最新人教版高中物理选修(3-3)《饱和汽与饱和汽压》教案
9.3饱和汽与饱和汽压 优秀教案优秀教学设计 高中物理选修3-3 (1)
3 饱和汽和饱和汽压【学习目标】1. 知道汽化的含义，能分清蒸发和沸腾的不同。
2. 能掌握饱和汽压和饱和汽的规律，并能灵活运用进行判断。
3. 能记住并理解相对湿度的物理意义，并能对于现象进行有根据的判断。
【情景引入】平时装在敞口容器里的液体，经过一段时间会全部蒸发掉，而盛在密闭容器里的液体，即使时间很长，也不会蒸发完，这是什么原因呢？规律概括：1．蒸发：只发生在液体表面的汽化现象。
特点是：在任何温度下都能发生；在液体温度升高、液面面积增大或液面上空气流动加快时，液体蒸发加快。
2.沸腾：在液体表面和内部同时发生的剧烈的汽化现象。
特点：只在达到一定温度（即沸点）时才能发生；沸点与大气压有关，随大气压的增大沸点升高。
典例探究例1 有甲、乙、丙三支相同的温度计，其中一支不准确，将甲放在空气中，乙放在密闭的酒精瓶中，将丙放在开口的酒精瓶中，过一段时间，三支温度计的示数都是22℃则（）A．甲不准确B．乙不准确C．丙不准确D．不能判定哪支不准确解析：蒸发吸热，液体本身的温度要降低，甲温度计上无液体不存在蒸发现象；乙放在密闭的酒精瓶中，蒸发受阻不能进行，故温度计的示数与周围环境的温度相同，应准确；丙在开口酒精瓶中，酒精蒸发吸热，酒精温度应降低，所以应低于22℃，故丙不准确。
答案： C.友情提示：蒸发吸热是我们在生活中经常利用的物理知识，你能举出它的一些实际应用吗？规律概括：1.在一定温度下，饱和汽密度一定，且大于未饱和汽的密度。
2.饱和汽不遵守气体实验定律，而未饱和汽近似地遵守气体实验定律。
3.饱和汽的汽密度和压强都只与温度有关，随温度的升高而增大，与体积无关。
4..同一温度下，不同液体的饱和汽压一般不同，挥发性大的液体饱和汽压大。
典例探究例2 关于饱和汽，正确的说法是（）A．在稳定情况下，密闭容器中如有某种液体存在，其中该液体的蒸汽一定是饱和的B．密闭容器中有未饱和的水蒸气，向容器内注入足够量的空气，加大气压可使水汽饱和C．随着液体的不断蒸发，当液化和汽化速率相等时液体和蒸汽达到的一种平衡状态叫动态平衡D．对于某种液体来说，在温度升高时，由于单位时间内从液面汽化的分子数增多，所以其蒸汽饱和所需要的压强增大解析：在饱和状态下，液化和汽化达到动态平衡，即达到稳定状态，所以AC正确；液体的饱和汽压与其温度有关，即温度升高饱和汽压增大，所以D正确；饱和汽压是指液体蒸汽的分气压，与其他气体的压强无关，所以B错误。
高中物理(人教版)选修3-3教学课件：第九章 第3节 饱和汽与饱和汽压
二、 空气的湿度
知识精要
1.影响相对湿度的因素
相对湿度与绝对湿度和温度都有关系,在绝对湿度不变的情况
下,温度越高,相对湿度越小,人感觉越干燥;温度越低,相对湿度越大,
人感觉越潮湿。
2.相对湿度的计算
(1)根据相对湿度=
水蒸气的实际压强
同温下水的饱和汽压
,即
B= ×100%,知道了水蒸
s
解析:饱和汽压是物质的一个重要性质,它的大小取决于物质的
本性和温度,故一定温度下的饱和汽的分子数密度是一定值,相同温
度下不同液体的饱和汽压一般是不同的,故选项 A 正确,选项 B 错
误;温度越高,液体越容易挥发,故饱和汽压随温度的升高而增大,而
饱和汽压与气体的体积无关,故选项 C 正确;饱和状态的情况下:(1)
中所含水蒸气的压强之比
解析:用空气中所含水蒸气的压强表示的湿度叫作空气的绝对
湿度,选项 C 正确。影响人们对干爽与潮湿感受的因素并不是绝对
湿度的大小,而是相对湿度,即空气中水蒸气的压强与同一温度时水
的饱和汽压之比。人们感到干燥时,空气的相对湿度一定较小;感到
潮湿时,空气的相对湿度一定较大。选项 A、D 错误,B 正确。
案例探究
液面上部的蒸汽达到饱和时,还有没有液体分子从液面飞出?为
什么这时从宏观上看来液体不再蒸发?
