摩擦力乘以铁块相对于木板通 ...
A．随着技术进步，热机的效率可以达到100%；制冷机也可以使温度达到-2800C
B．物体吸收热量，其分子的平均动能可能减小
C．根据热力学第二定律，一切物理过程都 ...
A．摩擦力大小相同
B．F做的功相同
C．摩擦产生的热相同
D．物体获得的动能相同
A．布朗运动就是液体分子的无规则运动
B．当分子力表现为引力时，分子势能随分子间距离的增大而增大
C．当气体分子热运动变剧烈时，气体的压强一定变大
A．布朗运动是液体分子的运动，它说明了分子在永不停息地做无规则运动
B．密封在容积不变的容器内的气体，若温度升 ...
A．热量是热传递过程中物体间内能的转移量，温度是物体分子平均动能大小的量度
B．温度不同的两块金属接触时，温度高的物体放出温度、温度低的物体吸收温度 ...
A．200C相同质量的氢气和氧气，内能不相同
B．热量不可能由内能少的物体传递到内能多的物体
C．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性
D．第二类永动 ...
在上述“双星”体系中甲乙两分子：
A．之间距离一定大于r0
B．之间距离一定小于r0
C．质量一定不等，且甲的质量大于乙的质量
D．运行速率一定不 ...
17、（14分）（1）设人下落时间为t，则
（1分）
车在时间t内运动的位移 ...
车在时间t内运动的位移
代入数据解得x=6m
（1分）
人在车上的落点距车尾端距离
（2分）
（2）人在车平板上的加速度 ...
（3）以两杆组成的系统为研究对象，在上层导轨上运动时，金属杆AB在安培力作用下减速向左滑动，金属杆ST在安培力作用下加速向左滑动，最终两杆速度相同时回路电 ...
A.天空出现彩虹
B.肥皂泡在阳光照射下呈现彩色条纹
C.阳光通过三棱镜形成彩色光带
D.光线通过一个极窄的缝呈现明暗相间的条纹
A.小鱼向上方水面看去，看到的亮点的位置与鱼的位置无关
B.小鱼向上方水面看去，看到的亮点的位置与鱼的位置有关
C.小鸟向下方水面看去，看到的亮点的位置与鸟 ...
A.一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射的光电子就越多
B.肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的
C.质量为10－3 kg、速度为10－2 m ...
材料
铯
钙
镁
铍
钛
逸出功(10－19 J)
3.0
4.3
5.9
6.2
6.6
现用波长为400 nm的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有(普朗克常量 ...
A.上升了
D.下降了
解析:由题图可知，若光斑左移2 cm，则液面上升
9.如图14-2所示为一块透明的光学 ...
D.b、d
解析:根据衍射图样特点“条纹不等间距且中央条纹最亮最宽”可知本题正确选项为D.
答案:D
其中α为此液体到空气的全反射临界角，由折射定律得:
同理，线光源顶端在B1点时，望远镜内刚好可看到线光源的顶端，则:∠B1OO′=α
由图中几何关系得: ...
解析:本题考查光的直线传播和匀速圆周运动规律，是一道设计新颖的好题，要求学生画出 ...
A．熵是物体内分子运动无序程度的量度
B．由氢气的摩尔体积和每个氢分子的体积可估算出阿伏加德罗常数
C．满足能量守恒定律的客观过程都不是可以自发进行的
D． ...
A.布朗运动的剧烈程度与温度有关，所以布朗运动也叫热运动
B.利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为 ...
A.一定温度下饱和汽的压强随体积的增大而减小
B.人对空气干爽与潮湿的感受主要取决于空气的相对湿度
C.产生毛细现象时,液体在毛细管 ...
D．气体分子单位时间内对活塞B碰撞作用的冲量不变
A．液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，液体表面存在张力
B．扩散运动就是布朗运动
C．大颗粒的盐磨 ...
二、计算题
（2）如图4所示，绝热隔板S把绝热的汽缸分隔成体积相等的两部分，S与汽缸壁的接触是光滑的.两部 ...
（2）理想气体等温膨胀时从单一热源吸收的热量全部用来对外做功，这一过程是否违反热力学第二定律？为什么？
（3）已知1 kg的柴油完全 ...
A．从外界吸热
B．对外界做负功
C．分子平均动能减小
A．燃料燃烧后，能量就消失了，说明能量不守恒
B．燃料燃烧后，化学能转化为内能
C．燃料燃烧后的内能不 ...
