何为水之谜？

何为水之谜？

１．１００℃的水为何不沸腾炉子上放一口烧水的锅，盛一些水，再用小奶锅盛一点水，让它漂在大锅里。从锅底给加热，大锅里的水沸腾了，小奶锅里的水却不沸腾。做实验的时候，注意使小奶锅一直停在大锅中心，延长加热的时间，奶锅里的水也不沸腾。

这是为什么？

沸腾是液体的一种汽化现象。液体汽化的时候，都要吸收热量。

大锅放在炉火上，炉火的温度比１００℃高得多，锅内的水升高到１００℃以后，炉火仍不断把热传导给水，使大锅里的水不断汽化，不断沸腾。

奶锅放在水中，只能从水中得到热。大锅里的水温度升高，奶锅里的水温度也跟着升高，大锅的水达到１００℃，奶锅里的水也达到了１００℃。可是，大锅里的水沸腾以后，温度不再升高，始终停留在１００℃。我们知道，两个物体的温度相同，它们之间是不会发生热传递的。现在，奶锅里的水和大锅里的水都达到１００℃，奶锅里的水不能再从大锅里的水吸收热量，就不会沸腾。

如果奶锅底与大锅底接触，由于炉火的温度比１００℃高，因此奶锅里的水可以通过金属从炉火吸收热量，奶锅里的水就会沸腾起来。

２．冰在开水里为何不熔化把一小块冰丢到装满水的试管里去，由于冰比水轻，要想不让冰块浮起，再投进去一粒铅弹、一个铜圆等去把冰块压在底下，但是不要使冰跟水完全隔离。现在，把试管放到酒精灯上，使火焰只烧到试管的上部。不久，水沸腾了，冒出了一股一股的蒸汽。但是，多奇怪呀，试管底部的那块冰却没有熔化！我们好像是在表演魔术：冰块在开水里并不熔化……

这个谜的解释是这样的。试管底部的水根本没有沸腾，而且仍旧是冷冰冰的，沸腾的只是上部的水。我们这儿并不是什么“冰块在沸水里”，而是“冰块在沸水底下”。原来，水受了热膨胀，就变成比较轻的，因此不会沉到管底，仍旧留在管的上部。水流的循环也只在管的上部进行，没有影响到下部。至于下部的水，只能经过水的导热作用才受到热，但是，你知道水的导热度却是很小的啊。

３．水在０℃为何不结冰一般来说，水温可降到０℃，同时也可能存在０℃的冰。有人认为：０℃的水一定会转化为０℃的冰。这种看法是不对的。０℃的水和０℃的冰相比较，虽然它们的温度都是０℃，但是由０℃的水转化为０℃的冰可不是一件容易的事。实验表明，１千克０℃的水转化为０℃的冰要放出８０千卡的热量，这相当于同样质量的水，温度从８０℃降低到０℃所放出的热量。０℃的水转化为０℃的冰既然要放出大量的热量，那么一定要有周围的物体吸收这部分热量才行。为了能使热量从０℃的水传至周围的物体，所以周围物体的温度一定要低于０℃。冬天，当气温降到０℃以下，０℃的水才能结冰。如果气温等于０℃，那么０℃的水和０℃的冰将处于一种热平衡状态，容器中的０℃的水不能使０℃的冰熔解，而０℃的冰也不能使周围的０℃的水凝固，成为一种０℃的冰和水共存的状况。解答有关冰水共存的热学问题，我们应当特别注意，防止得出谬误的结果。

