一道中学物理题
bobjams 2013-2-16物理
想起当年中学时不懂事,用来给新来的俩实习老师难堪的一道题目。
大家知道,弹簧在压缩时储存了弹性势能。如果这时用线绳把弹簧捆住,弹性势能就被保留在弹簧中。如果剪断线,弹簧就会弹开,弹性势能又转化成了动能。
如果不剪断线,而是把弹簧放入酸液中,假设弹簧完全均匀,线绳完全不会被腐蚀,过一段时间后,弹簧就溶解在酸液中了。
那么弹簧中储存的弹性势能去哪了?
+5  科创币    chaozhou   2013-02-17   爱动脑是好习惯
+25  科创币    佛面   2013-02-17   爱想一些与学习成绩毫无关系的学习问题,这是很可贵的,
来自:数理化 / 物理
zgtyflyj
8年3个月前
1楼
我觉得是转化为内能
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inception
8年3个月前
2楼
有本书做了实验发现压缩的弹簧更耐腐蚀。
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dr.lc
8年3个月前
3楼
回 2楼(inception) 的帖子
耐腐蚀吗?!
LC怎么觉得是更易被腐蚀。。能量越低越稳定,越高越易反应么。。。

转化成化学能吧。。。
猜的猜的,没有根据。。
或者说根据就是“宅男的直觉”。。。[s:230]
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inception
8年3个月前
4楼
回 3楼(dr.lc) 的帖子
那本书上是这么说的,但我怀疑这微小的变化难道看的出来?
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一撮风雨急
8年3个月前
5楼
酸的话,相当于把弹簧肢解了,应当是转换成动能,一点一点释放吧。内能,不太可能
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孟祥轩
8年3个月前
6楼
转化为其他形式的能量了!!能量即不会被消灭也不会被创生只是从一种形式转化为另一或多种能量
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zgtyflyj
8年3个月前
7楼
我思考后改一下 ,感觉是动能
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bobjams作者
8年3个月前
8楼
请说明分析过程和具体结论。
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zgtyflyj
8年3个月前
9楼
腐蚀的同时应该会放更多的热
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power_rdx
8年3个月前
10楼
先说结论:转换成酸液的热能。

然后开始分析,一步一步来。
首先,弹簧被压缩,产生形变。从微观角度分析,组成弹簧的金属原子之间,一部分间距被压缩,一部分间距被拉长,原子间的引力和斥力造成了宏观上的弹力。
然后,放进酸液。依然从微观考虑,金属原子间的作用力保持着弹簧的宏观外形,而酸液破坏了原子结构,于是储存在原子之间的力量在被酸液破坏的瞬间释放出来,使得原子(被腐蚀后变成离子)进入酸液时拥有更高的初速度
最后,以较快速度运动的离子被酸液减速,动能通过摩擦转化为热能
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ncy
8年3个月前
11楼
腐蚀过程中动能就会被逐步释放
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pl_014
8年3个月前
12楼
个人看法:弹簧储存的弹性势能可以认为是各分子间所增加的弹性势能的总和,弹簧被酸液腐蚀时,分子的势能释放出来,转换为分子的动能,撞击其它分子,从而在宏观上转换为内能。
话说这个问题出的太有水平了。
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radio
8年3个月前
13楼
有几种 可能,一种是腐蚀到某种程度是突然断开,弹簧的势能变成动能(类似拉紧的橡皮筋断掉)然后被酸液摩擦减速,变为内能,还有一种,就是腐蚀到一定细的时候不足以支持原来的力,然后超出弹性范围,变为内能
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bosina
8年3个月前
14楼
同意10楼的分析意见。
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l2930
8年3个月前
15楼
取自百度百科:"金属键"
        金属键(metallic bond)是化学键的一种,主要在金属中存在。由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力组合而成。由于电子的自由运动,金属键没有固定的方向,因而是非极性键。金属键有金属的很多特性。例如一般金属的熔点、沸点随金属键的强度而升高。其强弱通常与金属离子半径成逆相关,与金属内部自由电子密度成正相关(便可粗略看成与原子外围电子数成正相关)。

        ⑵当金属晶体受外力作用而变形时,尽管金属离子发生了位移,但自由电子的连接作用并没变,金属键没有被破坏,故金属晶体具有延展性。
==================================================================================
弹簧压缩,导致金属晶体中原子间距改变,
未被破坏的金属键即会产生将原子拉回原位的力
宏观下表现为弹簧压缩而产生的弹力,
如果外力过大,金属键将无法承受,
金属键被破坏,弹簧将出现非弹性形变

[hr]
额..矛盾了..纠正一下..
金属键被破坏将会导致金属晶体开裂...
非弹性形变是金属晶体中原子之间受到外力而偏离原位,
但偏移的程度没有达到使晶体变形的程度,即没有发生延展
这时候驱使原子回到原位的力就表现为宏观弹力
[hr]在题设状态下,化学腐蚀将金属一层层剥离,金属原子即在剥离的过程中脱离金属晶体.
在脱离的过程中,金属键被破坏,或者转换为动能,或者转换为热能,
这些能量是否会进行更多转换,取决于溶液的状态..