答案：增加 80
答案：C
5．用DIS研究一定质量气体在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如图7－14所示，实验步骤如下：
①把注射器活塞移至注射器中间位置，将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接；
②移动活塞，记录 ...
A．绝热过程是指系统不从外界吸热，也不向外界放热，这个过程不与外界交换能量
B．热量是在单纯的热传递过程中系统内能变化的量度，所以不能说物体具有多少热量 ...
A．第二类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律
B．悬浮微粒越大，在某一瞬间撞击它的液体分子数就越多，布朗运动越明显
C．内能向机械 ...
A．在一定条件下物体的温度可以降到0K
B．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功
C．吸收了热 ...
A．布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的分子无规则运动的反映
B．没 ...
到箱体外．下列说法正确的是
( )
A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外
B．电冰箱的致冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能
C．电 ...
A．分子平均动能增大
B．单位时间内缸壁单位面积上受到气体分子碰撞的次数减少
C．单个分子对缸壁的平均冲力减小
D．若活塞重力不计，拉力F对活塞做的功等于缸内 ...
A．甲、乙两分子间一定只存在分子引力，不可能存在分子斥力
B．甲分子的质量一定大于乙分子的质量
C．甲分子旋转的周期一定小于乙分子旋转的周期
D．甲分子的动 ...
A．气缸中气体的内能增加
B．气缸中气体的压强增加
C．气缸中气体的分子平均动能不变
D．单位时间内 ...
B．1千年
C．10万年
D．1千万年
【解析】 水的摩尔质量为M＝18g·mol－1，m＝1g水的分子个数为：n＝NA.全世界60亿人每年可以数N＝60×108× ...
(1)我国陆地上空空气的总质量M总．
(2)我国陆地上空空气的分子总数n
(3)地面附近温度为270K的1m3空气，在温度为300K时的体积．
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【奥教版步步高】2010届高三一轮复习物理精品资料：第十三章 热 学(21页).doc
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3秒自动关闭窗口第二类永动机为什么不可制造？_百度知道
第二类永动机为什么不可制造？
热力学第一定律的表述方式之一就是，制造了一部直径5米的庞大机械、大气乃至宇宙中吸取热能。 1820年代法国工程师卡诺设计了一种工作于两个热源之间的理想热机——卡瓷吨摆柑肢纺大闹诺热机，但是这些装置经过试验均以失败告终，设计一类装置，而上行方向的悬臂在重力作用下靠近转轮中心,水就可以流出来:如下的机器就是永动机.可是?利用毛细现象制造永动机，人类对永动机的热情以及制造永动机的种种实践。 1775年法国巴黎科学院通过决议，卡诺热机从理论上证明了热机的工作效率与两个热源的温差相关,管内的水面会上升S的距离，推动了热力学体系的建立和机械制造技术的进步，向下行方向的悬臂在重力作用下会向下落下，要么被证明是骗局。历史上最著名的第一类永动机是法国人亨内考在十三世纪提出的“魔轮”，提出了热力学第二定律，著名学者达芬奇也曾经设计了一个相同原理的类似装置。不过从一个侧面也可以认为。但是这一装置无法持续运转，其中包括达芬奇，直到逝世)，不知疲倦的人，并将这些热能作为驱动永动机转动和功输出的源头，力矩减小，宣布永不接受永动机,就可以收集大量的水，于是有人提出.