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在初三物理比热这节课上,老师按课本装置演示了一个实验。100 克水
和 100 克煤油分别在酒精灯上同时加热。煤油的温度升得比水高,得到的结
论是:质量相同的不同物质,吸收相等热量升高温度是不相同的。
该实验装置,很难说明两只酒精灯在相同时间里供给的热量是相等的。
因此,我对这个装置进行了改进:把两只烧杯改成两只大试管,装入同质量
的煤油和水后同时放入 100℃的沸水中。我想,温差是一样的,这样会提供
相同的热量,可以使实验更准确。令人奇怪的是,实验结果不是煤油温度上
升快,与课本实验结论完全相反,我迷惑了!究竟是什么原因呢?我决定去
问老师。
老师沉思了许久,用鼓励的口气对我说:“你发现的问题很有意义。要
解决这个矛盾,看来要从两个方面去考虑,其一是物质的本性,其二是热传
递方式。”并答应和我一起探索这个有趣的问题。
[在老师的辅导下,经过重复实验,并通过科学的分析,终于确定了研究
课题和探索方向。]
传导与对流哪一种为主?
热传递的方式有传导、对流、辐射三种形式,课本上实验中的热传递既
有对流又有传导,传导面积较小,主要靠对流。我设计的水浴装置主要靠传
导。是不是由于热传递的主要方式不同而导致了相反的结果呢?为什么热传
递的主要方式不同,就会出现相反的结果呢?
我查阅了多方面的资料,知道水的热传导系数是 k= 0.00143 卡/厘
米·秒·度,而煤油的热传导系数是 k= 0.00039 卡/厘米·秒·度。就是说,
在温差、传导面积和时间都相同的条件下,水传导的热量接近煤油传导热量
的 4 倍。水的比热恰是煤油比热的 2 倍,水的升高温度当然是煤油升高温度
的 2 倍了。
推理方式如下:
Q =m C △t
水 水 水 水
Q △t
煤油 =m C
煤油 煤油 煤油
Q 为吸收的热量,C 为比热,△t 为温度变化量
水浴实验中,试管上下温差极小,对流很小,吸热以热传导为主。
Q水 4
所以 =
Q煤油 1
C水 2
=
C煤油 1
△t水 = Q水 Q煤油 4 × =
1 2
× =
△t煤油 Q煤油 Q水 1 2 2
这与水浴实验结果相符,我欣喜若狂,把自己的研究告诉了老师。老师
肯定了我的论断。
验证
我采用新的装置,重做上面的实验,仔细观察水和煤油中的小气泡,确
实看到了明显的对流,这时煤油上升的温度也比水上升的温度高。到此为止
证明了不管是酒精灯加热还是水浴法加热,只要是传导为热传递的主要方
式,那么同质量的水温度升高要比煤油大,原因是水的导热系数比煤油大得
多。相反,只要是对流为热传递的主要方式,那么通常煤油要比水温升高得
快些。但在以对流为热传递主要方式时,传导的作用还是不可忽视的。
这一次关于热传递问题的探索看来仅仅是我学习物理的开始,很多问题
的分析可能是十分肤浅的。但我相信这是一个好的起点。
[综评:不迷信书本权威,敢于提出问题、发现问题就很不容易,再运用
科学的思维方法和实验方法解决问题更不是简单的事。运用精确的语言,简
明的因素,演算处理实验数据并进行分析实验中观察到的现象,是科学的,
正确的。
作者按发现问题、分析问题、解决问题这一惯常的思维方式,把问题阐
明得较为清楚。严谨的科学运用,推理演算简明扼要,避免了叙述的啰嗦和
不准确,值得我们借鉴。
动物起源
生命的起源
地球上存在着形形色色、种类繁多的生物。有人估计,植物有 30 多万种,
动物有 150 多万种,微生物有 10 多万种。但是地球上还有不少地区,诸如严
寒的极地和高山、热带的丛林、荒芜的沙漠、较深的海洋,其生物调查还很
