春天來(lái)了，河面上的冰開(kāi)始熔化成水.炎炎的夏天，灑在地上的水干了，變成看不見(jiàn)的水蒸氣，跑得無(wú)影無(wú)蹤.想了解這是為什么嗎？物質(zhì)的狀態(tài)不是一成不變的.當(dāng)物體溫度發(fā)生變化時(shí)，物質(zhì)的狀態(tài)也往往發(fā)生改變.

一、水凝固實(shí)驗(yàn)

在冰格中倒水，水深3mm，放入冰箱中，每過(guò)10min取出來(lái)觀察它的狀態(tài)，并測(cè)量它的溫度，直到全部結(jié)成冰后2min為止.依據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，畫(huà)出溫度——時(shí)間圖像如圖1.從圖1可知，水凝固過(guò)程中，雖然持續(xù)放熱，但溫度不變，說(shuō)明液態(tài)的晶體凝固時(shí)溫度保持不變.

本實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)相同的小碟子，一個(gè)放滿(mǎn)水，另一個(gè)放滿(mǎn)鹽水.同時(shí)放入冰箱的同一位置處，經(jīng)過(guò)40min后，水全部結(jié)冰，鹽水沒(méi)有全部結(jié)冰.用溫度計(jì)分別量出冰的溫度為0℃，固液共存態(tài)的鹽水溫度是-3℃；然后將鹽水又放入冰箱中過(guò)了10min后，才全部凝結(jié).這說(shuō)明：有雜質(zhì)（如鹽）時(shí)，凝固點(diǎn)降低.

小結(jié)：水的凝固點(diǎn)高低與是否有雜質(zhì)有關(guān)，有雜質(zhì)時(shí)凝固點(diǎn)降低.

應(yīng)用：在東北地區(qū)，為了防止汽車(chē)中的水結(jié)冰，都摻入一些雜質(zhì).

二、冰熔化實(shí)驗(yàn)

把碎冰塊放入燒杯中，插入溫度計(jì).記下這時(shí)溫度計(jì)的示數(shù)，每隔2min記錄一次溫度計(jì)的示數(shù)，同時(shí)觀察杯中冰狀態(tài)的變化，直到冰塊全部熔化后2min為止.

按照課本裝置進(jìn)行冰熔化實(shí)驗(yàn)，用酒精燈給冰加熱熔化，觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)冰塊才有少數(shù)熔化時(shí)，溫度計(jì)示數(shù)已明顯高于0℃，原因是燒杯在酒精燈火焰的輻射下溫度偏高.不用酒精燈加熱，直接在室溫25℃的實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，使200g冰熔化，共用了22min，下面的表格就是實(shí)驗(yàn)記錄.

依據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，畫(huà)出溫度——時(shí)間圖像（圖2）.從圖可見(jiàn)：冰熔化過(guò)程中雖然持續(xù)吸熱，但溫度保持不變，說(shuō)明冰是晶體.

本實(shí)驗(yàn)中兩盆涼水，其中一盆放入足夠多的食鹽.把凍魚(yú)平分成兩份，分別浸沒(méi)到兩盆中.觀察現(xiàn)象：發(fā)現(xiàn)兩盆水中的魚(yú)都已經(jīng)解凍，淡水中魚(yú)外面結(jié)了一層冰，而鹽水盆中的魚(yú)不見(jiàn)結(jié)冰.

原因：凍魚(yú)就是魚(yú)的體液結(jié)了冰，而魚(yú)的體液中含有大量鹽類(lèi)，所以其熔點(diǎn)要低于0℃，當(dāng)用淡水化凍魚(yú)時(shí)，先是凍魚(yú)吸熱升溫并且部分化凍，同時(shí)外面的淡水由于放熱降溫到0℃，并在魚(yú)體外表結(jié)冰.魚(yú)體進(jìn)一步吸熱到全部熔化，外面冰層達(dá)到最大厚度，這時(shí)魚(yú)、冰水的溫度都是0℃.