把一径很细的玻璃管插入水里，也包括一些希望以永动机出名和获利的骗子。 历史上首个成型的第二类永动机装置是1881年美国人约翰·嘎姆吉为美国海军设计的零发动机、水力等原理的永动机问世,有谁能解释。十五世纪：第二类永动机不可能实现，人们认识到能量是不能被凭空制造出来的。在热力学体系建立后，无一成功。 1842年荷兰科学家迈尔提出能量守恒和转化定律，人们通过严谨的逻辑证明了永动机是违反热力学基本原理的设想。不符合能量守恒原理永动机是一类想象中的不需外界输入能源、能量或在仅有一个热源的条件下便能够不断运动并且对外做功的机械，而永动机这个名词现在更多地作为一种修辞被用来描述那些充满活力，他们从理论上证明了能够凭空制造能量的第一类永动机是不能实现的,具有了势能，而这一定律的表述方式之一就是。历史上人们曾经热衷于研制各种类型的永动机，这些永动机方案要么被证明是失败的，从此之后就少有永动机的研究者了，力矩的不平衡驱动魔轮的转动.用大量的玻璃管,就具有很多势能，现在美国专利与商标局严禁向授予永动机类申请授予专利证书，却可以源源不断的对外做功。 第二类永动机，推动机械运转。 第一类永动机。这一定律指出，因而不能完成循环：不可能从单一热源吸取热量： 是最古老的永动机概念。热力学第二定律的提出宣判了第二类永动机的死刑；1843年英国科学家焦耳提出热力学第一定律，这一类永动机试图以机械的手段在不获取能源的前提下使体系持续地向外界输出能量，因为汽化后的液氨在没有低温热源存在的条件下无法重新液化、焦耳这样的学术大家(中国的国民革命军将领黄维在被中国人民解放军俘虏后也一直从事永动机的研制，1667年曾有人将达芬奇的设计付诸实践，使之完全变为有用功而不产生其他影响。 除了利用力矩变化的魔轮,在玻璃管壁小于S的地方开口，还有利用浮力。德国人克劳修斯和英国人开尔文在研究了卡诺循环和热力学第一定律后，但是经过试验。永动机就是不消耗任何能量(或只用点启动能量后)，这一装置利用海水的热量将液氨汽化：第一类永动机不可能实现： 在热力学第一定律问世后，从海洋，这就是第二类永动机，使得下行方向力矩加大.这难道不是永动机吗，魔轮通过安放在转轮上一系列可动的悬臂实现永动，远离转轮中心,流出来的水向下流
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但内能不可以完全转化为机械能！机械能可以完全转化为内能因为机械能和内能的转化具有方向性
熵变的可逆需要能量
违反了热力学第二定律
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出门在外也不愁永动机_百度百科
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永动机是不消耗能量而能永远对外做功的机器它违反了能量守恒定律故称为第一类永动机在没有温度差的情况下从自然界中的海水或空气中不断吸取热量而使之连续地转变为机械能的机器它违反了热力学第二定律故称为第二类永动机这两类永动机是违反客观科学规律的概念是不能够被制造出来的能量从一种形式转变到另一种形式时绝对不可能100%转变成这种形式因为能量的转化就表示物质的结构发生了改变而改变物质的结构必然会消耗能量热
是一类想象中的不需外界输入或在仅有一个热源的条件下便能够不断运动并且对外做功的机械历史上人们曾经热衷于研制各种类型的永动机其中包括这样的学术大家另外包括一些希望以永动机出名和获利的骗子在体系建立后人们通过严谨的逻辑证明了永动机是违反基本原理的设想从此之后就少有永动机的研究者了不过从一个侧面也可以认为人类对永动机的热情以及制造永动机的种种实践推动了热力学体系的建立和机械制造技术的进步
1775年通过决议宣布永不接受永动机严禁将专利证书授予永动机类申请而永动机这个名词如今更多地作为一种修辞被用来描述那些充满活力不知疲倦的人
永动机是指违反热力学基本定律的永不停止运动的
有人认为永动机这个名词不是很恰当他们说如之类一旦开始运动若无作用是可以永久继续运动下去的这在实际上虽然不易实现但是在道理上说得通可以看作一种实际的极限情况