解答:液面上部的蒸汽达到饱和,是一种动态平衡,即在相同时间
内从水面飞出去的分子数等于回到水中的分子数,故这时仍有液体
分子从液面飞出。但从整体看来,蒸汽的密度不再增大,液体也不再
减少,从宏观上看,蒸发停止了。
相对湿度。天气预报说夜里的气温要降到 20 ℃,那么,夜间是否有
露珠形成?(白天、夜晚水蒸气的压强不变)
人教版高三物理选修3《饱和汽与饱和汽压》教案及教学反思
人教版高三物理选修3《饱和汽与饱和汽压》教案及教学反思一、教学内容1.1 饱和汽饱和汽是指在一定温度下，液体和气体在平衡状态下的状态，称为饱和状态。
在饱和状态下，液体和气体之间存在着动态平衡关系，液体不断蒸发形成气体，气体不断凝结形成液体。
饱和状态的液体和气体之间的平衡关系可以用蒸发、凝结过程中物质的分子速率相等的状态来表示。
1.2 饱和汽压在饱和状态下，液体的表面处会存在一层气体，这层气体对应的压力称为饱和汽压。
饱和汽压与液体的温度有关，当温度升高时，饱和汽压也随之升高；反之，当温度降低时，饱和汽压也会随之降低。
二、教学方法2.1 概念讲解在教学过程中，首先要向学生阐述饱和汽和饱和汽压的概念，让学生理解其基本概念和特征。
然后运用实验演示的方式，通过实际操作让学生了解饱和汽压随温度变化的规律性，并让学生实际测定不同温度下热水的饱和汽压。
2.2 实验操作在操作实验过程中，我们需要准备一个压力计和一个温度计。
首先，将压力计上的温度计与学生的温度计进行比较校准，确保准确度。
然后，将压力计的下端浸入热水中，使其中的气体被热水蒸汽所取代，压力计的读数就是此时的饱和汽压。
2.3 实验分析在实验操作之后，应该对实验结果进行综合分析，让学生理解热学规律，比如液体和气体之间的动态平衡关系、温度与饱和汽压的相关性等。
同时，可以引导学生讨论影响饱和汽压的因素，比如液体的种类、温度的高低、环境的气压等等。
三、教学反思3.1 教学成功本节课教学成功的主要体现在以下几个方面：•学生能够清晰地了解饱和汽和饱和汽压的概念以及它们的相关特征；•学生能够使用实验演示的方式了解饱和汽压随温度变化的规律性；•学生能够实际测定不同温度下热水的饱和汽压；•学生能够综合分析实验结果，理解热学规律；•学生能够引导学生讨论影响饱和汽压的因素；3.2 教学不足本节课教学的不足主要体现在以下几个方面：•教学内容讲解过程比较抽象，学生有一定的听课难度，需要适当加强实际操作；•教学内容偏重理论讲解过程，需要更多地进行实验演示；•教学内容的讲解涉及面较宽，考虑到学生的知识储备，可以适当适配教学内容。
2024-2025学年高中物理第8章气体3理想气体的状态方程教案新人教版选修3-3
-教师可提供必要的指导和帮助，如解答疑问、推荐阅读材料等。
3.拓展活动：
-设计一个实验，验证理想气体状态方程。记录实验数据，分析实验结果，撰写实验报告。
-思考理想气体状态方程在生活中的应用，如吹气球、烧水等，尝试解释这些现象背后的原理。
-讨论理想气体状态方程在现代科技领域中的应用，如航空航天、制冷技术等，分享自己的见解和想法。
针对教学中存在的问题和不足，我将在今后的教学中采取以下改进措施：
1.针对学生理解困难的问题，我将采取更加直观的教学方式，如通过图示或实验，帮助学生更好地理解理想气体的状态方程及其推导过程。
2.对于学生在问题解决策略上的不足，我将引导学生运用数学知识和科学方法，培养他们的逻辑思维和问题解决能力。