三、冰與水相互轉(zhuǎn)化的條件

例1 把正在熔化的冰，拿到0℃的房間里（它們與外界不發(fā)生熱傳遞），冰能不能繼續(xù)熔化？

分析 正在熔化的冰是冰水混合物，冰水混合物的溫度是0℃，0℃的冰與0℃的房間溫度相同，沒(méi)有溫度差，它們之間不發(fā)生熱傳遞，因此冰不能繼續(xù)熔化.

例2 電視上在介紹我國(guó)南極科考隊(duì)時(shí)，有這樣一個(gè)鏡頭：科考隊(duì)員在地面上捧了一大塊冰，放入鋁鍋中加熱，好久以后掀開(kāi)鍋蓋，它還是一塊冰，為什么？

答 南極氣溫極低（年平均氣溫-56℃），冰的溫度也是-56℃，這樣冰加熱后首先是升溫，而不是熔化，要熔化必須達(dá)到0℃.

例3 質(zhì)量相等的0℃的水與0℃的冰，誰(shuí)的冷卻效果好，為什么？

分析 0℃的水與0℃的冰，溫度相同，則冷熱程度是一樣的，因此認(rèn)為冷卻效果也相同，這就錯(cuò)了.用0℃的水與0℃的冰冷卻食物，冰會(huì)發(fā)生熔化，熔化吸熱后變成了0℃的水.顯然質(zhì)量相等的0℃的水與0℃的冰冷卻食物時(shí)，0℃的冰能吸收更多的熱量，因此用質(zhì)量相等的0℃的冰去冷卻食物比0℃的水冷卻食物效果更好些.

四、生活中的故事

秦王的水晶宮

2000多年前，秦王建造了一座宮殿，非常豪華.特別奇妙的是，在炎熱的夏天，這座宮殿里卻非常涼爽，如同進(jìn)了水晶宮，正因如此，人們把這座宮殿叫做秦王的水晶宮.

為什么秦王的水晶宮里會(huì)有這樣低的溫度呢？從表面上看，這座建筑除了有較多的銅柱外，再?zèng)]有什么特殊的地方.

可是奧妙就出在這一根根銅柱上.秦王的水晶宮里的這些銅柱不僅有支撐屋頂?shù)墓δ?，而且還是殿里降低溫度的裝置.原來(lái)這一根根銅柱全是空心的，每當(dāng)盛夏到來(lái)之際，人們便把冬天收藏在冰窖里的天然冰裝進(jìn)銅柱里，這就是秦王水晶宮溫度降低的原因.

為什么把冰裝到銅柱里可以降低宮殿中的溫度呢？我們知道，任何一種晶體物質(zhì)由固態(tài)變成同溫度的液態(tài)時(shí)，都要吸收一定的熱量.0℃的冰熔化成同溫度的水要吸熱，而且冰熔化成水吸收的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于別的物質(zhì)熔化時(shí)吸收的熱量.另外，銅是傳熱的良好材料，當(dāng)銅柱里的冰熔化時(shí)，銅柱能很好地從周?chē)鼰?這樣，整個(gè)宮殿里的溫度就會(huì)大大降低了.

我國(guó)用冰降溫有著悠久的歷史，早在3000年前詩(shī)歌集《詩(shī)經(jīng)》中就有冬天鑿冰，藏進(jìn)冰窖的記載.周朝王宮里就設(shè)有專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)管冰的“凌人”.冬天鑿冰保存，夏天用冰解暑的做法一直延續(xù)到清朝.北京有個(gè)地名“冰窖口”，就是由此得名的.

愛(ài)斯基摩人的冰屋

冰是冷的象征，一提到它，人們就會(huì)不寒而栗.但是，生活在北極圈里的愛(ài)斯基摩人，卻憑著用冰壘成的房屋，熬過(guò)嚴(yán)寒的冬天.

在北極圈內(nèi)，有取之不盡的冰，又有用之不竭的水.每當(dāng)冬天到來(lái)之前，愛(ài)斯基摩人都要建造冰屋.他們先把冰加工成一塊塊規(guī)則的長(zhǎng)方體，這就是“磚”；用水作為“泥”.材料準(zhǔn)備好以后，他們?cè)谶x擇好的地方，潑上一些水，壘上一些冰塊，再潑一些水，再壘一些冰塊；前邊不斷地壘著，后邊不斷地凍結(jié)著，壘完的房屋就成為一個(gè)凍結(jié)成的整體冰屋.