他们还认为所谓永动机并不是指这种情况不是试图去保持永恒的运动而是期望在没有外界能源供给即不消耗任何燃料和动力的情况下源源不断地得到有用的力
事实上这种顾虑是完全没有必要的因为的转化是有的自然界里无论什么运动都会产生热热向四周扩散成为无用的能量如不补给能量任何运动着的机器都会停下来
如果这种真的能够制成那么就可以不使用任何自然能源无中生有地得到无限多的动力在人们还没有掌握自然的基本规律时这种想法曾经引诱许多有杰出创造才能的人他们付出了大量的智慧和劳动追求这种梦想的实现但是直到如今永动机还未能发明没有任何一部永动机被实际地制造出来也没有任何一个永动机的设计方案能受住科学的审查历史上人们提出了很多种永动机的制作方案虽然人们经过多种尝试做了多种努力但永动机无一例外的归于失败人们把这种不消耗的机器叫的发现使人们进一步认识到任何一种机器只能使能量从一种形式转化为另一种形式而不能无中生有的制造能量因此第一类永动机是不可能造出来的
完全将不同种形式互相转化而无损失的热机这种热机无只有单一的它从这个单一的热源吸收的热量可以全部用来做功而不引起其他变化人们把这种想象中的热机称为它虽然不违反但因为和的转化具有性它也不可能实现永动机的想法起源于公元1200年前后这种思想从印度传到了世界并从这里传到了西方在欧洲早期最著名的一个永动机设计方案是十三世纪时一个叫亨内考的法国人提出来的如图所示轮子中央有一个转动轴轮子边缘安装着12个可活动的短杆每个短杆的一端装有一个铁球方案的设计者认为右边的球比左边的球离远些因此右边的球产生的要比左边的球产生的大这样轮子就会永无休止地沿着箭头所指的方向转动下去并且带动机器转动这个设计被不少人以不同的形式复制出来但从未实现不停息的转动仔细分析一下就会发现虽然右边每个球产生的大但是球的个数少左边每个球产生的力矩虽小但是球的个数多于是轮子不会持续转动下去而对外只会摆动几下便停下来后来时期的Leonardo da Vinci也造了一个类似的装置他设计时认为右边的重球比左边的重球离轮心更远些在两边不均衡的作用下会使轮子沿箭头方向转动不息但实验结果却是否定的
达·芬奇敏锐地由此得出结论永动机是不可能实现的事实上由杠杆平衡原理可知上面两个设计中右边每个重物施加于轮子的旋转作用虽然较大但是重物的个数却较少精确的计算可以证明总会有一个适当的位置使左右两侧重物施加于轮子的相反方向的恰好相等互相抵消使轮子达到平衡而静止下来16世纪70年代的一位机械师又提出了一个永动机的设计方案斯特尔在设计时认为由上面水槽流出的水冲击水轮转动水轮在带动水磨转动的同时通过一组齿轮带动螺旋汲水器把蓄水池里的水重新提升到上面的水槽中他想整个装置可以这样不停地运转下去并有效地对外做功实际上流回水槽的水越来越少很快水槽中的水就全部流进了下面的蓄水池水轮机也就停止了转动浮力也是设计永动机的一个好帮手是一个著名的浮力永动机设计方案一连串的球绕在上下两个轮子上可以像链条那样转动右边的一些球放在一个盛满水的容器里设计者认为右边如果没有那个盛水的容器左右两边的球数相等链条是会平衡的但是右边这些球浸在水里受到了水的浮力就会被水推着向上移动也就带动整串球绕上下两个轮子转动上面有一个球露出水面下面就有一个球穿过容器底补充进来这样的永动机也没有制成是不是因为要下面的球能够通过容器底而又不能让水漏出来制造起来技术上有困难呢技术上的困难并不是主要问题主要问题还是出在设计的原理上当下面的球穿过容器底的时候它和容器底一样要承受上面水的压力而且是因为在水的最下部所以它受到的压力很大这个向下的压力就会抵消上面几个球所受的浮力这个水动机也就无法永动了此外人们还提出过利用轮子的细管子的等获得有效动力的种种永动机设计方案但都无一例外地失败了其实在所有的永动机设计中我们总可以找出一个平衡位置来在这个位置上各个力恰好相互抵消掉不再有任何推动力使它运动所有永动机必然会在这个平衡位置上静止下来变成不动机从哥特时代起这类设计方案越来越多17世纪和18世纪时期人们又提出过各种永动机设计方案有采用螺旋汲水器的有利用轮子的惯性水的或毛细作用的也有利用同性之间排斥作用的宫廷里聚集了形形色色的企图以这种虚幻的发明来挣钱的方案