3.为了提高学生的课堂参与度，我将更多地设计一些互动性强的教学活动，如小组讨论、实验操作等，激发学生的学习兴趣和主动性。
教学内容与学生已有知识的联系：
1.学生已经学习了初中物理中的基本概念，如压强、体积、温度等，对本节课的内容有了一定的理解基础。
2.学生已经学习了初中化学中的物质的量概念，对n的定义和计算方法有一定的了解。
3.学生已经学习了数学中的代数知识，能够进行方程的求解和分析。
核心素养目标
本节课的核心素养目标包括：
请学生阅读以上拓展阅读材料，进一步加深对理想气体状态方程的理解和应用。
2.课后自主学习和探究：
-请学生利用网络资源，查找理想气体状态方程在现代科技领域中的应用实例，如航空航天、制冷技术等，并在下节课分享自己的研究成果。
-设计一个实验，验证理想气体的状态方程。可以在家中利用简单的器材进行实验，记录实验数据，分析实验结果。
高中物理饱和汽与饱和汽压教案
饱和汽与饱和汽压目标导航1．知道汽化及汽化的两种方式和其特点。
2．理解饱和汽与饱和汽压，能从分子动理论的角度解释有关现象。
3．理解空气的绝对湿度和相对湿度，并能进行简单计算。
4．了解湿度计的原理。
诱思导学1．汽化：物质从液态变成气态的过程叫做汽化。
汽化有两种方式：蒸发和沸腾。
其比较如下表：2．饱和汽与饱和汽压（1）饱和汽：与液体处于动态平衡的蒸汽叫做饱和汽。
没有达到饱和状态的蒸汽叫做未饱和汽。
（2）饱和汽压：在一定温度下，饱和汽的压强一定，叫做饱和汽压。
未饱和汽的压强小于饱和汽压。
友情提示：A:饱和汽压只是指空气中这种液体蒸汽的分气压，与其他气体的压强无关。
B:饱和汽压与温度和物质种类有关。
3．空气的湿度（1）空气的绝对湿度：用空气中所含水蒸气的压强来表示的湿度叫做空气的绝对湿度。
（2）空气的相对湿度：空气中水蒸气的压强（P1）与同一温度时水的饱和汽压(PS)的比值叫做空气的相对湿度。
即空气的相对湿度(B)为： B=(P1/PS)×100%友情提示：空气的湿度是表示空气潮湿程度的物理量，但影响蒸发快慢以及影响人们对干爽与潮湿感受的因素，不是空气中水蒸气的绝对数量，而是空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压的差距。
所以与绝对湿度相比，相对湿度能更有效的描述空气的潮湿程度。
4．湿度计过去常用的湿度计有干湿泡湿度计和毛发湿度计，现代湿度计多使用传感器测量湿度。
课后问题与练习点击1．解析：因为天气潮湿，空气中水蒸气的密度大，水蒸气接近饱和，蒸发变慢，所以衣服不容易晾干。
2．解析：液面上部的蒸汽达到饱和时，仍然有液体分子从液面飞出，但此时单位时间内从液面飞出的液体分子和从蒸汽中回到液体的分子个数相同，所以从宏观上说，蒸汽的密度不再增加，蒸发停止。
3．解析：在饱和时，单位时间内从液面飞出的液体分子和从蒸汽中回到液体的分子个数相同，但温度降低时，液体的分子平均动能减小，单位时间内从液面飞出的液体分子数少于从蒸汽中回到液体的分子个数，所以蒸汽的分子密度减小，压强减小，直至达到新的平衡。
2021人教版高中物理选修(3-3)《饱和汽与饱和汽压》word教案
饱和汽与饱和汽压目标导航1．知道汽化及汽化的两种方式和其特点。
2．理解饱和汽与饱和汽压，能从分子动理论的角度解释有关现象。
