10.了解物质的属性对科技进步的影响.A物质的结构和尺 度 查看更多

 

题目列表(包括答案和解析)

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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摘要:本文分析了如何挖掘物理题中隐含条件的途径和方法。并对物理学试题题型进行归类、例举和解析。学生要解好物理题,必须要有扎实的物理知识和相关学科的知识,综合分析和解决问题的能力。因此,在物理教学过程中要注重提高学生的解题能力,加强对解题方法的教学。

关键词:隐含条件 物理学 解题能力

学习在解物理习题时,经常会遇到这种情况,有些解题的必要条件,题中并为明确给出,而是隐含在字里行间。充分挖掘隐含条件,明确题目要求,采用合适方法,选择正确答案,是解好这类题的关键。本文就如何挖掘试题中的隐含条件,提高解题能力作一例析。

一、从关键词中挖掘隐含条件

在物理题中,常见的关键用语有:表现为极值条件的用语,如“最大”、“最小”、“至少”、“刚好”等,它们均隐含着某些物理量可取特殊值;表现为理想化模型的用语,如“理想滑轮”、“轻质杠杆”、“光滑水平面”等,扣住关键用语,挖掘隐含条件,能使解题灵感顿生。

例1 一个物体在平衡力的作用下,在光滑水平面上做匀速直线运动,当这对平衡力突然消失,则物体将( )

A.立刻停止运动

B.运动速度越来越快

C.速度减慢,最后停止

D.仍作匀速直线运动

解析:题中“光滑水平面”为关键词。光滑水平面意味着物体不受摩擦力的作用。题目中的物体待平衡力消失后,将不再受力的作用,因此仍要保持匀速直线运动(牛顿第一定律)。

答案:D

二、从物理学常识中找隐含条件

有些题目几乎没有条件,但仔细研究就会发现条件其实全部隐含于物理常识中,这就要求学生根据题意进行发散性思维,努力挖掘相关知识,在条件不足的情况下,根据常识假设适当的条件和数据以弥补题中明确给出的已知条件的不足。

例2 一个中学生对地面的压强大约是( )

A.10Pa   B.100Pa   C.1000Pa     D.10000Pa

解析:此题隐含条件有两个,一是中学生的体重约为50kg,二是中学生双脚底面积约为5dm2,而这两个条件都非常隐蔽,属于物理学常识,只要明确了这两点,不难得出正确答案D。

三、从物理学发展史中寻找隐含条件

这类试题一般涉及对物理学研究有贡献的科学家、科研成果和历史进程等,增加了学生的爱国情感,有利于培养学生的高尚情操,激起学生学习生物学知识的远大理想。

例3 发电机和电动机的发明使人类步入电气化时代,制造发电机的主要依据是电磁感应现象,首先发现电磁感应现象的是( )

A.爱因斯坦

B.帕斯卡

C.奥斯特

D.法拉第

解析:知道这些科学家的研究成果和对社会的巨大贡献,很快就能准确地选出正确答案D。

四、从物理现象的出现条件中寻找隐含条件

一定的物理现象的出现,是以具备一定的条件为前提的,当知道什么条件具备时可出现什么现象后,一旦题目给出某种现象,马上可以找出相应的隐含条件。

例4 我国“远望号”卫星测控船从江阴出发执行任务,由长江进入海洋。下列有关测控船所受浮力的说法正确的是( )

A.由于海水的密度大,所以船在海洋力受到的浮力大

B.由于船排开海水的体积小,所以它在海洋里受到的浮力小

C.由于船排开的海水的体积大,所以它在海洋力受到的浮力大

D.由于船始终漂浮在水面上,所以它受到的浮力不变

解析:“一个物体漂浮在液面上……”,出现这种现象的条件是物体所受浮力等于物重,所以隐含条件是物体受到的浮力等于重力。

答案:D

例5 放在水平常木板上重10N的木块,受到水平向右,大小为5N的拉力作用,沿水平方向做匀速直线运动,这时木板水平方向受的合力为_______N。当拉力增大到8N时,木块受到的合力为_______N。

解析:“一个物体匀速运动……”要出现这种现象,前提条件是物体必须不受力或受平衡力作用,所以隐含条件为:物体不受力或受平衡力作用。

答案:0;3

五、从物理概念、物理原理中寻找隐含条件

有些物理学问题、现象、判断等条件隐含于相关的概念和原理中,或是命题时有意混淆概念,偷换概念,要求学生对概念掌握准确,理解要透彻。

例6 晴天,几位大学生在森林中迷路了,下面四种利用风向引导他们走出森林的说法中,正确的是_______(图中虚线为空气流动形成风的路径示意图)

