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人體象熱機一樣.也需要消耗能量.例如一個成人參加一次長跑.身體消耗的能量為6.6×106J.這些能量需要完全燃燒 kg的干木柴才能得到 (干木柴的熱值為1.2×107J／kg). 【查看更多】

題目列表(包括答案和解析)

人體象熱機一樣，也需要消耗能量。例如一個成人參加一次長跑，身體消耗的能量為6.6×10⁶J，這些能量需要完全燃燒 kg的干木柴才能得到 (干木柴的熱值為1.2×10⁷J／kg)。

人體象熱機一樣，也需要消耗能量．例如一個成人參加一次長跑，身體消耗的能量為6.6×10⁶ J，這些能量需要完全燃燒________kg的干木柴才能得到(干木柴的熱值為1.2×10⁷ J/kg)．

閱讀文章，回答文后的問題：

永　動　機

　　人們在長期的生活和生產(chǎn)中認識到，人類的生存和發(fā)展離不開能源．人們是多么渴望生產(chǎn)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(shè)計方案：輪子中有一個轉(zhuǎn)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(shè)計者認為右邊的球與左邊的球離軸遠些，因此，右邊的球產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩要比左邊的球產(chǎn)生的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動下去，并且?guī)訖C器轉(zhuǎn)動．但事實上并未實現(xiàn)不停息的轉(zhuǎn)動．仔細分析一下就會發(fā)現(xiàn)，雖然右邊每個球產(chǎn)生的力矩大，但是球的個數(shù)少，左邊每個球產(chǎn)生的力矩小，但是球的個數(shù)多．于是，輪子不會持續(xù)轉(zhuǎn)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(shè)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(xué)家開始懷疑制造永動機的可能性．1775年，法國科學(xué)院決議不再受理永動機的設(shè)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(xiàn)是由于某一普遍定律的限制，而這條定律至今還沒發(fā)現(xiàn)．因此，它啟示人們不再為設(shè)計永動機而煞費苦心，轉(zhuǎn)而致力于這一未發(fā)規(guī)定律的挖掘工作．

　　17～18世紀，經(jīng)典力學(xué)中已蘊涵著機械能的轉(zhuǎn)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(zhì)說，提示了機械能與物體內(nèi)能變化的關(guān)系．1800年發(fā)明了電池，不久又發(fā)現(xiàn)了電流的熱效應(yīng)、磁效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)及電磁感應(yīng)，科學(xué)家們進一步展示出了自然界不同現(xiàn)象的相互聯(lián)系、相互轉(zhuǎn)化的圖景．在其他方面，如生物學(xué)發(fā)現(xiàn)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(xué)能有關(guān)．這一切，都為能量守恒發(fā)現(xiàn)做了必要的準備．19世紀40年代，不同國家的十幾位科學(xué)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(chǎn)生，能量有各種不同的形式，可從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)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(jīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)做功，也是一種永動機．然而，在大量實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，英國物理學(xué)家開爾文于1851年提出一條新的普遍原理：物質(zhì)不可能從單一的熱源吸取熱量，使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ划a(chǎn)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(xiàn)．

(1)人類夢想制造的永動機有哪幾類？為什么都沒有實現(xiàn)？

(2)下圖是兩位發(fā)明家自制的永動機模型．你能否和其他同學(xué)討論一下，它們能“永動”嗎？

(3)人們?yōu)槭裁礋嶂杂诎l(fā)明與制造永動機？

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閱讀與思考．

21世紀——核能時代

　　21世紀，能源問題是首先要解決的問題之一，隨著人口的增加和經(jīng)濟的發(fā)展，能源的消耗量飛快地增長．從目前的消耗量計算，石油還能采50年，煤最多能采100多年．若全世界均按美國和加拿大的耗能水平(人均耗煤8.4噸/年)計算，即使人口增長率為零，地球上的煤也只能維持30多年，而石油和天然氣只能維持10幾年．

　　雖然地球上還有其他形式的能源，如太陽能、風(fēng)能、地熱能、水能等，但與煤和石油相比微不足道，不能滿足人類的需要．相比之下，核能是解決能源危機的一個最有效的途徑．核能是地球上儲量最豐富的能源．又是高度密集的能源．它的效率是驚人的，1 kg核燃料所釋放的能量相當于2 500 t煤或2 000 t石油．而且，核裂變發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成熟，它有其無法取代的優(yōu)點．首先，是地球上核燃料資源儲量豐富，已探明的礦至少有460萬噸，可供人類使用200多年；其次，核能發(fā)電比較經(jīng)濟，總的算起來，核電廠的發(fā)電成本要比火電廠低15％～50％；第三，核電是清潔的能源，有利于保護環(huán)境．

　　所以，21世紀是核能發(fā)電的大發(fā)展時期．氫是一種很有前途的新的“二次能源”．液態(tài)氫已被用來作為人造衛(wèi)星和宇宙飛船中的能源，但困難是不能大量制取．其原因是目前制取氫的辦法是以消耗其他能源為代價的．若利用核聚變反應(yīng)則非常有希望解決這一問題．因為海水中含有大量氫及其同位素氘和氚(據(jù)計算，一桶海水中能提取的氘的能量相當于300桶汽油)．若將海水中所有的氘的核能都釋放出來，它所產(chǎn)生的能量足以提供人類使用數(shù)百億年．

