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科目：初中物理 來源：素質教育新學案·物理·九年級·全一冊 題型：064
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永 動 機人們在長期的生活和生產中認識到，人類的生存和發展離不開能源．人們是多么渴望生產一種不需要耗用任何能量而能永遠不停工作的機器－－永動機．下圖所示的是一個永動機的設計方案：輪子中有一個轉動軸，輪子邊緣安裝著12個可活動的短桿，每個短桿的一端裝有一個鐵球．方案的設計者認為右邊的球與左邊的球離軸遠些，因此，右邊的球產生的轉動力矩要比左邊的球產生的轉動力矩大．這樣輪子就會永無休止地沿著箭頭所指的方向轉動下去，并且帶動機器轉動．但事實上并未實現不停息的轉動．仔細分析一下就會發現，雖然右邊每個球產生的力矩大，但是球的個數少，左邊每個球產生的力矩小，但是球的個數多．于是，輪子不會持續轉動下去而對外做功，只會擺動幾下，便停在圖中所畫的位置上．
17～18世紀，永動機最為流行，人們曾提出各種永動機設計方案，有采用“螺旋汲水”，有利用輪子的慣性、水的浮力或毛細作用的，也有利用同性磁極之間排斥作用的．18世紀末，不少科學家開始懷疑制造永動機的可能性．1775年，法國科學院決議不再受理永動機的設計方案．這些事實，使人們逐步悟出一個道理：永動機不可能實現是由于某一普遍定律的限制，而這條定律至今還沒發現．因此，它啟示人們不再為設計永動機而煞費苦心，轉而致力于這一未發規定律的挖掘工作．
17～18世紀，經典力學中已蘊涵著機械能的轉化和守恒的初步思想．倫福德等人對摩擦生熱的研究，否定了熱質說，提示了機械能與物體內能變化的關系．1800年發明了電池，不久又發現了電流的熱效應、磁效應、化學效應及電磁感應，科學家們進一步展示出了自然界不同現象的相互聯系、相互轉化的圖景．在其他方面，如生物學發現了動物的體溫和進行機械活動的能量跟它攝取的食物的化學能有關．這一切，都為能量守恒發現做了必要的準備．19世紀40年代，不同國家的十幾位科學家以不同的方式，各自獨立地提出了能量守恒定律．人們認識到：能量既不會消滅，也不會憑空產生，能量有各種不同的形式，可從一種形式轉化為另一種形式，從一個物體轉移到另一個物體，在轉化和轉移的過程中能量的總量保持不變．能量守恒定律使永動機幻夢被徹底地打破．
在制造上面所說的第一類永動機的這一嘗試失敗之后，一些人又夢想著制造另一種永動機，希望它不違反能量守恒定律，而且既經濟又方便．例如，這種可直接從海洋或大氣中吸取熱量使之轉化為機械功．由于海洋和大氣的能量是取之不盡的，因而這種熱可永不停息地運轉做功，也是一種永動機．然而，在大量實踐經驗的基礎上，英國物理學家開爾文于1851年提出一條新的普遍原理：物質不可能從單一的熱源吸取熱量，使之完全變為有用的功而不產生其他影響．看來永動機只是人們的美好愿望，永遠也不可能實現．
(1)人類夢想制造的永動機有哪幾類？為什么都沒有實現？
(2)下圖是兩位發明家自制的永動機模型．你能否和其他同學討論一下，它們能“永動”嗎？
(3)人們為什么熱衷于發明與制造永動機？
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