3．理解空气的绝对湿度和相对湿度，并能进行简单计算。
4．了解湿度计的原理。
诱思导学1．汽化:物质从液态变成气态的过程叫做汽化。
汽化有两种方式:蒸发和沸腾。
其比较如下表:2．饱和汽与饱和汽压(1)饱和汽:与液体处于动态平衡的蒸汽叫做饱和汽。
没有达到饱和状态的蒸汽叫做未饱和汽。
(2)饱和汽压:在一定温度下，饱和汽的压强一定，叫做饱和汽压。
未饱和汽的压强小于饱和汽压。
友情提示:A:饱和汽压只是指空气中这种液体蒸汽的分气压，与其他气体的压强无关。
B:饱和汽压与温度和物质种类有关。
3．空气的湿度(1)空气的绝对湿度:用空气中所含水蒸气的压强来表示的湿度叫做空气的绝对湿度。
(2)空气的相对湿度:空气中水蒸气的压强(P1)与同一温度时水的饱和汽压(PS )的比值叫做空气的相对湿度。
即空气的相对湿度(B)为: B=(P1/PS)×100% 友情提示:空气的湿度是表示空气潮湿程度的物理量，但影响蒸发快慢以及影响人们对干爽与潮湿感受的因素，不是空气中水蒸气的绝对数量，而是空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压的差距。
所以与绝对湿度相比，相对湿度能更有效的描述空气的潮湿程度。
4．湿度计过去常用的湿度计有干湿泡湿度计和毛发湿度计，现代湿度计多使用传感器测量湿度。
课后问题与练习点击1．解析:因为天气潮湿，空气中水蒸气的密度大，水蒸气接近饱和，蒸发变慢，所以衣服不容易晾干。
2．解析:液面上部的蒸汽达到饱和时，仍然有液体分子从液面飞出，但此时单位时间内从液面飞出的液体分子和从蒸汽中回到液体的分子个数相同，所以从宏观上说，蒸汽的密度不再增加，蒸发停止。
3．解析:在饱和时，单位时间内从液面飞出的液体分子和从蒸汽中回到液体的分子个数相同，但温度降低时，液体的分子平均动能减小，单位时间内从液面飞出的液体分子数少于从蒸汽中回到液体的分子个数，所以蒸汽的分子密度减小，压强减小，直至达到新的平衡。
3饱和汽与饱和汽压-人教版选修3-3教案
3 饱和汽与饱和汽压-人教版选修3-3教案1. 饱和汽的定义和性质1.1 饱和汽的定义饱和汽是指在一定条件下，液体与气体达到平衡状态时，气体对应的状态称为饱和汽态。
在饱和汽态下，液体和气体之间处于动态平衡状态，其间的分子互相相互转移，达到了两种状态之间的平衡。
1.2 饱和汽的性质1.饱和汽具有独立的物理状态和物理性质。
2.饱和汽的温度和压力仅由液体的性质和环境条件所决定。
3.每种物质的饱和汽都有一定的压力。
4.饱和汽的密度远远低于液体的密度。
5.饱和汽的体积远远大于液体的体积。
2. 饱和汽压与温度的关系2.1 饱和汽压的定义饱和汽压是指某种物质在与其相应的饱和汽状态下，所对应的受到的压力。
2.2 饱和汽压与温度的关系饱和汽压与温度之间有着密切的关系，随着温度的升高，饱和汽压也会随之增加。
而且不同物质的饱和汽压与温度之间的关系各不相同。
在一定的温度范围内，饱和汽压与温度之间的关系可以用经验公式表示为：P = F(T)其中，P是饱和汽压，单位为Pa，T是温度，单位为K。
F(T)是关于温度的某个函数，和物质无关。
3. 应用实例3.1 饱和汽压的应用饱和汽压的应用十分广泛，主要体现在以下方面：1.测量湿度：利用饱和汽压和空气中水汽的压力之间的关系，可以通过测量温度和相应的饱和汽压来计算空气中的水汽含量，从而进行湿度的测量。