　　然而，實現(xiàn)持續(xù)的可控核聚變，難度非常大．核聚變反應(yīng)的溫度大約需要幾十億度，在這樣的高溫下，氘、氚混合燃料形成高溫等離子態(tài)．這里有許多問題需要解決，如怎樣加熱到如此高的溫度？怎樣盛裝如此高溫度的等離子體？這就是如何約束的問題．

　　目前，世界各國已建造多種類型的試驗裝置200多臺．近年來，設(shè)在英國牛津附近的核聚變裝置完成了一項可控核聚變試驗．在圓形圈內(nèi)，在2億攝氏度下，氘、氚氣體相遇成功爆炸，產(chǎn)生了200 kW的能量，試驗持續(xù)了幾分鐘．雖然這距實際應(yīng)用還有相當大的距離，技術(shù)上也還有許多難題需要解決．但已露出勝利的曙光．預(yù)計到21世紀50年代前后能實現(xiàn)原型示范的可控聚變反應(yīng)．

　　可見，下世紀一旦核聚變能被利用起來，將會使人類徹底擺脫能源危機．我們設(shè)想，到那時，廉價的能源將使21世紀成為一個能量富足的時代，可生產(chǎn)出更豐富更新型的產(chǎn)品，而成本更為低廉．例如，可以從海洋中提取更多有用的元素，像金和鉑，到那時，其價值不再是金錢的象征．那么利用金和鉑耐腐蝕的優(yōu)良特性，來制造耐腐蝕的儲槽、閥門、管道等，可延長其使用壽命而不用頻繁更換．

　　此外，從海水中提取礦物質(zhì)的“核”工廠生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品——蒸餾水，也非常有用，可以通過管道將它們輸送到水源短缺的地方，實施龐大的灌溉計劃，改造農(nóng)田，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的熱量還可以送入城市，用于取暖或作為熱源．核能除了發(fā)電之外，還可以用于煉鋼、推動動力機械、海水淡化處理、建筑物供熱采暖、空調(diào)制冷及熱水供應(yīng)等．

　　低溫核供熱反應(yīng)堆是一種既清潔、經(jīng)濟又安全的理想新熱源．建設(shè)一座20萬千瓦的供熱堆，每年消耗核燃料二氧化鈾僅1 t，它可以為500萬立方米的建筑物供暖．利用核能還可以對海水進行淡化處理，以解決缺水問題．

　　法國已設(shè)計了一種輕小型反應(yīng)堆，功率為10～20萬千瓦，只有10個大氣壓的運行壓力，比較安全．利用堆芯產(chǎn)生的熱量將海水加熱蒸餾，每天可生產(chǎn)8萬立方米淡水，可供15萬人飲用．

　　中子照相已成為一種新的無損檢驗方法，它可以彌補X射線和γ射線照相的不足之處，進行一些它們鞭長莫及的工作．如可以檢驗手機、航天器、火箭等裝置內(nèi)部零件的結(jié)構(gòu)狀況和質(zhì)量，進行考古文物內(nèi)部的無損檢驗等．

　　可以預(yù)計，21世紀是核能與核技術(shù)在醫(yī)學(xué)中廣泛應(yīng)用并取得重大發(fā)展的時代．除了現(xiàn)有的核醫(yī)學(xué)診斷治療技術(shù)之外，中子治療癌癥是比較有前途的方法之一．這是因為許多癌組織對硼有較好的吸收效果，同時硼又有吸收中子的能力，當它被癌組織吸收后，經(jīng)中子輻照，硼－10變成鋰－7，并放出α粒子，α粒子的射線能量較高，可以更有效地殺死癌細胞．

　　例如，日本有一腦癌患者就是利用這種方法治療后，不僅痊愈了，而且還能駕駛卡車，簡直不可思議．在交通運輸領(lǐng)域，核能的利用將使其產(chǎn)生革命性的變革．核能艦船組成的遠洋艦隊可以在水上游弋幾十年而不用補充燃料．如果將反應(yīng)堆做得足夠小，并解決防護問題，到那時，就能生產(chǎn)出核能汽車、核能坦克、核能火車、核能飛機．

　　核能還可作為宇宙飛船的動力，到那時，人們可以到其他星系去旅游．21世紀，人們可以對“老天爺”——天氣發(fā)號施令．人類將充分利用核能與大自然抗衡．到那時，不會因氣候和天氣情況影響飛機的起降，沒有飛機會因機場封凍而不能著陸，因為我們可設(shè)法在飛機水泥跑道下面安裝蒸氣管道．

　　不難預(yù)料，未來的世紀將是科學(xué)技術(shù)日新月異的時代，是人類學(xué)會和自然和諧相處的時代，是經(jīng)濟和文明繼續(xù)高速發(fā)展的時代，也是核能與核技術(shù)全方位應(yīng)用的新時代．未來的核能時代將成為人類歷史上最光彩奪目、最美好的時代．

(李士　中國科學(xué)院核分析開放實驗室)

(1)21世紀存在什么樣的能源危機？為什么說核能是解決能源危機的一個最有效的途徑？

(2)21世紀，核能除了發(fā)電之外，還有哪些方面的應(yīng)用？

(3)人類社會現(xiàn)在所應(yīng)用的能源很多來自千百萬年前埋在地下的植物經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代形成的化石能源(例如：石油、煤)，如果有一天化石燃料枯竭了，你能否想出一些能替代這些化石能源的清潔能源．(至少寫出三種)

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一、選擇題（共30分，每小題2分）

二、選擇題（共6分，每小題3分，全部選對得3分，漏選一項減1分，錯選不得分）

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