2008新沪粤版《第十三章 机械功与机械能》课程资源

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1、2008新沪粤版《第十三章机械功与机械能》课程资源1.焦耳图13-10十八世纪，人们对热的本质的研究走了一条弯路，人们一直没有办法解决热和功的关系的问题，是英国自学成才的物理学家詹姆斯•普雷斯科特•焦耳为最终解决这一问题指明了道路。焦耳1818年12月24日生于英国，他自幼跟随父亲参加酿酒劳动，没有受过正规的教育。青年时期，在别人的介绍下，焦耳认识了著名的化学家道尔顿，向他虚心学习了数学、哲学和化学，这些知识为焦耳后来的研究奠定了理论基础，而且道尔顿激发了焦耳对化学和物理的兴趣。1840年12月，他在英国皇家学会上宣读了关于电流生热的论文

2、，提出电流通过导体产生热量的定律；由于不久楞次也独立地发现了同样的定律，这个定律被称为焦耳-楞次定律。焦耳的主要贡献是他钻研并测定了热和机械功之间的当量关系。这方面研究工作的第一篇论文是1843年发表的。此后，他用不同材料进行实验，并不断改进实验设计，后来他将多年的实验结果写成论文发表在英国皇家学会《哲学学报》1850年第140卷上，其中阐明：第一，不论固体或液体，摩擦所产生的热量，总是与所耗的力的大小成比例。第二，要产生使1磅水（在真空中称量，其温度在50～60华氏度之间）增加1华氏度的热量，需要耗用772磅重物下降1英尺的机械功。他精

3、益求精，直到1878年还有测量结果的报告。他近40年的研究工作，为热运动与其他运动的相互转换，运动守恒等问题，提供了无可置疑的证据，焦耳因此成为能量守恒定律的发现者之一。1852年焦耳和W•汤姆孙（即开尔文）发现气体自由膨胀时温度下降的现象，被称为焦耳-汤姆孙效应。这效应在低温和气体液化方面有广泛应用。他对蒸汽机的发展作了不少有价值的工作，还第一次计算了有关气体分子的速度。1850年，焦耳凭借他在物理学上作出的重要贡献成为英国皇家学会会员。1889年10月11日，焦耳在索福特逝世。后人为了纪念焦耳，把功和能的单位定为焦耳。在去世前两年，焦

4、耳对他的弟弟说：“我一生只做了两三件事，没有什么值得炫耀的。”焦耳的谦虚是非常真诚的，如果他知道了在威斯敏斯特教堂为他建造了纪念碑，并以他的名字命名能量单位，他将会感到惊奇，虽然后人决不会感到惊奇。  2.一些功率和机械效率图13-11液晶显示电子手表耗电功率小于10-5W，飞行中的苍蝇功率约为2×10-5W左右，液晶显示小型电子计算器耗电功率为（0.2-0.3）10-3W，喷气客机的功率为2.1×108W，三峡电站水流功率为1.8×1010W，电动剃须刀的功率大于10W，人的平均功率为35~75W，电风扇的功率为38~65W，家用电熨斗

5、的功率为300~1000W，摩托车的功率为1.6~1.8kW，国产小轿车的功率为55~88kW，国产大客车的功率为66~162kW，推土机的功率为107~147kW，一般机车的功率为1.5kW，万吨级远洋轮船发动机的功率为7.4×103kW，大型轧钢机的功率为3.7×104kW，远程火箭发动的功率为机2×1010kW，脉冲激光器的功率为109kW，新星爆发的功率为1029kW，超新星爆发的功率为1033kW。常见机械的机械效率：起重机40%~50%，滑轮组50%~70%，抽水机60%~80%，一般电梯的机械效率在0.5～0.55左右。3.

6、瓦特与蒸汽机詹姆斯•瓦特是英国著名的发明家，是工业革命时期的重要人物。1736年1月19日，瓦特生于英国格拉斯哥。童年时代的瓦特曾在文法学校念过书，然而没有受过系统教育。瓦特在父亲做工的工厂里学到许多机械制造的知识，后来他到伦敦的一家钟表店当学徒。1763年瓦特到格拉斯大学工作，修理教学仪器，在大学里经常和教授讨论理论和技术问题。瓦特对当时已出现的蒸汽机原始雏形作了一系列的重大改进，发明了单缸单动式和单缸双动式蒸汽机，提高了蒸汽机的热效率和运行可靠性，对当时社会生产力的发展作出了杰出贡献。1785年，他因改进蒸汽机的重大贡献，被选为英国皇

7、家学会会员。他还发明了气压表、汽动锤。后人为了纪念他，将功率的单位称为瓦特。1819年8月25日瓦特在靠近伯明翰的希斯菲德逝世。在瓦特的讣告中，对他发明的蒸汽机有这样的赞颂：“它武装了人类，使虚弱无力的双手变得力大无穷，健全了人类的大脑以处理一切难题。它为机械动力在未来创造奇迹打下了坚实的基础，将有助并报偿后代的劳动。”4.功率的常用单位——马力   马力是工程技术上常用的一种计量功率的单位。在我国工程技术中，通常说的“马力”是指“米制马力”而不是“英制马力”。英国、美国等一些国家采用的是英制马力。在18世纪后期，英国物理学家瓦特（173

8、6—1819）为了测定新制造出来的蒸汽机的功率，他把马力的定义规定为：在1分钟内把1000磅的重物升高33英尺的功。这就是英制马力，用字母HP表示。1英制马力等于550英尺·磅/秒，等于745