例在质量２００克，温度是１０℃的水中丢入一块５００克０℃的冰，求热平衡时的温度是多少？

解：设热平衡时的温度是ｔ℃，则２００克水温度从１０℃降低到ｔ℃放出的热量Ｑ１为：

Ｑ１＝１卡／（克·℃）×２００克×（１０－ｔ）℃＝（２０００－２００ｔ）卡。

５００克０℃的冰熔解为０℃的水吸收的热量Ｑ２为：

Ｑ２＝８０卡／克×５００克＝４００００卡，５００克０℃的水温度升高至ｔ℃吸收的热量Ｑ３为：

Ｑ３＝１卡／（克·℃）×５００克×（ｔ－０）℃＝５００ｔ卡。

根据热平衡式，得２０００－２００ｔ＝４００００＋５００ｔ所以ｔ＝－５４.２℃答案显然是错误的，在０℃的水中丢进一块０℃的冰之后，绝不可能出现混合温度在零度以下的状况。检查运算过程，也看不出什么错误。到底错在什么地方？查其根源就在于设错了热平衡的温度在ｔ℃。实际上，在这种情况下，热平衡的温度不可能在０℃以上。因为５００克０℃的冰要完全熔解为０℃的水需要吸收的热量：８０卡／克×５００克＝４００００卡。而２００克、１０℃的水温度降低至０℃也只能放出热量：１卡／（克·℃）×２００克×１０℃＝２０００卡，这部分热量只能使＝2000卡80卡/克=２５克０℃的冰转化为０℃的水。最后只能是一种０℃的水和０℃的冰共存的状态，其中０℃的冰５００克－２５克＝４７５克，有０℃的水２００克＋２５克＝２２５克。

迷雾重重１．铅笔不倒一个小男孩手里拿着一张窄纸条（宽二三厘米、长约２０厘米），纸条的另一端用一根直立的铅笔压在桌边。他轻轻地把纸条拉平，用另一只手的食指打击纸条的中部，纸条从铅笔下被抽了出来，铅笔却没有倒。

这是为什么？

食指打击纸条，纸条迅速被抽出，纸条对铅笔施力的作用时间很短，作用效果就不明显，铅笔本身有惯性，要保持静止状态不变，所以纸条被抽出后，铅笔也不会倒。若慢慢拖动纸条，纸条对铅笔施力的作用时间变得很长，纸条就会带着直立的铅笔一起向前滑动，如果速度均匀，使铅笔的各部分步调一致向前运动时，铅笔平稳向前运动也不会倾倒。可是，在实验中，很难使速度均匀，即使纸条对铅笔施力作用时间足够长，铅笔上、下各部分向前运动的步调很难完全一致，结果铅笔还是会倾倒。

２．挑担子的技巧对挑担子有经验的人，他一定喜欢把两头的绳子放长一些，这样做可使担子挑得比较稳，并且走起来脚步也不须跨得很急。这是为什么呢？

挑着重担走路的人，当把后脚提起向前跨的时候，总感到身体有向前倾跌的趋势。经验证明：这种向前倾跌的趋势越大，脚步就跨得越急，也就是说，从后脚离地到跨前着地的时间就越短。经验还证明：这种向前倾跌的趋势与担子的重量和重心的高低有关，担子越重，重心越高，这种倾跌的趋势就越大。放长绳子就是降低担子的重心（实际上是降低了人和担子的整体重心），也就是减小跨脚时的倾跌趋势，因此脚步就跨得很急，人感到舒适得多。

还有，一个人在走路的时候，总是左脚一步、右脚一步地前进，左脚跨步时右脚单独支持全身的重量，右脚跨步时左脚单独支持全身的重量。在转换左右脚支持全身重量时，为了防止向左右倾跌，人的肩头总在作很小的左右摆动。

挑担子的人，随着肩头的摆动，扁担也在振动，吊在扁担两头的东西也要跟着扁担头向左右摆动。如果肩头的摆动和挑着的东西的摆动合了拍（科学术语叫共振)，东西就摆动得很厉害，这样会使挑担的人累得像喝醉了酒一样，歪歪倒倒，无法顺利前进！