2.煮沸原理：在常温常压下，液体处于低温的状态下，水分子和蒸汽分子之间互相转移的速度很快，但是蒸汽分子又无法逃离液体表面进入空气，因此水沸腾时，其温度是将热能传递到水中，使得水中分子转化为蒸汽分子，而不是因为具有一定的温度就开始沸腾。
3.2 应用实例分析以汽车的空调为例，当车内的温度高于一定温度时，空调系统会开始工作，利用蒸发冷却的原理，将车内的温度降低到适宜的温度范围。
实际上，空调的制冷原理是利用压缩机将制冷剂压缩成高压气体，然后将高压气体通过散热器冷却，使其变成液体。
当制冷剂进入蒸发器时，由于蒸发器内的压力较低，制冷剂开始蒸发，吸收空气中的热量，进而降低车内的温度。
人教版高中物理教案-饱和汽与饱和汽压
3飽和汽與飽和汽壓1．蒸發與沸騰(1)蒸發：發生在液體表面，即液體分子由液體表面跑出去的過程叫蒸發。
(2)影響蒸發的因素：表面積、溫度、通風狀況、液面氣壓高低。
(3)蒸發的作用：蒸發可使液體降溫。
(4)蒸發的微觀解釋：分子由液面逸出時，需要在表面層中克服液體分子引力做功，所以跑出去的只能是那些熱運動動能較大的分子。
這樣，如果不從外界補充能量，蒸發的結果將使留在液體中的分子的平均動能變小，因而使液體溫度降低，故蒸發可以製冷。
(5)沸騰：在一定大氣壓下，加熱液體到某一溫度時，在液體表面和內部同時發生劇烈的汽化現象，相應的溫度叫沸點。
水在標準大氣壓下的沸點為100 ℃。
談重點：氣壓與沸點氣壓減小，水的沸點降低；氣壓增大，水的沸點升高。
【例1】有甲、乙、丙三支相同的溫度計，其中一支不準確，將甲放在空氣中，乙放在密閉的酒精瓶中，將丙放在開口的酒精瓶中，過一段時間，三支溫度計的示數都是22 ℃，則()A．甲不準確B．乙不準確C．丙不準確D．不能判定哪支不準確解析：蒸發吸熱，液體本身的溫度要降低，甲溫度計上無液體，不存在蒸發現象；乙放在密閉的酒精瓶中，蒸發受阻不能進行，故溫度計的示數與周圍環境的溫度相同，應準確；丙在開口酒精瓶中，酒精蒸發吸熱，酒精溫度應降低，所以應低於22 ℃，故丙不準確。
答案：C辨誤區：蒸發與沸騰蒸發的結果將使動能大的分子跑到液體外面，留在液體中的分子的平均動能變小，因而使液體溫度降低。
沸騰時由於汽化的劇烈進行，外界供給的熱量全部用於液體的汽化上，所以沸騰時溫度不再升高，直到液體全部變成氣體為止。
2.飽和汽與飽和汽壓(1)飽和汽在密閉容器中的液體不斷地蒸發，液面上的蒸氣也不斷地凝結，當這兩個同時存在的過程達到動態平衡時，宏觀的蒸發也就停止了，這種與液體處於動態平衡的蒸氣叫做飽和汽。
沒有達到飽和狀態的蒸汽叫做未飽和汽。
(2)飽和汽壓在一定溫度下，飽和汽的分子數密度是一定的，因而飽和汽的壓強也是一定的，這個壓強叫做這種液體的飽和汽壓。
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饱和汽与饱和汽压目标导航1．知道汽化及汽化的两种方式和其特点。
2．理解饱和汽与饱和汽压,能从分子动理论的角度解释有关现象。
3．理解空气的绝对湿度和相对湿度,并能进行简单计算。
4．了解湿度计的原理。
诱思导学1．汽化：物质从液态变成气态的过程叫做汽化。
汽化有两种方式：蒸发和沸腾。
其比较如下表：2．饱和汽与饱和汽压（1）饱和汽：与液体处于动态平衡的蒸汽叫做饱和汽。
没有达到饱和状态的蒸汽叫做未饱和汽。