设计师有学识的和无学识的人都相信永动机是可能的这一任务像海市蜃楼一样吸引着研究者们但是所有这些方案都无一例外的以失败告终他们长年累月地在原地打转创造不出任何成果通过不断的实践和尝试人们逐渐认识到任何机器对外界都要消耗能量不消耗能量机器是无法做功的这时的一些著名科学家等都开始认识到了用方法不可能制成永动机19世纪中叶一系列科学工作者为正确认识热功能转化和其它物质运动形式相互转化关系做出了巨大贡献不久后伟大的和转化定律被发现了人们认识到自然界的一切物质都具有能量能量有各种不同的形式可从一种形式转化为另一种形式从一个物体传递给另一个物体在转化和传递的过程中能量的总和保持不变能量守恒的转化定律为辩证唯物主义提供了更精确更丰富的科学基础有力地打击了那些认为物质运动可以随意创造和消灭的观点它使永动机幻梦被彻底的打破了在制造第一类永动机的一切尝试失败之后一些人又梦想着制造另一种永动机希望它不违反而且既经济又方便比如这种热机可直接从海洋或大气中吸取热量使之完全变为由于海洋和大气的能量是取之不尽的因而这种热机可永不停息地运转做功也是一种永动机然而在大量实践经验的基础上英国物理学家于1851年提出了一条新的普遍原理物质不可能从单一的热源吸取使之完全变为有用的功而不产生其它影响这样第二类永动机的想法也破灭了层出不穷的永动机设计方案都在科学的严格审查和实践的无情检验下一一失败了1775年法国科学院宣布&本科学院以后不再审查有关永动机的一切设计&这说明在当时科学界已经从长期所积累的经验中认识到制造永动机的企图是没有成功的希望的永动机的想法在人类历史上持续了几百年这个想法被驳倒不仅有利于人们正确的认识科学也有利于人们正确的认识世界能量既不能凭空产生也不能凭空消失只能从一种形式转化成另一种形式或者从一个物体转移到另一个物体在转化和转移过程中能量的总和不变这就是了所以第一类永动机是不能做出来的而能量的转化和转移是有方向的就像热量可以自发的由热的物体转移到冷的物体但不能自发的由冷的物体转移到热的物体而不引起其他的变化所以第二类永动机也是不能做出来的还有人认为根据牛顿第一定律物体在不受力的作用的前提下可以依靠无休止的做于是想要在外太空实验但是当时的科技并不允许这么做而且牛顿还提出了万有引力定律即自然界中任何两个物体都互相吸引所以这个物体在运动很久之后或者只有几分钟就会停下来也不能永远运动
虽然经过许多人的辛劳但事实证明他们无一例外地都归于失败 永动机是一种幻想永远不可能成功因为它违反了自然界最普遍的一个规律这就是能量转化与守恒定律著名科学家达·芬奇早在15世纪就提出过永动机不可能的思想他曾设计过一种转轮如图所示在转轮边沿安装一系列的容器容器中充了一些水银他想水银在容器中移动有可能使转轮永远地转动但是经过仔细研究之后得出了否定的结论他从许多类似的设计方案中认识到永动机的尝试是注定要失败的他写道永恒运动的幻想家们你们的探索何等徒劳无功还是去做淘金者吧 然而15世纪以后的好几百年里面制造永动机的活动却从未停止过
例如17世纪英国有一个被关在伦敦塔下叫马尔基斯的犯人他做了一台可以转动的如图所示转轮直径达43米有40个各重23千克的钢球沿转轮辐翼外侧运动使力矩加大待转到高处时钢球会自动地滚向中心据说他曾向英国国王表演过这一装置国王看了很是高兴就特赦了他其实这台机器是靠惯性来维持短时运动的
软臂永动机
19世纪有人设计了一种特殊机构如图所示它的臂可以弯曲臂上有槽小球沿凹槽滚向伸长的臂端使力矩增大转到另一侧软臂开始弯曲向轴心靠拢设计者认为这样可以使机器获得转矩然而他没有想到虽然缩短了阻力却增大了转轮只能停止在原地
阿基米德螺旋永动机
1681年英国有一位著名的医生弗拉德提出一个建议利用如图把水池的水提到高处再让升高的水推动水轮机水轮机除了带动水磨做功以外还可使阿基米德螺旋转不断提水如此周而复始不就可以无需担心天旱水枯了吗一时间响应他的人大有人在形形色色的自动水轮机陆续提出竟出现了热潮 磁力永动机
约在1570年意大利的一位教授泰斯尼尔斯提出用磁石的吸力可以实现永动机他的设计如图所示A是一个磁石铁球C受磁石吸引可沿斜面滚上去滚到上端的E处从小洞B落下经曲面BFC返回复又被磁石吸引铁球就可以沿螺旋途径连续运动下去大概他那时还没有建立不知道电场力大小与距离的平方是成反比变化的只需多加思索其荒谬处就一目了然了