A.森林吸热,温度升高慢,空气温度低、密度大,地面空气从森林流向外界,应顺风走

B.土地吸热,温度升高快,空气温度高、密度小,地面空气从外界流向森林,应顺风走

C.森林吸热,温度升高慢,空气温度低、密度大,地面空气从森林流向外界,应迎风走

D.土地吸热,温度升高快,空气温度高、密度小,地面空气从外界流向森林,应迎风走

解析:本题中隐含了比热容的概念。物体的比热容越大,吸收热量后温度变化越小。

土地的比热容大,吸热后温度升高较快,空气温度高。热空气因密度小而向上升,地面空气从森林流向外界,应顺风走。

答案:A

六、数学关系之中寻找隐含条件

正确的示意图不仅能帮助我们理解题意、启发思路,而且还能通过数学关系找出题中的隐含条件。这种方法不仅在几何光学中有较多的应用,而且在其它物理问题中也经常应用。

例7 有一均匀正方体对水平地面的压力是F,压强是P,如下图所示。若切去阴影部分,则剩余部分对地面的压力是原来的_______倍,压强是原来的_______倍。

解析:该题的条件隐含在数学关系之中,解题的关键要建立物理模型的空间想象力。切去部分的正方体边长为a/2,体积为V/8。切去阴影部分后,其质量为7/8m,底部受力面积为3/4S,剩余部分压强为P’=m/S=7/6P,压力为F’=Ps=7/8F。

答案:7/8;7/6

七、从图形、图表与曲线关系中寻找隐含条件

图示是贮存和传递科学文化知识比较便捷的一条途径,它能够高度浓缩物理学的基本概念及原理,使之更加形象、直观。试题图文并茂,生动活泼,但图表曲线中隐含了相当多的没有叙述和未提及的条件,解题时结合题设条件分析图形,从图形中挖掘隐含条件,才能正确作答,较好地培养学生的观察和分析问题的能力。

例8 在如图所示的各图中,关于磁场的描述和小磁针表示正确的是( )

解析:这是一道集概念、实验和理论于一体的图形选择题,要求学生明确磁场的概念、磁场方向及磁场方向的规定等情况,这样才可选出正确答案为B。

八、从实验的器材、操作过程或结果中寻找隐含条件

在理论试题中,也有相当多的题干条件看似不足,其实隐含在实验器材、操作步骤和实验结果之中,要求学生根据已有知识,挖掘这些隐含条件,从而得出正确答案,这有利于考查学生的实验操作技能,有利于培养学生的创新精神和实践能力。

例9 如图所示电路,图中1、2、3表示电流表或电压表,请填上各表电路符号.并标出正、负接线柱的位置。

解析:判断电表的类型,需了解器材的使用规则。电流表要串联接入电路,电压表要并联接入电路。判断时,可假设将改表处断开,凡对电路结构有影响的是电流表,没有影响的是电压表。答案如上图。

九、选择合适的方法

确定解题思路,根据题型特点,充分理解题意。采用合适方法,能很好地提高解题能力,常用的物理方法有控制变量法、等效法、转换法、数据归纳法等。

例10 下表列出由实验测定的几种物质的比热容。认真阅读,你一定会有所发现,请填出任意三条:

水4. 2×103

冰 2.1×103

铝 0.88×103

钢铁 0.46×103

酒精 2.4×103

蓖麻油1.8×103

干泥土0.8×103

水银0.14×103

煤油2.1×103

砂石0.92×103

铜0.39×103

铅0.13×103

(1)________________________________________;

(2)________________________________________;

(3)________________________________________。

解析:给表找规律时一般采用比较分析,综合分析的方法,即可找一般规律如某种变大或变小的趋势,共性等,也可找特殊规律。此表中12种物质除煤油和冰比热相同外,其他不同。说明不同物质得比热一般不同,这是共性。但冰和煤油不同物质比热相同这是特殊性质。水、冰同种物质,状态不同,比热容也不同。且可将物质分为金属、非金属进行比较。还可找比热容最大的、最小的。

例11 用实验研究决定电阻大小的因素,供选择的导体规格如下表:

材料

编号

长度(m)

横截面积(mm)2

镍铬合金

1

0.5

1.5

0.5

锰铜

1

0.5

1.5

1

①要比较电阻与长度的关系应选择导线:_______________________;

②要比较电阻与横截面积的关系应选择导线:_______________________;

③要比较电阻与材料的关系应选择导线:_______________________。

解析:本题中导体的电阻与导体的长度、材料、横截面积三个物理量有关,要探究它们之间的关系,要采用“控制变量法”。要验证猜想一,就要取不同的长度,相同材料和横截面积的导线,所以应选序号1、2,同理可选出另两个猜想的序号。