（2）饱和汽压：在一定温度下,饱和汽的压强一定,叫做饱和汽压。
未饱和汽的压强小于饱和汽压。
友情提示：A:饱和汽压只是指空气中这种液体蒸汽的分气压,与其他气体的压强无关。
B:饱和汽压与温度和物质种类有关。
3．空气的湿度（1）空气的绝对湿度：用空气中所含水蒸气的压强来表示的湿度叫做空气的绝对湿度。
（2）空气的相对湿度：空气中水蒸气的压强（P 1）与同一温度时水的饱和汽压(P S )的比值叫做空气的相对湿度。
即空气的相对湿度(B)为： B=(P 1/P S )×100%友情提示：空气的湿度是表示空气潮湿程度的物理量,但影响蒸发快慢以及影响人们对干爽与潮湿感受的因素,不是空气中水蒸气的绝对数量,而是空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压的差距。
所以与绝对湿度相比,相对湿度能更有效的描述空气的潮湿程度。
4．湿度计过去常用的湿度计有干湿泡湿度计和毛发湿度计,现代湿度计多使用传感器测量湿度。
课后问题与练习点击1．解析：因为天气潮湿,空气中水蒸气的密度大,水蒸气接近饱和,蒸发变慢,所以衣服不容易晾干。
2．解析：液面上部的蒸汽达到饱和时,仍然有液体分子从液面飞出,但此时单位时间内从液面飞出的液体分子和从蒸汽中回到液体的分子个数相同,所以从宏观上说,蒸汽的密度不再增加,蒸发停止。
3．解析：在饱和时,单位时间内从液面飞出的液体分子和从蒸汽中回到液体的分子个数相同,但温度降低时,液体的分子平均动能减小,单位时间内从液面飞出的液体分子数少于从蒸汽中回到液体的分子个数,所以蒸汽的分子密度减小,压强减小,直至达到新的平衡。
4．解析：雾珠是在玻璃的内表面上,因为室内空气的温度高,但室外的温度低,所以玻璃的内表面处的空气的温度较低,若温度降低使水蒸气达到饱和,便会在玻璃上凝结成雾珠。
5．解析：查表可知25℃时水蒸气的饱和汽压为P S =3.2×103Pa所以由相对湿度的公式得B=(P 1/P S )×100%=333103.210⨯⨯×100%=93.8% 即空气的相对湿度为93.8%6．解析：查表可知30℃和20℃时水蒸气的饱和汽压分别为p 1=4.2×103Pa , p 2=2.3×103Pa所以空气的绝对湿度为 p= p×60%=4.2×103×60%=2.5×103Pa1因为P大于P,所以空气中的水蒸气不会成为饱和汽。
2多维链接1．不烫手的“开水”“开水”常常与“烫手”联系在一起,这是由于在通常情况下开水的温度高达100℃,远比皮肤的温度高。
但是,当你在高山上烧水时,明明看到水沸腾了,却不一定烫手。
在海拔3km的高原,水的沸点为91℃；在海拔6km的山上,水的沸点为80℃；而在海拔8848m的珠穆朗玛峰,水的沸点只有72℃。
在几万米的高空,水的沸点居然会低到11～18℃,那里“开水”的温度,比地面上冷水的温度还要低。
因此,在高山会出现许多怪现象：“开水”不烫手、鸡蛋煮不熟、“开水”不消毒。
探究思考：（1）水的沸点随高度的升高而降低,请你针对这一变化情况,提出一种猜想。
（2）按你的猜想推理,在比地面低得多的矿井底部,水的沸点将会怎样变化？（3）想一想,生活中什么餐具利用了这一道理。
２．“饮水小鸭”有一种的儿童玩具,谁见了都觉得奇怪。
它的名字叫“饮水小鸭”。
把这小鸭放在一杯水前面,小鸭就会俯下身去把嘴浸到杯里,“喝”完一口水,又直立起来。
