Question

19．大家都知道：“摩擦生熱”．那摩擦做功與生熱之間存在怎樣的關系？焦耳等科學家運用多種方法、不同實驗，測出做功（W）和做功產生的熱（Q）兩者之間的比值關系．其中最經典的是1847年焦耳設計的槳葉輪實驗：如圖甲，在一個裝滿水的絕熱桶里放入銅制的翼輪，多次用下落的重物帶動翼輪上的葉片轉動，轉動的葉片與水摩擦，產生的熱使水的溫度升高．焦耳通過測量所掛重物的重力（質量）和重物下落的距離，計算出重物做的功，即翼輪克服水的摩擦所做的功（W ）；測量絕熱桶中水升高的溫度，從而計算出水吸收的熱（Q ）．

（1）焦耳做這個實驗的目的是研究摩擦做功和產生熱量的關系．
（2）小柯利用刻度尺、溫度計、天平、雙層真空平底圓柱體保溫杯、水等器材，粗略測量做功和做功產生的熱之間的比值關系．具體方案是：
①用刻度尺測量空保溫杯內部高度，記為h_杯．
②用天平稱量一定質量的水，記為m_水，用溫度計測出水的溫度，記為t₁．
③將水倒入保溫杯中，測量杯中水的高度，記為h_水．計算出h_杯-h_水，這也就是杯中水下落的高度．
④在保溫杯蓋子上安裝一支分度值為0.1℃的溫度計（連接處密閉絕熱），蓋緊保溫杯，如圖乙．
⑤將保溫杯慢慢上下翻轉多次（n次）（填寫操作），計算出水的重力所做的功（W）．
⑥測出杯中水的溫度，記為t₂，計算出水吸收的熱（Q）．
⑦根據⑤、⑥數據，得出兩者的比值關系．

Answer 1

分析 根據W=Gh要計算出重物做的功，需要測量G與h．
（1）由題意解答即可；
（2）將保溫杯慢慢上下翻轉多次（n次），根據W=Gh算出水的重力所做的功，再算出與水吸收的熱（Q）之比．

解答 解：根據W=Gh知要計算出重物做的功，需要測量所掛物體的重力G和重物下落的距離h；
（1）由題意知焦耳做這個實驗的目的是研究摩擦做功和產生熱量的關系；
（2）要粗略測量做功和做功產生的熱之間的比值關系，具體方案是：
①用刻度尺測量空保溫杯內部高度，記為h_杯．
②用天平稱量一定質量的水，記為m_水，用溫度計測出水的溫度，記為t₁．
③將水倒入保溫杯中，測量杯中水的高度，記為h_水．計算出h_杯-h_水，這也就是杯中水下落的高度．
④在保溫杯蓋子上安裝一支分度值為0.1℃的溫度計（連接處密閉絕熱），蓋緊保溫杯，如圖乙．
⑤將保溫杯慢慢上下翻轉多次（n次），根據W=Gh=nm_水g（h_杯-h_水），算出水的重力所做的功W．
⑥測出杯中水的溫度，記為t₂，計算出水吸收的熱（Q）．
⑦根據⑤、⑥數據，得出兩者的比值關系．
故答案為：所掛重物的重力； （1）研究摩擦做功和產生熱量的關系；（2）將保溫杯慢慢上下翻轉多次（n次）．

點評 本題考查了“研究摩擦做功和產生熱量的關系”的實驗設計的實驗目的、實驗步驟等知識，難度不是很大．