不全面。随着生物学的发展,逐年都有新种发现,每年植物能发现 5000 个新
种,动物能发现 10000 个新种及亚种。所以又有人认为,植、动物合计 180
万种的估计数字偏于保守,地球上现存的生物至少应有 400~500 万种。这么
丰富多彩的生物是怎样起源的呢?关于这个问题,历史上出现过各种错误的
解释,有主张一切生物来自神创的“神创论”;有认为生物是由某种“活力”
的激发而产生于死物的“活力论”或“自生论”;有提倡“一切生命来自生
命”,认为地球上的生命是宇宙空间其他天体飞来的“宇宙生命论”;还有
坚持生物只能由同类生物产生的“生源论”等等。可是随着辩证唯物主义宇
宙观的发展和自然科学的进步,实践和理论都已证明了这些观点的误谬,并
对它们进行了批判。
恩格斯曾经提出:“生命的起源必然是通过化学的途径实现的。”我们
已知道化学分无机化学和有机化学两种,生命是有机质,必然是通过有机化
学实现的。目前,探索生命起源的科学家们通过生物学、古生物学、古生物
化学、化学、物理学、地质学和天文学等方面的综合研究,证明了恩格斯这
一预见的正确性。大量研究成果说明,生命是由无机物经历了漫长时间而发
展产生的,自从生命在地球上出现了以后,又经历了几十亿年的时间,才由
生命逐渐发展成为生物界。生物界发展的历史是与地球发展的历史密切相
关、不可分割的。
宇宙大爆炸产生了宇宙后,银河系、太阳系、地球相继形成。当地球这
个星体稳定后渐渐冷却,地表开始划分出了岩石圈、水圈和大气圈。那时大
气圈中没有氧气,宇宙紫外线辐射是产生化学作用的主要能源,化学反应就
在这样的条件下不断地进行着。由于缺氧,合成的有机分子不会遭受氧化的
破坏,得以进化出具有生命现象的物质,最终产生了生命。生命的产生过程
可以概括为四个阶段:
(1)原始海洋中的氮、氢、氨、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氯化氢、
甲烷和水等无机物,在紫外线、电离辐射、高温、高压等一定条件影响和作
用下,形成了氨基酸、核苷酸及单糖等有机化合物。科学家们所做的模拟试
验也表明,无机物在合适条件下能够变成有机物。
(2)氨基酸、核苷酸等有机物在原始海洋中聚合成复杂的有机物,如甘
氨酸、蛋白质及核酸等,被称为“生物大分子”。
(3)许多生物大分子聚集、浓缩形成以蛋白质和核酸为基础的多分子体
系,它既能从周围环境中吸取营养,又能将废物排出体系之外,这就构成原
始的物质交换活动。
(4)在多分子体系的界膜内,蛋白质与核酸的长期作用,终于将物质交
换活动演变成新陈代谢作用并能够进行自身繁殖,这是生命起源中最复杂的
最有决定意义的阶段。技术改造构成的生命体,被称为“原生体”。
这种原生体的出现使地球上产生了生命,把地球的历史从化学进化阶段
推向了生物进化阶段,对于生物界来说更是开天辟地的第一件大事,没有这
件大事,就不可能有生物界。
但值得一提的是:有生命的原生体是一种非细胞的生命物质,有些类似
于现代的病毒,它出现以后,随着地球的发展而逐步复杂化和完善化,演变
成为具有较完备的生命特征的细胞,到此时才产生了原核单细胞生物。最早
的原核单细胞细菌化石发现是在距今 32 亿年前的地层中,那就是说非细胞生
命物质出现的时间,还要远远地早于 32 亿年以前。
单细胞的出现,使生物界的进化从微生物阶段发展到了细胞进化阶段,
这样,生物的演化过程又登上了一个新台阶,在此基础上演化就分成了两支,
分别朝着植物和动物方向发展。32 亿年以后,几百万种形态各异的、但均以
细胞为基础单位的生物就充满在地壳的海、陆、空领域之中了。
动植物的分化
动物和植物差别很大,植物是