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热学小实验

热学小实验

防雾玻璃
取一片洁净干燥的玻璃片,在中间部位均匀地涂一薄层洗净剂,将涂有
洗净剂的一面朝下,放在盛有开水的暖瓶口上方。过几秒钟后,拿起玻璃片
一看,就会发现,没有涂洗净剂的部位布满小水珠,雾茫茫的;而涂有洗净
剂的部位却没有小水珠,仍然是透明的(如图)。
水蒸气遇冷会在玻璃片上凝结成许多小水珠,这些小水珠在表面张力的
作用下收缩成半球形或球形,使光线散射,所以看上去雾茫茫的。洗净剂能
降低水的表面张力,使水蒸气不能凝结成小水珠,而紧贴玻璃形成一层均匀
的水膜,所以看上去仍是透明的。
现在市场上出售的玻璃防雾剂,就是根据这一原理制成的。如果把镜片
涂上这种防雾剂,冬天戴着眼镜去盛汤,镜片上就不会雾茫茫的了。

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干湿温度计

拿两支温度计,用棉花球把其中一支的下端液泡包住,再用水或酒精把
棉花球浸湿,过一会儿,你会看到裹湿棉花的温度计显示的温度比另一支低。
液体会蒸发变成气体,温度降低说明蒸发时从周围吸收了热量,可见蒸
发有致冷的作用。你在皮肤上擦一些酒精,会觉得特别凉,就是因为酒精蒸
发时带走了那个地方的热量。

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自己会走的杯子

找一块玻璃板,放在水里浸一下,然后一头放在桌上,另一头用几本书
垫起来(高度5~6 厘米)。将一只玻璃杯,杯口沾些水,倒扣在玻璃板上(如
图)。这时,手拿点着的蜡烛去熏烧杯子的底部,你就会惊奇地发现:咦!
玻璃杯竟会自己往下走去。这是怎么回事呢?原来,当烛火熏烧杯底的时候,
杯内的空气渐渐受热膨胀,要往外挤。但是,杯口是倒扣着的,又有一层水
将杯口封闭,热空气跑不出来,只能将杯子顶起。在自身重量的作用下,就
自己下滑了。

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铁圈下蛋

把一个没吹足气的小气球,放入铁圈,气球会落下来。把这个气球放进
一盆热水中,泡一下后,再放在铁圈上,却掉不下来了(如图)。可是,过
了一会儿,球又掉了下来。
这个气球由小变大再变小,你知道是什么道理吗?原来是热胀冷缩的原
理。气球里的空气受热后膨胀使球变大,后来空气慢慢变冷,球就又变小了。

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巧化糖块

找两颗同样的水果糖,两杯冷水。将一颗糖扔入一杯水中,它很快就会
沉底;把另一颗糖用线绳拴住,吊在另一杯水中间,仔细观察,两颗糖哪个
溶化得快?吊在水中间的几分钟就化完了,而沉底的那个才化了一小部分。
有趣的是,在吊糖的那个杯子里,下半杯浑浊的糖水和上半杯透明的清水,
界线竟非常鲜明!
你还可以改变糖的高度继续做这个实验,你会发现,糖吊得越低,溶化
速度越慢,糖吊得越高,溶化速度就越快。
糖在水中的溶解,一靠扩散,二靠对流。冷水温度较低,扩散的作用不
明显,所以沉入水底的糖不容易溶化。而吊在水中的糖,由于糖水比清水重,
糖水下沉,清水上升,形成对流,糖的位置越高,水对流的范围越大,糖就
越容易溶化。

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手帕烫不坏

手帕真的不会被烫坏?如果不放心,你可以找一条旧的手帕来做这个实
验。
把手帕摊平,放入两枚壹圆硬币后用手攒紧。现在你可以拿燃着的烟头
或卫生香去揿烫手帕包有硬币的部分,时间不能过久(如图)。
结果手帕没有被烫坏。这是因为金属的导热性相当好,烟头接触到手帕
后,热量很快被硬币分散,使手帕不会被烫坏。如果接触的时间久了,热量
不能得到很好的散发,手帕也会被烫焦甚至烫穿。

