Question

過去幾百年來許多人一直致力于發明一種永動機，包括偉大的科學家牛頓，但都以失敗告終．近幾年來，科學家發現某種合金具有“形狀記憶功能”：如果在較低溫度時將它彎曲成某一形狀，然后加熱到較高溫度時再彎曲成另一形狀，那么當降低到原來較低溫度時，它就會自行恢復到低溫時的形狀．現用它制成如圖所示的裝置：在可繞圓心O轉動的均勻輕質圓盤上，安裝一個用形狀記憶合金做成的螺旋圈，它們在溫度低時收緊、溫度高時放松．實驗表明：當把該圓盤的下半部分浸在盛有一定量熱水的水槽中時，只要給圓盤一個起始轉動的力，圓盤就能克服摩擦和水的阻力連續轉動起來．這不就是一個可以不消耗能量的“永動機”嗎？
（1）你認為上述裝置是否可以看成一個“永動機”呢？為什么？
（2）根據上述形狀記憶合金的特點，發揮你的想象力，提出一個應用形狀記憶合金的設想．

Answer 1

【答案】分析：自然界中的能量是守恒，它既不會消滅，也不會創生，但由于能量的轉化或轉移具有方向性（如水只能從高處流向低處；熱量只能從高溫物體傳向低溫物體），所以無法制造“永動機”．
根據形狀記憶可用于設計因溫度的高低變化而引起的現象中，如電路中合金位置的不同會改變用電器的斷開或閉合．
解答：解：（1）由于能量的轉化或轉移具有方向性，如果不給它提供熱水，消耗熱能（或者如果熱水變成了冷水），它也就不轉了，因此永動機違背了能量守恒定律．
（2）可類比上述應用，用形狀記憶合金制作一個“警示鈴”，安裝在電器內易發熱的元件附近，但溫度過高時記憶合金就恢復高溫時的形狀，斷開電路；溫度降低時，恢復低溫時的形狀，接通電路．或用記憶合金制做一個“窗簾開關”．白天溫度升高時，記憶合金就恢復高溫時的形狀，拉開窗簾；夜晚溫度降低時恢復低溫時的形狀，關閉窗簾．（本題屬開放題，只要符合題意均可）．
故答案為：（1）不可以，熱水不可能一直維持一定的溫度，如果要維持一定的溫度，就必須消耗其他形式的能，因此，記憶合金盤的轉動仍是由其他形式的能轉化而來．
（2）用形狀記憶合金制作一個“警示鈴”，安裝在電器內易發熱的元件附近，但溫度過高時記憶合金就恢復高溫時的形狀，斷開電路；溫度降低時，恢復低溫時的形狀，接通電路．或用記憶合金制做一個“窗簾開關”．白天溫度升高時，記憶合金就恢復高溫時的形狀，拉開窗簾；夜晚溫度降低時恢復低溫時的形狀，關閉窗簾．
點評：本題的解題關鍵是知道能量在轉化過程中具有方向性，同時轉化過程中會有能量的損失，如果不補充能量，將不能永遠循環．