段雨琪
與初中物理教材配套的教輔資料《熔化與凝固》一節(jié)中提出:“為什么下雪不冷化雪冷?”現(xiàn)行教輔資料對其的解釋是:“下雪水結(jié)冰(或說凝華),要放熱;而融雪、冰融化為水,要吸熱。故下雪不冷化雪冷?!?/p>
由于本人對“下雪不冷化雪冷”這種現(xiàn)象并未感同身受,于是對該問題及其解釋產(chǎn)生了兩大疑問:
1.“下雪不冷化雪冷”的問題是否為真命題?
2.“下雪不冷化雪冷”命題如果為真,教輔資料所作的解釋是否合理?“下雪不冷化雪冷”的命題是怎么出現(xiàn)的?
先對第二個問題進行探究:如果“下雪不冷化雪冷?!钡拿}為真,是否因為下雪是凝華現(xiàn)象需要放熱,而化雪是融化過程,需要吸熱呢?
我對這一解釋不認同。
眾所周知,凝華放熱,融化吸熱,但問題在于:凝華放熱與融化吸熱都跟人是否覺得冷沒有直接的聯(lián)系。
舉個例子:燒開水、煉鐵時都有吸熱過程,但有誰聽說過煉鐵工人說冷的嗎?因為它們吸的熱不是來自人體,所以人不會覺得冷。
同理,形成雪的凝華放熱沒有輻射給人體,雪融化吸的熱也不是源于人體,跟人的冷暖沒有直接聯(lián)系。那么,是否有間接聯(lián)系呢?如果有,又有什么聯(lián)系呢?
我的分析如下:
凝華吸熱和融化放熱都會影響空氣溫度,而空氣的溫度又影響人體熱量的散失。而且凝華放熱和融化吸熱跟人的冷暖有間接聯(lián)系,并不等于教輔對該問題的解釋有間接的道理。還應(yīng)看它們對空氣溫度的影響是否會影響到人體感知的冷暖。
根據(jù)熱力學(xué)基本定律,物體的熱量只能從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體。
水與冰雪的相互轉(zhuǎn)化溫度為0℃,水結(jié)冰放熱到環(huán)境中會使環(huán)境溫度升高,但最高不可能超過0℃;另一方面,雪融化為水要吸熱,使環(huán)境溫度下降,但環(huán)境溫度最低也不可能降到0℃以下,否則低于0℃的環(huán)境就會使冰雪融化的過程產(chǎn)生“逆轉(zhuǎn)”。
因此,從理論上講,下雪(不化時)決不可能比融雪溫度高。因此,用“下雪水結(jié)冰(或說水蒸汽凝華冰晶),要放熱;而雪冰融為水,要吸熱?!钡挠^點來解釋“下雪不冷化雪冷”這一命題是錯誤的。
接著,我又開始對以下兩個問題進行探究。
(1)命題依據(jù)的探究
我們知道,人的冷暖除了自身因素之外,還跟三個空氣有關(guān)的因素有關(guān):1.空氣溫度;2.空氣的濕度;3.空氣流速(即是否有風(fēng))。以上分析否定了第一個因素。
如果命題為真,可能就是第二和第三個因素引起的了。先探討空氣濕度的問題。通過到赤壁市氣象局的調(diào)查得知:化雪的濕度確實比下雪時略大些,但工作人員告訴我:這樣的差異對傳熱的影響非常小??磥硪蛩仉m然有些道理,但依據(jù)還顯得不足。
再來討論空氣流速的問題,同樣來自氣象局的調(diào)查告訴我:下雪時的風(fēng)速反而比化雪時的風(fēng)速大,因此這一因素顯然不能解釋下雪不冷化雪冷的現(xiàn)象。
(2)命題真假的探究
由于不能體會到下雪不冷化雪冷的感覺,也找不到理論依據(jù),我開始懷疑“下雪不冷化雪冷”命題的真假。
我通過網(wǎng)絡(luò)與東北地區(qū)、西北地區(qū)的朋友交流,他們肯定:沒有覺得“下雪不冷化雪冷”;南方地區(qū)的朋友表示:幾乎沒見過雪,沒有感受;我本人處在中部地區(qū),絕大多數(shù)也沒有感到化雪比下雪更冷,對于“下雪不冷化雪冷”的說法只是人云亦云。
既然大多數(shù)人并未有這樣的感覺,那么這個命題就應(yīng)該是個假命題了(最多只是在某種特定情況下出現(xiàn)的特定現(xiàn)象)。
(3)探究結(jié)果
1.教輔資料對下雪不冷化雪冷的解釋是不正確的;
2.未能在物理學(xué)的范圍內(nèi)找到支持“下雪不冷化雪冷”的有力證據(jù);
3.“下雪不冷化雪冷”的命題的出現(xiàn)有待于進一步探究。
(指導(dǎo)老師:劉運泗)
發(fā)明與創(chuàng)新·中學(xué)生2012年5期