类似的例子还有许多这里就不详细描述了我们只要列举一些名称就足以说明这类徒劳无益的活动是如何广泛诱人
例如表面张力永动机浮力永动机永磁永动机自动车自动洗衣机等等 就在一些人热衷于制造永动机的同时科学家们从力学基本理论的研究中逐步认识到了自然界的客观规律性
继达·芬奇之后斯蒂文于1568年写了一本其中讨论斜面上力的分解问题时明确地提出了永动机不可能实现的观点他所用的插图画在该书扉页上见图图的上方写着神奇其实并不神奇将14个等重的小球均匀地用线穿起组成首尾相连的球链放在斜面上他认为链的运动没有尽头是荒谬的所以两侧应平衡
1775年法国科学家郑重的通过了一项决议拒绝审理永动机在法国科学院的历史一书中有如下记载这一年科学院通过决议决定拒绝审理有关下列问题的解答倍立方三等分角求与圆等面积的正方形以及表现永恒运动的任何机器
并且解释说永动机的建造是绝对不可能的即使中间的摩擦和阻力不致最终破坏原来的动力这个动力也不能产生等于原因的效果再如设想动力可以连续起作用其效果在一定时间之内也会是无限小如果摩擦和阻力减小初始的运动往往得以继续但它不能与其他物体作用在这种假设自然界不可能存在中惟一可能的永恒运动对实现永动机建造者的目的将毫无用处这些研究的缺点是费用极度昂贵不止毁了一个家庭本来可以为公众提供大量服务的技师们往往为此浪费了他们的工具时间和聪明才智 然而就是在法国科学院如此明确的警告之下创造永动机的各种活动仍然未见收敛
19世纪中叶已经确立
1861年英国有一位工程师德尔克斯收集了大量资料写成一本名为1718世纪的永动机的书告诫人们切勿妄想从的赐予中获取名声和好运可是德尔克斯这部警世恒言却未能阻止永动机的继续泛滥
19世纪末美国宾州有人想用磁铁代替钟摆的锤企图用磁力做功代替发条认为有可能无需发条而能自动维持摆动结果是徒劳一场毫无成果进入20世纪更加复杂的似是而非的种种设计不断被提了出来例如有人想发明自动车有人创造自动洗衣机有人想利用水中的分子吸引力制造自动泵有人想单纯靠永久磁铁做成发电机特别是在能源危机的刺激下这类活动竟有增无减层出不穷另一类永动机也常被人提出而且还很迷惑人如19世纪80年代美国华盛顿地区的一位发明家甘姆埃设计了一种零度发动机Zeromotor用液态氨做工作物质从周围环境中吸取热量氨由液态变为气态在0℃时产生4个大气压的压强可以推动活塞做功似乎这样就可以不需使用燃料他还进一步解释说氨气在驱动活塞后因膨胀而冷却又会自动凝结于容器于是就可循环地工作下去1881年他的设计居然得到美国海军总工程师的支持受到官方赞扬甚至当时的美国总统也极有兴趣地观看了设计模型他们也许认为如果这种发动机真的成功美国舰队就不需要加煤站从汪洋大海中就可以取得无穷无尽的热能了然而只要科学地分析一下就会发现甘姆埃的设计是属于单热源的热机它违反了热力学第二定律这就是不可能实现的第二类永动机如果说永动机的发明对人类有点益处的话那就是人们可以从中吸取教训一切违背能量转化与守恒定律等自然规律的创造都是注定要失败的
关于永动机的不可能还应当提到荷兰物理学家司提芬16 世纪之前在中人们只会处理求的合力和它们的平衡问题以及把一个力分解为平行力系的问题还不会处理的平衡问题为了解决这类问题人们把他归结于解决三个汇交问题通过巧妙的论证解决了这个问题假如你把一根均匀的链条ABC放置在一个非对称的直立无摩擦的上这时链条上受两个接触面上的反力和自身的重力恰好是三个汇交力链条会不会向这边或那边滑动如果会往哪一边司提芬想象把停在空中在底部由CDA 把链条连起来使之闭合最后解决了这个问题在底部悬挂的链条自己是平衡的把悬挂的部分和上部的链条连起来斯提芬说假如你认为楔形体上的链条不平衡我就可以造出永动机事实上如果链条会滑动那么你就必然会推出封闭的链条会永远滑下去这显然是荒谬的回答必然是链条不动并且他由此得到了汇交的条件他觉得这一证明很妙就把它放在他的著作数学备忘录Hypomnemata Mathematica的扉页上他的同辈又把它刻在他的墓碑上以表达敬仰之意汇交力系的平衡问题解决也标志着静力学的成熟
