鸡蛋身上的物理学 研究性学习

课题研究审批书鸡蛋身上的物理学

指导教师：袁凤龙

课题组长：李智超

组员：白月池黄奕睿魏冰洋

鸡蛋身上的物理学

课题组长：李智超组员：白月池黄奕睿魏冰洋

【中文摘要】鸡蛋又名鸡卵、鸡子，是母鸡所产的卵。其外有一层硬壳，内则有气室、卵白及卵黄部分。富含胆固醇，营养丰富，一个鸡蛋重约50克，含蛋白质7克。鸡蛋蛋白质的氨基酸比例很适合人体生理需要、易为机体吸收，利用率高达98%以上，营养价值很高，是人类常食用的食物之一。鸡蛋是人们非常熟悉且取材容易的食品，也是不可多得的低成本实验材料。根据鸡蛋的物理特征，笔者创造性地设计了一系列用鸡蛋做的趣味物理实验，诸如用鸡蛋做成的“不倒翁”、“悬浮鱼”、“冰冻蛋”等教具，用鸡蛋进行的“高空落蛋”、“鸡蛋撞窗帘”、“轻功踩蛋”等实验。

杠杆轻撬，一个世界从此转动；王冠前底，一条定力浮出水面；苹果落地，人类飞向太空；蝴蝶振羽，风云为之色变；三棱镜中折射出彩虹；大荒原上升腾起蘑菇烟尘。物理充斥在我们生活的大大小小各个角落，无时无刻都有物理的身影。可以说物理主导着我们的生活。

吉尼斯世界记录里也有不少人做过关于鸡蛋的挑战。2010年10月24日。莱芜市钢城区的赵文起1.87米铁筷夹鸡蛋，向吉尼斯纪录挑战。2011年1月11日：一德国人手握一枚生鸡蛋同时击碎了3摞24块砖，打破了此前14块砖的握鸡蛋破砖纪录。还有在铅笔尖上立生鸡蛋，到底鸡蛋有多么神奇呢。接下来就让我们一一研究吧。

鸡蛋是人们非常熟悉且取材容易的食品，也是不可多得的低成本实验材料。根据鸡蛋的物理特征，笔者创造性地设计了一系列用鸡蛋做的趣味物理实验，诸如用鸡蛋做成的“不倒翁”、“悬浮鱼”、“冰冻蛋”等教具，用鸡蛋进行的“高空落蛋”、“鸡蛋撞窗帘”、“轻功踩蛋”等实验。

【鸡蛋的构造】鸡蛋主要可分

为三部分：蛋壳、蛋白及蛋黄。

（一）蛋壳：完整的蛋壳呈椭圆形，

约占全蛋体积的11%~11.5%。蛋壳

又可分为壳上膜、壳下皮、气室。

（二）蛋白: 蛋白是壳下皮内半流

动的胶状物质，体积约占全蛋的

57%~－58.5％。蛋白中约含蛋白质

12％，主要是卵白蛋白。蛋白中还含有一定量的核黄素、尼克酸、生物素和钙、磷、铁等物质。（三）蛋黄: 蛋黄多居于蛋白的中央，由系带悬于两极。蛋黄体积约占全蛋的30％~32％，主要组成物质为卵黄磷蛋白，另外脂肪含量为28.2％，脂肪多属于磷脂类中的卵磷脂。对人类的营养方面，蛋黄含有丰富的维生素A和维生素D，且含有较高的铁、磷、硫和钙等矿物质。蛋黄内有胚珠。

1.液体蒸发吸热

实验：把刚煮熟的蛋从锅内捞起来，直接用手拿时，虽然较烫，但还可以忍受。过一

会儿，当蛋壳上的水膜干了后，感到比刚捞上时更烫了。

分析：因为刚捞上来的蛋壳上附着一层水膜，开始时，水膜蒸发吸热，使蛋壳的温度下降，所以并不觉得很烫。经过一段时间，水膜蒸发完毕。由蛋内部传递出的热量使蛋壳的温度重新升高，所以感到更烫手。（PS:关于液体蒸发吸热：液体分子之间会有一定比例的分子以共价键或较强的范德华力组合在一起，使得分子之间有一定的相互作用力，形成分子势能。内能，就是分子热运动的动能和分子势能的总和，所以，这种分子势能也是内能的一部分。在液体蒸发的过程中，就需要外来能量克服这种分子势能，打断分子之间的连接，这就需要消耗能量。这也就是液体蒸发或沸腾时吸热的根本原理。）

2.热胀冷缩的性质

实验：把煮熟捞起的蛋立刻浸入冷水中，待完全冷却后，再捞起剥落。

分析：首先，蛋刚浸入冷水中，蛋壳直接遇冷收缩，而蛋白温度下降不大，收缩也较小，这时主要表现为蛋壳在收缩。其次，由于不同物质热胀冷缩性质的差异性，当整个蛋都完全冷却时，组织疏松的蛋白收缩率比蛋壳大，收缩程度更明显，造成蛋白蛋壳相互脱离，剥蛋壳就更方便了。根据物质粒子最小的原子结构来看，物质的热胀冷缩应该是由物质原子的内部加速运动形成的。从原子的内部结构来讲，当原子受热后，核内质子和中子以及核外电子呈现为粒子运动的加速状态。首先来说，由于原子核的自转以及电场的作用，牵引了核外电子围绕原子核做公转运动。原子核的自转速度决定着外围电子受离心力大小的变化，这也决定着原子内核与电子层轨道之间的距离和电场的高低。只有原子核的自旋和外层电子的公转受到外部能量的激发，才会构成原子内部的离心力和电场力的变化，从而也就体现了物质热胀冷缩的自然现象。

1，当物体受热后，由于物质的原子核以及核外电子层的提速运动，使其产生了很强的离心力，这个离心力又使核外电子层与原子核的间距拉大。当原子核与核外电子层的距离拉大后，其原子核与核外电子层间的电场力就会降低，而低能级最外层轨道的电子就会脱离原子内部电场的束缚成为溢出的游离电子，从而也就构成了原子的等离子态。原子核与核外电子层距离的这一变化，也是物质的热膨胀变化系数。然而，物质的热膨胀系数不会无限度的变化，当达到最大的极限时，原子的内部运动就会停留在稳定的运动平衡状态。在一定的温度极限下原子核与核外电子层之间建立了一种极其稳定的电力场，核外电子不再溢出，电场之间的距离不再扩大，原子停止膨胀继而从原物质的固体转为液态。

2，当物质的温度降低后，原子内部的运动速度开始逐渐的下降，原子核的自转速度降低，其对核外电子的离心力作用也将逐渐的减小继而使原子核与核外电子层之间的距离变小电场加大，此时原子又会吸引外部空间的游离电子来补齐电子外层轨道的缺位电子而达到原子非等离子体的原始平衡状态。同时，物质又从液态逐渐的过渡到固态，这就是物质的热胀冷缩原理。

3.验证大气压存在

实验：选一只口径略小于鸡蛋的瓶子，在瓶底热上一层沙子。先点燃一团酒精棉投入瓶内，接着把一只去壳鸡蛋的小头端朝下堵住瓶口。火焰熄灭后，蛋被瓶子缓缓“吞”入瓶肚中。

分析：酒精棉燃烧使瓶内气体受热膨胀，部分气体被排出。当蛋堵住瓶口，火焰熄灭后，瓶内气体由于温度下降，压强变小，低于瓶外的大气压。在大气压作用下，有一定弹性的鸡蛋被压入瓶内。

4.浮沉现象