物体来回振动一次所经过的时间叫周期。肩头振动的周期决定于跨步的快慢，担子振动的周期决定于绳子的长短，绳子越长周期越大（用１米长的绳子吊着的东西摆动周期差不多是２秒多钟）。实验证明：当担子振动的周期和肩头振动的周期相差不大的时候，就要发生共振现象。故长绳子就可以加大担子振动的周期，使它比肩头振动的周期相差较多，而不致发生共振现象。

但是，在山地上或路不平的道上挑担，绳子就不宜放得过长，否则担子会经常碰撞地面，使人东倒西歪，失去平衡。因此，决定绳子的长短，还要考虑地形等因素。

３．挑水的秘诀没挑过水的人，挑起一担水，开头走几步还好，多走几步就不行了，桶里的水摇来晃去泼天泼地的，挑到目的地，恐怕一桶水，只剩下大半桶了。如果我们在水面上浮一块木板或一张荷叶，挑起来就平稳得多，桶里的水也不是那么容易泼出来了。这是什么道理呢？

原来挑着担子走路，人和扁担都要振动，桶里的水也要随着振动。最初水的振动幅度不大，不过是水面有些摇晃，等到后来，桶里的水振荡得与人的步伐合拍了，水就振动得非常厉害，以致溅出桶外，这就是共振现象。在水桶上放一块木板或一张荷叶，水在振动时，就必须带着木板或荷叶一起振动，这样大大地减小了振动幅度，水就不会溅出来了。

４．颜色之谜关于物体的颜色，在教学活动中，往往有人说“物体是什么颜色就反射（或透射）什么颜色”，甚至有人说“物体所以呈现某种颜色，是因为它把其他颜色的光都吸收了的缘故”，我们认为，这两种说法是不妥的乃至错误的。

非发光物体的颜色取决于施照光源的颜色和被照物体对光的吸收特性。在没有光源的黑暗环境里，任何物体都不会呈现其颜色，只有在光照下，物体才可呈现一定的颜色。同一物体在颜色不同的光源下呈现着不同的颜色，而在同一光源下的不同物体一般也呈现着不同的颜色。通常所谓物体的颜色是指这种物体在白色（阳光、白炽灯光、日光灯光等）下的颜色。众所周知，白光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光组成的，在科学技术上，人们还制造了各种单色光源，单色光源只有一种颜色，从波动理论讲，单色光就是波长单一的光。迄今波长最为单纯，颜色最为鲜艳的光源应推激光。

平常人们熟知白光可由七色光复合而成，却很少了解白光也可以由较少颜色的光复合而成。实验表明，如果把适当颜色的两种单色光按一定的强度比例混合，可以形成白光。这样的两种颜色就称为互补色。

当白光照射不透明物体时，由于物体对不同波长的光吸收，反射的程度不同，而使物体呈现了不同的反射颜色。若物体对各种波长的光都完全吸收，则物体呈现黑色；若完全反射，则呈现白色；若对各种波长的光，吸收程度差不多，则呈现灰色；如果物体有选择地吸收某一或某些波长的光，那么这种物体的颜色就由它所反射的光的颜色来决定，即反光物体的颜色是与其选择吸收光成互补色的颜色。例如，树叶由于吸收了阳光中紫色而呈现绿色。

当白光照射透明或部分透明物体时，因其对不同波长的光吸收、透射的程度不同，而使物体呈现了不同的透射颜色。若物体对各种波长的光透过的程度相同，这种物质就是无色透明的；若只让一部分波长的光透过，其他波长的光被吸收，则这种部分透光物体的颜色就由透过光的颜色来决定，即透光的物体呈现的是与其选择吸收光成互补色的透光颜色。例如，高锰酸钾溶液吸收了白光中的绿色光而呈现了紫色的透光颜色。

总之，物体反光和透光所呈现的颜色都是由与物体选择吸收光成互补色的光而决定的颜色。当然，如果物体选择吸收的不只是一种颜色的光，那么物体（反光或透光）的颜色就将由几种吸收光的互补光复合而成。