随着对永动机不可能的认识一些国家对永动给出了限制如早在1775 年法国科学院就决定不再刊载有关永动机的通讯1917 年美国专利局决定不再受理永动机专利的申请尽管如此永动机的发明者仍然是前赴后继顽强地奋斗着据英国专利局的助理评审员F. Charlesworth 称英国的第一个永动机专利是1635 年在1617 年到1903 年之间英国专利局就收到约600 项永动机的专利申请这还不包含利用重力原理之外的永动机专利申请而美国在1917 年之后还是有不少一时看不出奥妙的永动机方案被专利局接受
读了这些发明永动机的故事大家有什么感想科学规律不容违反大家万万不要做那种徒劳无功的事所以科学技术的发展应该用在如何尽量减少不必要的能量损耗而不是去研制永远不能实现的永动机各种永动机设计方案的失败制造永动机美好梦想的破灭对于每一个寻找永动机的人是一个不小的打击但是反思这一失败的探索过程它从反面给人类以启迪一些科学家从这一否定的结论中开始思考提出这样一个问题永动机不可能制成是不是说明自然界存在着一条法则它使我们不可能无中生有地获得也就是说自然界各种能量之间存在着一定的转化关系这方面的思考是转化和守恒原理建立的线索之一德国著名家和生理学家H. Helmholtz18211894就是从永动机不可能实现的这个事实入手研究发现能量转化和守恒原理的他在论文中写道鉴于前人试验的失败人们不再询问我如何能利用各种自然力之间已知和未知的关系来创造一种永恒的运动而是问道如果永恒的运动是不可能的在各种自然力之间应该存在着什么样的关系
19世纪中期能量转化和守恒原理得到了科学界的普遍承认这一原理指出自然界的一切物质都具有对应于不同的运动形式能量也有不同的形式如机械运动的和热运动的电磁运动的化学运动的化学能等他们分别以各种运动形式特定的来表示当运动形式发生变化或运动量发生转移时能量也从一种形式转化为另一种形式从一个系统传递给另一个系统在转化和传递中总能量始终不变还有另外一种非常美妙的幻想它并不违反能量转化和守恒原理假如能把空气或海水里的通过一种巧妙的机器全部转化成我们所需要的机械功这可以成为取之不尽用之不竭的能源发明这种机器的想法比起前面要凭空产生能量的想法聪明得多了如果这种机器真能发明的话还有另一好处一方面我们可以把一种东西里面的热能取出来做功同时还会使这种东西的温度降低这样我们可以在海洋上设置一些巨大的工厂利用海水里的热能来进行各种不同的工作比如利用它来发电一只轮船可以利用海水中的不必烧煤或烧油就能到世界各地去航行这岂非美事这可称作第二种永动机也是不可能实现的因为它和相违背热力学第二定律是由无数次实践证明了的客观规律它可以表述为从单一热源吸取热量使之完全变为有用的功而不产生其他影响是不可能的这也就是说热机不可能有100%的效率它要在把从高温热源吸收的一部分热量变为有用功的同时把另一部分热量放到低温热源追寻永动机的失败经历可以给我们两点启示首先失败的经历也有积极的科学研究价值永动机的种种设计方案的失败引起了人们的反思启发了能量转化和守恒的思想成为能量转化和守恒原理建立的思考线索之一其次要依据科学规律办事历史上追求永动机的人们并不是因为他们没有一种良好的愿望也不是他们缺乏刻苦钻研的精神只是由于他们做的是违背客观规律的工作在人们还没有认识能量传递和转化的规律之前对那些寻求永动机的努力遭到的失败我们只能感到遗憾但是如果在今天还有人去设计永动机那他就是愚蠢的是违反科学规律的也是永远不会成功的人类利用自然必须遵守自然规律,而不是去研制永远不能实现的永动机历史上曾经无数人痴迷于永动机的设计和制造在热力学体系建立之前这些人中既有科学家也有希望借此成名发财的投机者而热力学体系建立后致力于永动机设计的除了希望打破现有科学体系的民间科学家外更多的则是一些借永动机之名牟取钱财的骗子历史上著名的永动机骗局有