答案:(1)1、2;(2)3、4;(3)1、3

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(1)2.75(说明:答案在2.71~2.79之间即可);

(2)温度计的玻璃泡碰到容器底部                                                                                  (容易题)

2.请你试一试:

(1)如图9―10所示的水笔芯,当上端开口堵住后书写了一会儿,笔尖就无法写出字了。发生这种现象的主要原因是                   

(2)当水笔的笔尖朝上书写了一会儿,笔尖也无法写出水了。发生这种现象的主要原因是                                           

(3)图中的水笔在太空中是无法使用的,请发挥你的想象力为这种笔提出一种改进措施:                                           

                               

【参考答案】

(1)大气压的作用;

(2)重力的作用;

(3)略(说明:只要能针对水笔在太空中由于失重而造成无法朝着笔尖的方向流出墨水的现象,提出改进措施,使得墨水受到一个持续向笔尖方向的力即可 )

                         (中档题)

3. 小小文具盒里蕴含着丰富的物理知识,可以用来做很多物理实验。请你利用文具盒中的文具设计两个物理小实验,只要求写出实验的做法和要说明的物理问题。

[ 示例 ]把铅笔立在桌面上,可以看到铅笔形成一个影子。说明光是沿直线传播。

答:(1)                                                         

   (2)                                                         

 

【参考答案】

(1)用力弯塑料尺,塑料尺变弯。说明力可以改变物体的形状。

(2)用两手指按住圆珠笔的笔尖和笔尾,按住笔尖的手指更痛。(说明:用其他方法进行实验,能说明问题的同样给分)

                                                 (中档题)

4.小明弯曲手中的钢锯片,感觉到弹力大小与弯曲程度有关,同时他猜想,弹力大小可能还跟钢锯片的长度有关。于是他和同学合作进行了图9―11所示的实验,将钢锯片夹在厚书内,伸出的长度(简称长度)用L表示;钢锯片形变量(弯曲程度)用末端侧移量x表示,钢锯片的弹力用F表示,其大小等于测力计的读数。实验数据如下表。

(1)由第              次实验数据分析可知,钢锯片在形变量x一定时,弹力F 随长度L的                    (选填“增大”或“减小”);

(2)由第3~7次实验数据分析可知,钢锯片在长度L一定时,弹力F跟形变量x成          

(3)请用表中钢锯片长度L为25cm时的数据,在坐标纸上画出弹力F跟形变量x关系的图象;

(4)分析图象,进一步归纳得出:                                    

                                  

【参考答案】

(1)1、2、4 , 增大(或减小),减小(或增大);

(2)正比 ;

(3)图象略;

(4)弹力F与x成正比只在x小于5cm时成立, x大于5cm后F与x不成正比。

                                              (稍难题)

(四)计算题

1.餐饮业的浪费现象比较严重。小伟同学利用暑假到某餐馆进行社会调查,以事实来提醒人们注意节约。他每天从餐馆收集到顾客剩余、丢弃的啤酒约20kg,测出一只空酒瓶(含瓶盖)的质量是0.55kg,未开封的一瓶啤酒总质量是1.15kg,酒瓶标签上注明每瓶啤酒的净含量是620ml。求:

(1)一瓶未开封啤酒的质量;

(2)该餐馆相当于每天浪费几瓶未开封的啤酒;

(3)啤酒的密度。

【参考答案】                                                      

(1)一瓶未开封啤酒的质量:m1=m-m0=1.15kg-0.55kg=0.6kg 

(2)每天浪费的啤酒瓶数:  (取33瓶)

(3)啤酒的密度:

                                                                                    (容易题)

2.发光二极管是一种发展前景十分看好的节能照明灯具,我国计划在2008年北京奥运会上大量使用它。电子制作兴趣小组的同学用“2.5V  10mA”的高亮发光二极管制作手电筒,电路如图9―12所示。

(1)若电源电压为3V,为使发光二极管正常发光,R应取何值?

(2)实验发现,4只高亮发光二极管与1只“2.5V  0.3A”的小灯泡都正常发光时亮度相当,若累积使用10h,使用二极管手电筒能节约多少焦耳的电能?

 

【参考答案】                 

(1)电阻R与发光二极管串联

UR U U = 3V 2.5V = 0.5 V

I R= I = 10 mA = 0.01A      

由欧姆定律  得        

(2)P管总= 4P = 4 UI = 4 × 2.5V × 0.01A = 0.1W     

P = UI = 2.5V × 0.3A = 0.75 W     

ΔP =  P-P管总 = 0.75 W-0.1W = 0.65 W

W = ΔPt = 0.65 W×10×3600s = 2.34×104J

                                                                                           (中档题)


同步练习册答案