水溫如何隨時間變化

◎長沙市望城區第一中學外國語學校四年級1804班 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。

用電熱水壺燒水，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”時溫度與時間的變化關系不一樣造成的。那“冷水加熱”與“熱水自然冷卻”時溫度與時間的變化關系到底是怎樣的呢？他也答不上來。我決定以此為題進行探究。

二、實驗準備

（一）準備實驗材料

爸爸建議我通過實驗來探究，于是我購買了數字顯示液體溫度計、氣溫計和小燒杯，準備利用它們和電熱水壺、手機夾、臺燈等在家里做實驗。

（二）查找資料

通過查找資料，我得知：物體的溫度與內能有關，同一物體內能越多，溫度越高；相互接觸的物體進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；液體沸騰時的溫度叫沸點，沸點與大氣壓強（簡稱氣壓）有關，氣壓越大，沸點越高，氣壓越小，沸點越低。

三、升溫實驗

（一）實驗過程

1.準備工作

往電熱水壺中倒入1000 ml冷水，冷水溫度為12.7 ℃，氣溫計顯示當時的室溫為16 ℃，將數字顯示液體溫度計的測溫頭放入電熱水壺中被水完全浸沒，同時用手機夾夾住數字顯示液體溫度計手柄，起穩定作用，減小實驗誤差。

2.給冷水加熱，記錄數據

按下電熱水壺加熱開關對冷水進行加熱，同時用手機計時，每隔半分鐘讀一次水溫，并記錄數據。

圖1 給冷水加熱實驗裝置圖

表1 冷水加熱實驗數據記錄表

3. 繪制溫度-時間曲線圖

根據實驗數據，我繪制了溫度-時間曲線圖，見圖2。

圖2 溫度-時間曲線圖

（二）實驗結論

水溫在升至99 ℃之前基本隨時間勻速升高，而當達到99.4 ℃時水溫就不再升高。

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

四、降溫實驗

（一）實驗過程

1.準備工作

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，實驗時間就越長。氣溫計顯示當時的室溫為16 ℃，而剛燒開的熱水倒入燒杯后，溫度很快就降至92 ℃，因為開水的溫度與室溫相差大，水散熱快。

將數字顯示液體溫度計的測溫頭放入燒杯中被水完全浸沒，同時用手機夾夾住數字顯示液體溫度計手柄，起穩定作用。

2.讓熱水自然冷卻，記錄數據

用手機計時，每隔1分鐘讀一次水溫，并記錄數據。

圖3 熱水自然冷卻實驗裝置圖

表2 熱水自然冷卻實驗數據記錄表

3. 繪制溫度-時間曲線圖

根據實驗數據，我繪制了溫度-時間曲線圖，見圖4。

圖4 溫度-時間曲線圖

（二）實驗結論

熱水自然冷卻時，溫度會逐漸降低，先降得快，后降得慢，最后接近室溫。

通過查找資料，我了解了這種現象產生的原因。原來，熱水自然冷卻時，熱水與室溫存在溫度差，熱水要向外散熱，所以溫度會降低。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、結語

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

解決實際問題，實現知識遷移，通過這次科學實踐，我成長了不少。