水溫如何隨時(shí)間變化

譚藝珂

一、探究背景

有一天，我玩耍后回家，口很渴，媽媽給我倒了一杯剛燒開的水，水太燙了，沒法喝。過了六七分鐘，我覺得水應(yīng)該冷至可以喝了，可跑過去一看，水還是熱氣騰騰的，試著喝一口，舌頭還被燙到了。

用電熱水壺?zé)?，六七分鐘就可以將冷水燒開，讓一小杯燒開的水自然冷卻，六七分鐘后還這么燙？我問爸爸，他回答得比較抽象，說是“冷水加熱”與“熱水自然冷卻”時(shí)溫度與時(shí)間的變化關(guān)系不一樣造成的。那“冷水加熱”與“熱水自然冷卻”時(shí)溫度與時(shí)間的變化關(guān)系到底是怎樣的呢？他也答不上來。我決定以此為題進(jìn)行探究。

二、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

（一）準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料

爸爸建議我通過實(shí)驗(yàn)來探究，于是我購(gòu)買了數(shù)字顯示液體溫度計(jì)、氣溫計(jì)和小燒杯，準(zhǔn)備利用它們和電熱水壺、手機(jī)夾、臺(tái)燈等在家里做實(shí)驗(yàn)。

（二）查找資料

通過查找資料，我得知：物體的溫度與內(nèi)能有關(guān)，同一物體內(nèi)能越多，溫度越高;相互接觸的物體進(jìn)行熱量傳遞需要有溫度差，溫度差越大，傳熱越快，溫度差越小，傳熱越慢;液體沸騰時(shí)的溫度叫沸點(diǎn)，沸點(diǎn)與大氣壓強(qiáng)（簡(jiǎn)稱氣壓）有關(guān)，氣壓越大，沸點(diǎn)越高，氣壓越小，沸點(diǎn)越低。

三、升溫實(shí)驗(yàn)

（一）實(shí)驗(yàn)過程

1.準(zhǔn)備工作

往電熱水壺中倒入1000 ml冷水，冷水溫度為12.7 ℃，氣溫計(jì)顯示當(dāng)時(shí)的室溫為16 ℃，將數(shù)字顯示液體溫度計(jì)的測(cè)溫頭放入電熱水壺中被水完全浸沒，同時(shí)用手機(jī)夾夾住數(shù)字顯示液體溫度計(jì)手柄，起穩(wěn)定作用，減小實(shí)驗(yàn)誤差。

2.給冷水加熱，記錄數(shù)據(jù)

按下電熱水壺加熱開關(guān)對(duì)冷水進(jìn)行加熱，同時(shí)用手機(jī)計(jì)時(shí)，每隔半分鐘讀一次水溫，并記錄數(shù)據(jù)。

3. 繪制溫度-時(shí)間曲線圖

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我繪制了溫度-時(shí)間曲線圖，見圖2。

（二）實(shí)驗(yàn)結(jié)論

水溫在升至99 ℃之前基本隨時(shí)間勻速升高，而當(dāng)達(dá)到99.4 ℃時(shí)水溫就不再升高。

原因分析：電熱水壺的功率是固定的，相同時(shí)間內(nèi)水壺傳給水的熱量相等，而相同時(shí)間內(nèi)水蒸發(fā)所帶走的熱量雖然隨溫度升高會(huì)有所增加，但不明顯，所以相同的時(shí)間內(nèi)水溫升高的速度相當(dāng)，我們看到水溫在升至99 ℃前溫度-時(shí)間曲線接近直線。而水溫升至99.4 ℃后不再升高，是因?yàn)檫@時(shí)水已沸騰，水吸收的熱量等于水散失的熱量。

四、降溫實(shí)驗(yàn)

（一）實(shí)驗(yàn)過程

1.準(zhǔn)備工作

往250 ml燒杯中倒入130 ml剛燒開的水，注意開水不宜過多，水越多，冷卻得越慢，實(shí)驗(yàn)時(shí)間就越長(zhǎng)。氣溫計(jì)顯示當(dāng)時(shí)的室溫為16 ℃，而剛燒開的熱水倒入燒杯后，溫度很快就降至92 ℃，因?yàn)殚_水的溫度與室溫相差大，水散熱快。

將數(shù)字顯示液體溫度計(jì)的測(cè)溫頭放入燒杯中被水完全浸沒，同時(shí)用手機(jī)夾夾住數(shù)字顯示液體溫度計(jì)手柄，起穩(wěn)定作用。

2.讓熱水自然冷卻，記錄數(shù)據(jù)

用手機(jī)計(jì)時(shí)，每隔1分鐘讀一次水溫，并記錄數(shù)據(jù)。

3. 繪制溫度-時(shí)間曲線圖

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我繪制了溫度-時(shí)間曲線圖，見圖4。

（二）實(shí)驗(yàn)結(jié)論

熱水自然冷卻時(shí)，溫度會(huì)逐漸降低，先降得快，后降得慢，最后接近室溫。

通過查找資料，我了解了這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。原來，熱水自然冷卻時(shí)，熱水與室溫存在溫度差，熱水要向外散熱，所以溫度會(huì)降低。一開始熱水的溫度與室溫相差比較大，散熱快，所以降溫快。之后熱水的溫度與室溫相差越來越小，散熱越來越慢，所以降溫越來越慢。

五、結(jié)語

我將書本知識(shí)用于實(shí)踐，探究“冷水加熱”和“熱水自然冷卻”時(shí)水溫隨時(shí)間變化的過程，明白了一壺水燒開花費(fèi)的時(shí)間短、一杯熱水自然冷卻到室溫所需的時(shí)間長(zhǎng)的原因是自然冷卻時(shí)溫度變化比較慢，更深層次的原因是同等條件下熱水自然冷卻時(shí)熱量傳遞的效率比較低。

解決實(shí)際問題，實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移，通過這次科學(xué)實(shí)踐，我成長(zhǎng)了不少。

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