△自动轮骗局1714年德国人奥尔菲留斯声称发明了一部名为自动轮的永动机这部机器每分钟旋转六十转并能够将16公斤的物体提高相当的高度当他宣布了这一消息并进行了公开实验后名噪整个德国1717年一位来自波兰的州长在验看了安放自动轮的房间后派军队把守这座房屋40天他发现自动轮仍在转动便给奥尔菲留斯颁发了鉴定证书奥尔菲留斯靠展出自动轮获取了大量金钱俄国沙皇彼得一世甚至与他达成价值10万卢布的购买协议最终由于奥尔菲留斯的太太与女仆发生争执女仆愤而曝光原来自动轮是依靠隐藏在房间夹壁墙中的女仆牵动缆绳运转的整个事件是一个骗局
△王洪成骗局人曾在提出一个永动机方案他利用他设计的永动机驱动自家的洗衣机电扇等装置运转不久骗局被揭穿他制作的永动机模型是用隐藏的驱动的一个电动马达而供应洗衣机电扇运转的则是暗藏在地下的电线王洪成提出自发电机的设计据称可以利用大功率蓄电池带动所谓具备回充电功能的直流发电机后经多次试验失败后再无下文同年他的另一个骗局水变油被揭穿本人也因此入狱
△中华宇宙能源 超磁能机车陈锦文以自发电机为号召利用多层次传销手法(老鼠会)来进行吸金集资并假称与台湾三阳工业合作开发的新型电动机车内容于产品发表会中号称无须加油加水充电即可骑乘但经媒体记者查证后坦承该车仍需更换电池且三阳工业在日于公司网站上公告并未与台湾新动力产业股份有限公司及庆骅国际能源股份有限公司合作或签约研发磁能发电机与磁能动力车一事
另外在1980年代的巴黎博览会上曾展出过一种永动机装置这个装置是一个不停转动的大轮子参观博览会的观众对这架永动机非常好奇纷纷逆旋转方向推动轮盘以期阻止轮子的转动这个永动装置的设计者正是利用了观众的好奇心让他们向后转动轮盘的动作为永动机上紧发条维持装置的运转此外前国民党军队第12兵团司令官1948年在国共内战的徐蚌会战被俘之后送至功德林战犯管理所接受改造至1975年释放期间他不顾众人异议在所内潜心研制永动机十分有名最后当然仍以失败告终
科学在不断进步永动机的研究却从来没有停止中国乃至世界不知有多少民间科学家甚至专家学者教授花费了大量宝贵的时间金钱心血来坚持不懈地寻找这样一种不存在的事物不能不令人扼腕他们之中当然也不乏别有用心的骗子常见的手法是出售或转让他的永动机图纸永动机技术等等其实只要一些最最基本的物理学常识就可以识破这种骗术历史上有不少人有过这样美好的愿望制造一种不需要动力的机器它可以源源不断的对外界做功这样可以无中生有的创造出巨大的财富来在科学历史上从没有过永动机成功过能量守恒定律的发现使人们认识到任何机器只能转变能量存在的形式并不能制造能量因此根本不能制造永动机它违背热力学第一定律物体的增加等于物体从外界吸收的与物体对外界所做功的总和曾经有人设计一类希望它从高温热库例如锅炉吸取热量后全部用来做功不向低温热库排出热量这种机器的效率不是可以达到100%了吗这种机器不违背能量守恒定律但是都没有成功人们把这种只从单一吸热同时不间断的做功的永动机叫第二类永动机这种永动机不可能制成是因为与的转化具有方向性机械能可以转化内能但内能却不能全部转化为机械能而不引起其它变化从研究永动机得到的意外收获
前已提及英国科学家也曾被永动机这一奇妙的发明所吸引并为此做了一二十年的实验但最后他留给后世的并不是永动机而是证明永动机不可能的热功当量定律这应该算是研究永动机得到的意外收获
斯台文是这方面的另一个例子在他那个时代16世纪末17世纪初有一种永动机是广泛被谈论着的如图2所示有14个能滚动的很重的铁球用链子连起来放在一个三棱体上三棱体的一边比较斜一边比较陡且斜的一边比陡的一边长些永动机的制造者们相信斜的一边上有4个重铁陡的一边只有两个重铁球4个铁球的自然比两个铁球大整个装置就会如箭头所指示的方向滑下来一旦左边滑下去一个重球右边一定同时补充上一个重球左边的斜面上依然是4个重球右边的斜面上仍只有两个重球永远是左边的大于右边的下滑力球链就会永远不断地运动下去荷兰科学家斯台文在研究这种永动机时从经验出发判断它不可能永动因为左边球虽多但斜面缓每个球产生的向下小右边球虽少但斜面陡每个球产生的向下拉力大结果两边斜面向下的拉力一样大至此斯台文并没有停止思维他又把该问题进一步引向深入由于球的个数跟斜面的长度成正比每个球都是一样重所以各边球的总重也一定跟斜面长成正比
这就是有名的两个斜面上力量平衡的定律
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