能量转化和守恒定律是许多科学家经过长期探索才建立起来的,是科学史上重大发现之一。
材料一十七至十八世纪, 多位科学家对能量的量度提出了不同的观点:1644年,笛卡尔用物体的质量和其速度的乘积来量度;1686年,莱布尼兹用物体的质量和其速度平方的乘积来量度;1743年,达朗贝尔用“活力”(即物体受力作用通过一定距离)来量度。
材料二温度计不断改进给热与功研究精确化准备了必要条件。
材料三焦耳通过400多次的实验,于1849年精确地测定了热功当量关系的数值(相当于单位热量的功的数量即1卡(热化学卡)=4.1840焦耳),这一数值与现代公认值非常接近,为能量守恒定律的确立奠定了定量的实验基础。如图所示是焦耳研究热功当量关系的一个实验装置,通过重物的上下运动,带动叶片转动,通过做功使水的内能增大。实验中焦耳测得的数据如下:小配重重力G小=100牛,大配重重力G大=520牛,每升降一次配重各自移动的距离h=1米,热量计中水的质量m=500克(C水=4.2×103焦耳/千克)。升降次数与水温变化的关系如表:
升降次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
温度变化/℃ | 0.2 | 0.39 | 0.59 | 0.78 | 0.98 | 1.18 |