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无齿锯

找一根细铁丝和一块冰。把冰架起来,用两手拉着铁丝在冰上像拉锯似
地来回锯,看,铁丝从冰块的一端切进去,又从另一端脱出来(如图)!
原来,铁丝和冰的摩擦在这里起着重要的作用。摩擦产生的热量,使冰
块在被切割的地方融化成水,因而铁丝能在冰块中缓慢地移动。

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“水”瞬息结冰

常言道:“冰冻三尺,非一日之寒”。这话是有一定的科学道理的。可
是,在化学的小天地里,就有办法来打破这个常规,使“水”瞬间结冰。下
面我们做个小实验来加以证明。
向一支盛满“清水”的大试管中放入一粒砂子般的晶体,一眨眼的工夫,
整个试管里的“水”就结成了晶莹的冰块,倒也倒不出来(如图)。
原来,试管里的水,是事先经过特别处理的水,即用水和十水硫酸纳按
1∶1.5 的比例配好,加热后,使十水硫酸钠完全溶解于水。放入试管里的砂
子般的晶体是硫酸钠。当试管里的“水”冷却后,放入一粒硫酸钠,试管里
的溶液就会以这颗晶粒下沉所经过的路径为中心,向四周迅速结晶,很快全
部凝结成冰状。
为什么在盛着“清水”的试管内放入晶粒之前,硫酸钠的水溶液总不会
结成“冰”呢?那是硫酸钠分散在溶液里,形成所谓的“过饱和溶液”。过
量的硫酸钠溶液里没有晶种,硫酸钠就像没有根底的浮萍一样,只能到处漂
浮,而不会成晶体析出。(注:十水硫酸钠和硫酸钠化工商店有售)

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蛋白不熟蛋黄熟

取一只小烧杯,在杯中装三分之二杯水,水中放入一个鸡蛋。在水中插
入温度计,用小火慢慢加热调节火焰,使温度控制在70—75℃之间,加热约
5 分钟左右。从烧杯中取出鸡蛋,敲破蛋壳,把鸡蛋倒入一个碗中,就会看
到蛋白仍然是液体,蛋黄已经凝固(注意:温度不能超过75℃,否则实验会
失败)(如图)。
各种物质的凝固点都不相同,蛋白和蛋黄的成分不相同,所以他们有各
自的凝固温度,蛋黄的凝固温度低于75℃,蛋白的高于75℃。

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烧不开的水

将一只盛水的小烧杯放在盛水的大烧杯中。然后用酒精灯加热大杯里的
水,过一会,大杯里的水烧开沸腾了。但奇怪的是,小杯里的水并不沸腾,
无论加热多长时间都烧不开。用温度计量一下,大小杯里的水温相同。
沸腾是液体的一种汽化现象。液体汽化的时候,要吸收热量。大杯子放
在火源上,里面的水可以不断得到热量,不断沸腾。而小杯放在水中,只能
从水中得到热量,即大杯中水的温度升高,小杯中水的温度也升高。当大杯
中水温升高到100℃时,小杯中水温也升到100℃,但大杯中水温升高到100
℃时就沸腾了,它得到的热量都用来汽化了,水温不再升高,这样以来,大
小杯之间不再发生热交换,小杯里的水不能再从大杯里吸收热量,就不会沸
腾。

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黑体的本领

把一个表面光亮的金属盒,放在蜡烛焰上熏黑一部分。然后装上热水(最
好是刚开的水),放在桌面上。再将预先校准的两支温度计(看看它们在同
样环境下示数是否相同),用细线栓好,挂在金属盒的两侧,各距金属盒5
毫米左右,但不要和金属盒接触。一支温度计的玻璃泡对着熏黑的面,另一
支温度计的玻璃泡对着未熏黑的面。过3—5 分钟,观察温度计,你会发现,
对着黑面的那支温度计的示数比另一支的高(如图)。
人们都知道冬天穿着黑色衣服较暖,黑色物体吸收热的本领最强。这个
实验告诉我们,黑体辐射热的本领也最强。这是自然界一条普遍的规律。

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烟灰是什么?