可是直立一会儿,又会慢慢俯下身去,等到鸭嘴够到了水,“喝”了一口,又会直立起来。
这种玩具是“不花钱”的发动机的一个典型。
它的活动的机构是很巧妙的,请看图9.3-1和图9.3-2,小鸭的“身体”是一根玻璃管,管的上端是一个小球,做成鸭头的样子,连着扁嘴。
管的下端连一个较大的玻璃球,也是密封的。
球里面装有液体,玻璃管下端浸没在液面下。
要使小鸭能够活动,必须用水打湿鸭头。
鸭头打湿以后,有一段时间小鸭还能保持直立的姿势,因为下端的玻璃球和里面的液体比鸭头重。
现在看它会发生什么变化？我们看到液体开始沿着玻璃管上升（图9.3-2）。
当液面升到玻璃管上口的时候,上部就变得比下部重,于是小鸭就嘴向前把身子俯到杯子上。
当小鸭的身子俯到水平位置的时候,下端玻璃管的开口就会露出液面来,玻璃管里的液体也就流回下端的大玻璃球。
于是小鸭的“尾部”又变得比头部重,使小鸭恢复直立的位置。
现在我们明白了这个问题的力学方面的原理：液体的升降改变了重力的分布情况,简单地说,就是改变了重心。
可是使液体上升的,又是什么力呢？小鸭内部的液体是醚。
醚在室温里很容易蒸发,而醚的饱和蒸汽所产生的压力又会随温度的改变而剧烈改变。
在小鸭直立着的时候,可以看出有两个独立的醚蒸汽区域：一个在头部,一个在尾部。
鸭子的头部有一种奇妙的性能：只要用水把它打湿,那里的温度就会变得比周围温度稍微低一些。
要做到这一点也不困难,只要把鸭头的表面用善于吸水又容易让水分蒸发的多孔材料来做就行了。
水分急剧蒸发的时候,鸭头上的温度会变得比下面玻璃管和大玻璃球里的温度低。
这又转过来会使头部那个小玻璃球里的饱和蒸汽冷凝,压力也就随着降低。
于是下部那个大玻璃球里的比较大的压力就会挤压液体,使它顺着玻璃管上升。
重心位置移动了,小鸭就慢慢俯下身子一直到水平的位置。
在这个位置里,有两个过程各自独立地进行着。
第一,小鸭的嘴浸了一下水,这样就又把自己头上的棉套子打湿。
第二,上下两部分的饱和蒸汽混合了,压力也变得一样了（由于吸收了周围空气的热量,蒸汽的温度略有上升）,同时玻璃管里的液体,也在本身的重力作用下流入下端的大玻璃球。
于是小鸭又直立了起来。
这个玩具会不断地自动活动下去,只要让它头上的棉套子继续被打湿,而周围空气的湿度又不太大,能够保证正常的蒸发,也就是保证头部的温度能够相对地降低。
这样看来,小鸭头部的水不断蒸发所吸取的周围空气的热量,就是使这种奇妙的小鸭能够活动的原动力。
这种小鸭是“不花钱”的发动机的一个极其明显的例子,但它并不是什么“永动机”。
思考探究1、饮水小鸭中的液体为什么要用醚呢？这里用了醚的什么性质？2、看了上面的讲解,你明白饮水小鸭的原理了吗？你难道不想自己做一个饮水小鸭吗？3．太空中古怪的沸腾液体沸腾是地球上司空见惯的现象,但它却是一个十分复杂的物理过程。
当装有液体的容器被加热后,由于重力的影响,液体中比较热的部分上升,而比较冷的部分则下降──这就是“对流”。
浮力使气泡急速上升,因此产生剧烈的“沸腾”。
那么太空中的沸腾又是怎样的呢？实际上,物理学家一直被地球上沸腾液体的复杂行为所困惑。
而弄清沸腾的机理对工程技术人员是很重要的,这不仅仅关系到咖啡壶,更关系到宇宙飞船中的动力和空调系统的设计。
一个由密歇根大学和美国国家航空航天局的研究人员组成的科学家小组决定弄清这些问题。
