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1、分析常見幾種有趣的“永動機” 我們知道，永動機有兩類：不消耗能量而能永遠對外做功的機器，它違反了能量守恒定律，故稱為“第一類永動機”。在沒有溫度差的情況下，從自然界中的海水或空氣中不斷吸取熱量而使之連續(xù)地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的機器，它違反了熱力學(xué)第二定律，故稱為“第二類永動機”。在人類科學(xué)發(fā)展史上曾出現(xiàn)過無數(shù)的學(xué)者進行開發(fā)“永動機”，其中不乏很多科學(xué)家，下面列舉幾種有趣不可實現(xiàn)的永動機?！ ∫弧⒅亓Α坝绖訖C” 例1文藝復(fù)興時期，意大利的達芬奇設(shè)計了如圖1所示的裝置。他設(shè)計時認為，在輪子轉(zhuǎn)動過程中，右邊
2、的小球總比左邊的小球離輪心更遠些，在兩邊不平衡的力矩作用下會使輪子沿箭頭方向轉(zhuǎn)動不息，而且可以不斷地向外輸出能量。但實驗結(jié)果卻是否定的。達·芬奇敏銳地由此得出結(jié)論：永動機是不可能實現(xiàn)的。下列有關(guān)該裝置的說法中正確的是（） A．如果沒有摩擦力和空氣阻力，該裝置就能永不停息地轉(zhuǎn)動，并在不消耗能量的同時不斷地對外做功． B．如果沒有摩擦力和空氣阻力，忽略碰撞中的能量損耗，給它一個初速度，它能永不停息地轉(zhuǎn)動，但在不消耗能量的同時，并不能對外做功． C．右邊所有小球施加于輪子的動力矩并不大于左邊所有小
3、球施于輪子的阻力矩，所以不可能在不消耗能量的同時，不斷地對外做功． D．在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)比較發(fā)達的今天，這種裝置可以永不停息地轉(zhuǎn)動，在不消耗其它能量的基礎(chǔ)上，還能源源不斷地對外做功． 解析：該設(shè)計中，當(dāng)輪子轉(zhuǎn)動時，雖然右邊的小球總比左邊的小球離輪心更遠些，但是右邊小球的個數(shù)總比左邊的少，實際上右邊所有小球施加于輪子的動力矩等于左邊所有小球施于輪子的阻力矩，輪子在不受到外力作用時將保持平衡狀態(tài)．如果沒有摩擦力和空氣阻力，且忽略碰撞中的能量損耗，給輪子一個初速度，輪子就能依靠慣性永不停息地轉(zhuǎn)動。故正
4、確答案為BC?！ 《L(fēng)力“永動機” 例2利用牛頓第三定律，有人設(shè)計了一種交通工具，如圖2所示，在平板車上裝了一個電風(fēng)扇，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動時吹出的風(fēng)全部打到豎直固定在小車中間的風(fēng)帆上，靠風(fēng)帆受力而向前運動，對這種設(shè)計，下列分析中正確的是（） A．根據(jù)牛頓第二定律，這種設(shè)計能使小車運行 B．根據(jù)牛頓第三定律，這種設(shè)計能使小車運行 C．這種設(shè)計不能使小車運行，因為它違反了牛頓第二定律 D．這種設(shè)計不能使小車運行，因為它違反了牛頓第三定律 解析：風(fēng)扇吹出的風(fēng)對風(fēng)帆有向前的作用力，風(fēng)又給風(fēng)扇一個向后的
5、作用力，因此對于整個裝置而言，作用力和反作用力都是內(nèi)力，小車不會運動，故選D． 三、浮力“永動機” 例3有人設(shè)計了如圖3所示的“浮力永動機”。永動機的傳動繩上均勻地固定了許多密度小于水的小球，容器底部的管道內(nèi)徑與小球直徑相等，并為光滑配合。設(shè)計者認為，左邊容器里的小球受到浮力的作用向上運動，管道中的小球也將被帶著向上運動，一旦這個小球要升出管道，其下的一個小球就會進入管道而不使水漏出，因此永動機將永不休止地順時針轉(zhuǎn)動。找一只塑料瓶，把瓶底去掉，倒置。再取3至4只乒乓球，用一根線從它們的直徑穿過
6、，均勻地分布于線上，并用膠水粘牢。按圖4所示把線的上、下端固定，在容器中注滿水，然后把線的下端剪斷，看看這些球是否能在浮力的作用下向上運動？正確分析和解釋你所見到的現(xiàn)象，這種永動機的荒謬之處也就揭露出來了。 解析：這種浮力永動機像所有的“永動機”一樣是不可能工作的。浮力是依靠上下壓力差形成的，如圖5所示，設(shè)小球體積為，球1、球2所受的浮力為，而球3呢？它的上壓強為，它的下壓強。故：圓柱．即等于以小球中心截面為底的，以h3為高的圓柱所排開的水受的重力．很顯然，F(xiàn)1＋F2不會大于F3，整個系統(tǒng)將向下
7、運動，直到容器中的水流完為止?！ ∷摹⒋帕Α坝绖訖C” 例417世紀70年代，英國捷斯特城的主教約翰·維爾金斯設(shè)計了一種磁力永動機，其結(jié)構(gòu)如圖6所示，在斜面頂端放一塊強磁鐵M，斜面上、下端各有一個小孔P、Q，斜面下有一個連接兩個小孔的彎曲軌道。維爾金斯認為：如果在斜坡底放一個鐵球，那么在磁鐵的引力作用下，鐵球會沿斜面向上運動，當(dāng)球運動到P孔時，它會漏下，再沿著彎曲軌道返回到Q，由于這時球具有速度可以對外做功。然后又在磁鐵的吸引下回到上端，到P處又漏下，對于這個設(shè)計，下列判斷中正確的是（） A．滿
8、足能量守恒定律，所以可行 B．不滿足熱力學(xué)第二定律，所以不可行 C．不滿足機械能守恒定律，所以不可行 D．不滿足能量守恒定律，所以不可行 解析：在這個實驗中，如果把上面的磁鐵取走，則小球第一次從上面的P孔掉下來，對外做功后，小球就不能再回到P孔，小球之所以能對外做功，是依靠磁鐵不斷對小球做功，所以這個設(shè)計違背了能量守恒定律，所以是不可行的，選項D正確?！ ∥?、電場“永動機” 例5有人設(shè)計了一種如圖7所示的機器：兩根相互垂直的剛性絕緣細桿，相交于桿的中點，位于豎直平面內(nèi)，桿