用镊子夹住一个大头针,放到烛火中烧一下拿出来,针上马上就盖上了
一层烟灰,变成一个黑色针。再把黑色针直立地放入火中,烧一会儿移出,
这时我们就会看到,针上的烟灰不见了,针又恢复了原状。
为什么?这说明,乌黑的烟灰是可以燃烧的碳。产生烟灰表明,燃料燃
烧得不充分。

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牛奶冰淇淋

用牛奶和糖做冰淇淋。把它们调和好以后,放入冰箱里冻1—2 个小时。
实验的结果会怎样呢?
也许你满以为会有一盆松软可口的冰淇淋来款待大家,可是摆在面前的
是既不像冰淇淋也不像冰棍的东西,表面是白生生的冰碴,下面的牛奶还没
冻好,一点也不像从街上买来的冰淇淋。
尝一尝上面的冰碴,什么味道?是淡的。这正是我们实验要得到的结论。
为什么上面的冰碴没有甜味呢?原来,水在结冰的时候,有排除“异己”
的倾向。结冰的时候,水分子把糖和牛奶排挤出去了。真正的冰淇淋在生产
过程中是不断搅拌的,如果你也不断搅拌,同样会做出可口的冰淇淋。当然,
很低的温度也是一个条件。
你没去过南极,但是从这个实验中,你能想出南极冰块的味道吗?
海水在结冰的时候,水里面的盐分也会被排挤,向温度高的地方移动。
海水的温度高于冰山上的温度,所以在冻结时,冰中的盐分会向海水移动。
地球的吸引力也是一个重要的因素,冰块里含的盐在重力的作用下会慢慢地
向下移动。所以,南极的冰是淡的。
淡味冰不是一天形成的,而是经年累月,才能慢慢地把其中的盐排出去。
一般一年的冰融成水后,就可以供人饮用,几年后的冰就几乎不含什么盐分
了。

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玻璃纸的怪脾气

取一段长约12 毫米、宽约5 毫米的硬纸片,距离一端15 毫米处扎一枚
大头针,使大头针在针孔内滑动几次,再钉在墙上,另一端剪成尖形,做指
针。
再在硬纸片尾部垂直贴一条长约50—60 毫米、宽约3 毫米的糖果玻璃
纸,使指针水平放置,拉紧玻璃纸,用大头针钉在墙上。
这时候,对着玻璃纸哈热气,指针就会慢慢地下垂,玻璃纸明显地伸长
了;划根火柴烘烤玻璃纸,指针又开始慢慢地上翘,玻璃纸明显地缩短了。
同样是加热,为什么一会儿伸长,一会儿缩短呢?
原来玻璃纸有湿涨干缩性。第一次哈热气是潮湿的,第二次用火烘烤是
干燥的,所以出现了两种截然不同的效果。

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混凝蜡

用牛皮纸卷两个相同的小纸筒(高约100 毫米、直径约10 毫米)。在一
个纸筒中倒入融蜡,另一个纸筒中倒入放有木屑的融蜡。等蜡液凝固之后,
剥去纸皮,就得到一根纯蜡棒和一根充满木屑的蜡棒。用这两根蜡棒分别去
吊重物,可以证明,含木屑蜡棒的强度比纯净蜡棒的强度大。
这是因为木屑本身的强度比蜡大,它在蜡中起了“骨架”的作用。人们
在水泥中加进砂石制成混凝土,不仅节省水泥,而且还能提高强度,道理完
全相同。

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会跳舞的水滴

冬天守在炉子旁边烤火是一件十分惬意的事,炉子上的水壶吱吱地响
着,一会儿水开了,水滴掉在灼热的炉盘上,便飞快地跳起舞来,水滴一面
旋转着一面跳着,就像是有了生命一样。
这种有趣的现象只有在炉盘烧的很热,有些发红的时候,才可能看到。
如果炉盘是温热的,一滴水掉在上面就会迅速地蒸发干,消失的毫无踪迹。
如果你是一个爱动脑筋的人就会立即画上一个大问号,为什么水滴在更
热的炉盘上消失得比温热的炉盘上要慢呢?按说炉盘越热,蒸发得越快!
是不是实验做得有误?你可以反复地进行几次,把同一铁盘烧成不同的
温度,滴上同样温度的水,你总会看到水滴在烧得很热的炉盘上舞蹈,有时
会持续3—4 分钟。科学家对这种现象也感到十分奇怪,他们用高速摄影机拍
摄下水滴舞蹈时的各种姿态,最后发现了水滴跳舞的秘密。原来,当水滴碰
着灼热的铁板的时候,它的下部分立即汽化,于是在水滴和铁板之间形成了
一层蒸汽层,使水滴不能直接挨着铁板,铁板的热是通过蒸汽传到水滴上,
反倒慢了。通过蒸汽加热,使水滴全部变成水蒸气,要用3 至4 分钟的时间,
在这个期间水滴得到水蒸气的保护,因此能在铁板上跳动,而掉在温热的铁
板上的水滴,由于没有蒸汽的保护直接和热铁板接触,反倒蒸发得快,一会
儿就消失了。