从1992到l996年,在航天飞机所进行的5次飞行使命中,他们使用液体氟里昂进行了一系列的沸腾实验。
在实验中,他们发现了液体在地球与太空轨道上沸腾时所发生的一些令人迷惑的不同之处。
例如在太空中,液体在无重力条件下沸腾时不是生成了上万的升腾的小气泡,而是产生一个在液体中起伏的巨大的气泡,且不断夺下其他的小气泡。
多亏了美国航空航天局对这一过程的录像,现在我们在地球上就可以观察到液体这种令人迷惑的古怪的沸腾行为了。
如图9.3-3所示：弗朗西斯·基亚拉蒙特博士说：“想想看,在这些实验以前,世界上有谁看到过太空中的沸腾呢？这真是不可思议！”基亚拉蒙特是美国航空航天局负责液体沸腾实验的科学家,他说这一系列太空沸腾实验已被研究人员视为“经典”了。
这些录像的确十分有趣,但是科学家研究沸腾问题的热情绝不仅仅是出于简单的好奇。
因为一旦了解了液体在太空中是怎样沸腾的,科学家就可以制造出更有效的太空图9.3-3舱制冷系统,例如国际太空站上使用的就是利用氨在液态和气态间转化的空调系统。
太空中的沸腾知识也将在某一天被用来制造太空站上的发电站,它用太阳光使液体沸腾产生蒸汽,然后通过推动涡轮机产生电力,这样的研究同样也将在地球上得到应用。
因为失重环境给科学家打开了一个观察沸腾现象的崭新窗口,他们可以借此更好地理解沸腾这个基本的物理现象。
“沸腾现象是如此复杂,以至于我们对它的大部分理解是基于经验,而不是建立在基本的物理方程之上的。
”基亚拉蒙特说,“可是,在失重的太空轨道上,沸腾远比在地球上简单。
失重环境使对流和浮力的影响消失,这个差异可以解释为什么地球上的沸腾液体的行为与太空中如此不同。
它为想解决棘手物理问题的科学家提供了有力的工具。
比如说,如果你试图研究地球这样一个复杂的生态系统,你就需要先研究一个变量少一些的比地球简单的对象。
对我们来说,太空就可以将研究的问题简化。
”当液体在太空中被加热时,由于没有重力的作用,液体中比较热的部分不再上升,而是紧靠着加热器的表面停留并被继续变热,而远离加热器的区域则相对较冷。
因为只有一小部分液体被加热,因此它会更快地沸腾。
但是,由蒸汽形成的气泡不会冲出液面,而是结合成一个在液体内部晃动的巨大的气泡。
虽然这些现象用现有的理论就可以预测,但要想真正了解整个过程的细节,并寻找未预测到的现象,则需要进行真实的实验。
实验的负责人赫尔曼·默特被人们视为微重力沸腾实验之父,正是他发明了记录在录像带上的实验。
他说：“我们对许多问题还没有很好地理解。
”默特和其他科学家曾利用“下降塔”进行无重力沸腾的早期研究,即通过让高塔上的样品自由下落来实现几秒钟的零重力条件。
这些早期实验为设计在航天飞机中进行的实验提供了指南,但这匆忙的一瞥实在不能与在航天飞机上长达几分钟的观察相比。
这些早期研究的一项重要成果就是制造实验用的沸腾室的方法,它使科学家可以看清加热器的表面以及在那里与加热器接触的液体。
默特解释说：“这种相互作用就发生在加热器的固体与液体的接触面上,因为液体表面折射的影响,从下面是无法看清楚的。
”所以默特用石英制作了一个底面平滑、坚硬透明的沸腾室,然后又给石英覆盖上一层厚度不到400埃的极薄的金层。
这样它既能够让可见光自由穿过,又能像一大块金子一样导电。
默特与合作者使用这种装置得到了一些非常有趣的发现。
例如,随着实验温度的不同,那个巨大的气泡有时漂浮在液体的中心,有时则附着在与加热器相邻的表面。