个人见解,欢迎更多的分析意见.
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bobjams作者
8年3个月前
16楼
呵呵,谢谢大家的积极回复,也谢谢几位给加分的朋友。

几位朋友分析得很准确透彻,得到的答案自然是准确的:由弹性的产生机理分析,弹性势能导致溶解过程中微粒的运动速度加快,弹性势能变成了热能,也就是内能。
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相对论万岁
8年3个月前
17楼
我在某书上找到了答案……
答案是化学能和机械能
实验证明
压缩的弹簧在酸液中更耐腐蚀,
书上原文:
这种实验已经有人做过了
把一片钢片弯曲后夹在两根玻璃棒中间,向缸内注入硫酸………………
然后在完全相同的实验条件下,把同样长度的钢片不加弯曲的浸入硫酸。
结果是没有张力的钢片溶解所需时间短。
………………这无疑证明,用来弯弹簧的能中,一部分转化为化学能,另一部分转化为弹簧弹开时运动部分的机械能…………
另外问一下,同理
我把一捆木头从楼下搬到楼顶,点燃烧掉
这部分能量到那里去了?
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power_rdx
8年3个月前
18楼
回 17楼(相对论万岁) 的帖子
有个疑问。书上说“因为弯曲的钢片更耐腐蚀”所以“有一部分能量转化为化学能”,请问两者的必然联系在哪里?“耐腐蚀”只能说明反应速度变慢,而无法证明释放出更多化学能。
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dr.lc
8年3个月前
19楼
回 18楼(power_rdx) 的帖子
事实上根据能量最低原理,应当是能量越低越稳定吧。。。
反应速率慢→较为稳定→能量较低
这与16L提出的能量升高不符合啊。。。

而且就算转为化学能,貌似也跟铁片没神马关系了吧。。金属变成盐类,不还是得把多余的能量释放出来?
然后化学能转化成了内能。。。
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dr.lc
8年3个月前
20楼
回 17楼(相对论万岁) 的帖子
从海平面把木头搬到十楼,木头的重力势能的确在升高,此时木头的总能量可以近似看为是 重力势能+化学能
因为化学能在这里没有神马变化,所以影响它的只有重力势能
OK,一把火过后,我们把木头烧完的产物中“属于木头的部分”叫做灰烬(产物中还有属于氧气的部分)
木头的部分的化学能转化为内能,但木头(或者叫灰烬)还在十楼放着,它的重力势能没有变化
所以灰烬的总能量可以近似看为是 重力势能+化学能+内能
其中 灰烬的化学能+内能=木头的化学能  灰烬的重力势能=木头的重力势能
so,能量仍旧相等
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bobjams作者
8年3个月前
21楼
回 20楼(dr.lc) 的帖子
分析的方向正确,但是忽略了不该忽略的东西。
1、化为灰烬后,从物质的角度看,木头变成了灰烬(如果燃烧完全,灰烬基本上是无机物和无机物的氧化物;如果燃烧不完全,那么还包括一些木炭、焦油等无机物)和二氧化碳、二氧化硫等气体释放。这个过程中空气中的一部分氧元素参与进来,所以反应后产物的总质量大于木头原本的质量。反应前后的质量变化是(M木头+M氧气=M灰烬+二氧化碳+其他废气)。

2、从能量角度看,高楼上的木头包含了本身的化学能+重力势能,化学能在反应过程中变成了热能、光能释放,而重力势能一部分被释放的气体带走,一部分被灰烬保留。反应前后的能量变化是(E木头的化学能+E木头的内能+E木头的重力势能+E参与反应的氧气分子的内能+参与反应的氧分子重力势能=E灰烬的内能+E灰烬的重力势能+E反应后的气体的内能+E反应后的气体的重力势能)

3、不过,由于整个反应过程中,系统不是封闭的,参与物质交换和能量交换的物质很多,前面只是列出了主要部分。另外如楼板被加热、未参与反应的空气也参与了热交换等无法过细考虑。

4、从这个例子的分析不仅可以从物质守恒、能量守恒等角度获取物理知识,还可以理解封闭系统和开放系统的区别、以及在物理化学过程分析中如何区分主次,从不同角度考虑时如何抓取主要因素而忽略次要因素。
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dr.lc
8年3个月前
22楼
回 21楼(bobjams) 的帖子
其实LC的意思是只讨论“木头的部分”。。
就是把CO2中的氧原子剥离,只讨论碳原子。。
当然了,划定一个封闭系统也是可以的,但LC觉得那样子去想好麻烦。。。
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相对论万岁
8年3个月前
23楼
回 22楼(dr.lc) 的帖子
书上说的是:木柴燃烧时,产生的烟雾向上飘
它一开始就具有高度
这时的“重力势能”正好是你搬上楼时消耗的能量
当然,木头的灰烬也有重力势能
两者势能相加,应该等于你搬上楼时消耗的能量!

ps:这本书不是天朝作者写的
别莱利曼作品,中国翻译……
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robinsondong
8年2个月前
24楼
弹簧被压缩有弹性势能,说明分子间距离变化了,并且是变短了,相当于内能升高了,同理内能升高的金属和酸的反应速度要快,所以被压缩的弹簧在酸中分解的速度比没压缩的要快!
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tnthuo
8年2个月前
25楼
很明显变成化学能或内能反应发热散掉一部分
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gengeemc2hv
7年9个月前
26楼
回 17楼(相对论万岁) 的帖子
你那是什么书?可不可以分享一下?[s:274][s:274] [s:271]  [s:271]
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whqida
7年7个月前
27楼
其实捆住弹簧的 "线绳",不也是一根弹簧吗?
"线绳"在束缚住弹簧的同时,其自身也获得了势能,弹簧被酸液腐蚀掉的一瞬间,弹簧的势能转换为"线绳"恢复形变的动能。
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liy
7年6个月前
28楼
转化为弹簧金属原子动能来与酸进行充分的化学反应,运动中产生化学能和热能(有可能反应吸热)
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