愛(ài)斯基摩人的冰屋是怎樣起到保暖防寒作用的呢？

首先，由于冰屋結(jié)實(shí)不透風(fēng)，能夠把寒風(fēng)拒之屋外，所以住在冰屋里的人，可以免受寒風(fēng)的襲擊.其次，冰是熱的不良導(dǎo)體，能很好地隔熱，屋里的熱量幾乎不能通過(guò)冰墻傳導(dǎo)到屋外.再次，凍結(jié)成一體的冰屋，沒(méi)有窗子，門(mén)口掛著獸皮門(mén)簾，這樣可以大大減少屋內(nèi)外空氣的對(duì)流.

正因?yàn)槿绱耍輧?nèi)的溫度可以保持在零下幾度到十幾度，這相對(duì)于零下50多度的屋外，要暖和多了.愛(ài)斯基摩人穿上皮衣，在這樣的冰屋里完全可以安全過(guò)冬了.當(dāng)然，冰屋里也不允許生火取暖，因?yàn)楸?℃以上就會(huì)熔化成水.

多孔的凍豆腐

寒冷的冬天，吃上一碗熱乎乎的“凍豆腐”，那真算得上是一種別具風(fēng)味的好菜呢！

豆腐本來(lái)是光滑細(xì)嫩的，冰凍以后，它的模樣為什么會(huì)變得像泡沫塑料呢？

豆腐的內(nèi)部有無(wú)數(shù)的小孔，這些小孔大小不一，有的互相連通，有的閉合成一個(gè)個(gè)小“容器”，這些小孔里面都充滿(mǎn)了水分.我們知道，水有一種奇異的特性：在4℃時(shí)，它的密度最大，體積最小；到0℃時(shí)，結(jié)成了冰，它的體積不是縮小而是脹大了，比常溫時(shí)水的體積要大10%左右.當(dāng)豆腐的溫度降到0℃以下時(shí)，里面的水分結(jié)成冰，原來(lái)的小孔便被冰撐大了，整塊豆腐就被擠壓成網(wǎng)絡(luò)形狀.等到冰熔化成水從豆腐里跑掉以后，就留下了數(shù)不清的孔洞，使豆腐變得像泡沫塑料一樣.凍豆腐經(jīng)過(guò)烹調(diào)，這些孔洞里都灌進(jìn)了湯汁，吃起來(lái)不但富有彈性，而且味道也格外鮮美可口.

很早以前，我國(guó)人民就已經(jīng)懂得了冰凍膨脹的原理，并利用它來(lái)開(kāi)采石頭：冬天，他們?cè)趲r石縫里灌滿(mǎn)水，讓水結(jié)冰膨大，把巨大的山石撐得四分五裂，很快就能采到大量的石料.

近年來(lái)，工業(yè)生產(chǎn)上出現(xiàn)了一種巧妙的新工藝——“冰凍成型”，也是冰凍膨脹原理的應(yīng)用.辦法是：根據(jù)零件的形狀，用強(qiáng)度很大的金屬，做一個(gè)凹形的陰模和一個(gè)凸形的陽(yáng)模，把要加工的金屬板放在兩個(gè)模的中間，在陽(yáng)模和密閉的外殼之間，灌滿(mǎn)4℃左右的水，然后把這個(gè)裝置冷卻到0℃以下.這時(shí)，由于水結(jié)冰，體積膨脹，所產(chǎn)生的巨大力量把陽(yáng)模壓向陰模，便把金屬板壓成一定形狀的部件了.

由于水在4℃時(shí)的密度最大，體積最小，水溫低于4℃時(shí)體積反而增大，所以，在4℃時(shí)水就不再上下對(duì)流了.因此，到了冬季，寒冷地區(qū)的江河湖海，表面上雖然結(jié)了厚厚的冰層，但下面水的溫度卻保持在4℃左右，這就給水生物創(chuàng)造了生存的環(huán)境.