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看见空气的办法

我们打开一个盒子,看见里面没有什么东西,就说盒子里是空的,我们
把一杯水渴光了,也说杯子是空的,其实,这样说并不准确,盒子里和杯子
里都充满了空气。
有没有办法看到空气呢?
先说一个简单的方法:将一个玻璃缸或一个水盆里装上水,然后把一个
杯子杯口朝下按在水里,可以看到,只有少量的水能进到水杯里,是什么东
西不让水再进去了呢?是空气!空气占据了杯子里的空间,所以我们“看”
到了空气(图一)。
春天来了,暖暖的太阳照在原野上,照在屋檐上,你看到了什么?
如果你是一个细心人,你会看到田野上、屋檐上似乎有淡淡的影子,袅
袅(niǎo)地上升,这是什么?这就是热空气的影子,也就是说你看到了空
气的影子。
晚上,在桌子上放一个点燃的蜡烛,让它们距墙60 多厘米远,然后把屋
里的灯关掉,站在离墙1—2 米远的地方,打开一个手电筒,使它的光穿过烛
光照在墙上。在蜡烛阴影的上方有一个淡淡的影子不断地摇动,这就是蜡烛
上方热空气的影子(图二)。
空气是如何脱去了它的“隐身衣”的?
原来是因为“热”。在热空气和冷空气同时存在的时候,由于热空气和
冷空气的密度不同,所以,光在热空气中和冷空气中的传播速度不同,在热
空气中稍快一点。对于光来说,冷、热空气就是两种不同的透明物质。光线
行走到它们的交界面上,会发生折射,这和光在空气和玻璃的交界面上的折
射类似,玻璃虽然透明,但是在阳光下有影子。
上述的实验中,从手电筒中射出的光,由于一部分光受到烛光上方热空
气的折射,就再也不笔直地前进,而折向其他的方向,射到墙上的光有的地
方多,有的地方少,就会出现一些淡淡的影子。
看见空气的影子有什么用处呢?
原来,汽车、飞机、火箭、子弹等都在空气里运动(图三),它们搅动
着空气,形成旋涡,这些旋涡会影响它们的运动,但是这些旋涡看不见,如
果能看见这些旋涡,我们就知道如何改进这些运动体的形状,以减少空气的
阻力。而利用上述类似的方法就能看见空气的阴影,科学家也正是这样做的,
他们从这淡淡的影子里看到了许多东西。

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气垫“大力士”

找两只上口大、下底小的玻璃杯,叠放在一起。用手稍稍提起上面一只
玻璃杯,对着两只杯子之间的缝隙吹气。这时候,上面一只玻璃杯会跃跃欲
试跳出杯外,提着玻璃杯的那只手,必须用力握着才行。
如果将一枚曲别针放在两只玻璃杯之间,使它们中间留有缝隙,不用手
提着,猛一吹气,上面一只玻璃杯“突”的一下,真会跳出下面的杯子哩!
这是什么道理?要是在晚会上表演,一定会吸引不少人。表演时注意,别让
跳出的杯子摔在地上,粉身碎骨。
原来,当你对着两只玻璃杯之间的缝隙吹气时,气一下子放不出来,结
果在玻璃杯之间形成一股压缩空气垫层,也就是气垫。持续吹气,气垫层加
厚,就会把上面一只杯子给垫起来。如果不用手握着,最后势必被垫出杯外。

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