浅谈初中物理中热胀冷缩在身边的运用

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  新课程物理教学中,很多知识用于生活中来,那我们谈谈一般的物质(少数几种例外),都具有热胀冷缩的特性。可是,不同的物质受热或冷却的时候,伸缩的速度和幅度各不相同。一般说来,密度小的物质,要比密度大的物质容易发生伸缩,伸缩的幅度也大,传热快的物质,要比传热慢的物质容易伸缩。
  鸡蛋是硬的蛋壳和软的蛋白、蛋黄组成的,它们的伸缩情况是不一样的。把煮得滚烫的鸡蛋立即浸入冷水里,蛋壳温度降低,很快收缩,而蛋白仍然是原来的温度,还没有收缩,这时就有一小部分蛋白被蛋壳压挤到蛋的空头处。随后蛋白又因为温度降低而逐渐收缩,而这时蛋壳的收缩已经很缓慢了,这样就使蛋白与蛋壳脱离开来,因此,剥起来就不会连壳带“肉”一起下来了。
  一、热膨胀在生产生活中的用处
  凡需要经受较大温度变化的东西,如果它们是用两种不同材料合在一起做的,那么在选择材料的时候,就必须考虑它们的热膨胀性质,两者越接近越好。例如,工程师在设计房屋和桥梁时,都广泛采用钢筋混凝土,就是因为钢材和混凝土的膨胀程度几乎完全一样,尽管春夏秋冬的温度不同,也不会产生有害的作用力,所以钢筋混凝土的建筑十分坚固。
  有些电器元件却是用两种热膨胀性质差别很大的金属制成的。铜片的热膨胀比铁片大,把铜片和铁片钉在一起的双金属片,在同样情况下受热,就会因膨胀程度不同而发生弯曲。利用这一性质制成了许多自动控制装置和仪表。日光灯的“启动器”里就有小巧的双金属片,它随着温度的变化,能够自动屈伸,起到自动开启日光灯的作用。一些自动开关是利用双金属片中两种金属的热胀冷缩程度不一样来实现的等等。
  在日常生活中,其他一些情况直接与热胀冷缩有关:
  1、斜拉桥的合龙,是利用钢材热胀冷缩原理,在江中心上空完成最后一截钢箱梁两侧几百个螺栓孔分别与东、西两岸钢箱梁上螺栓孔的对接,最后锚定即完成合龙。
  2、大块的岩石经过交替火烧、水浇,由于热胀冷缩,岩石会碎裂。由大变成小块的,这样就可容易把岩石移除。
  3、温度计就是根据液体热胀冷缩的性质制作的。人们先将水银或酒精等液体灌人玻璃管内,再将玻璃管浸入冰水混合物中,将此时液面所示定为0摄氏度,再将玻璃管浸入在1标准大气压下沸腾的水中,将此时液面所示定为100摄氏度。最后从0到100摄氏度之间分为100等份,每份就是1摄氏度。
  4、拔火罐:找一个水杯或玻璃罐头瓶,一块旧棉布。把棉布湿水后,迭成几层,平放在桌面上,然后给瓶里放上一团棉花,用火燃着,不等火熄灭,就赶快把瓶子扣在湿布上,瓶子就把布吸住了。这是因为瓶里的空气,有一部分受热膨胀后跑掉了,瓶子扣在湿布上以后,里边空气很快凉下来,瓶里空气的压强小于外面空气的压强,在里外压力差的作用下,湿布就好象被一只无形的手按住一样,掉不下来了。拔火罐就利用了这个道理。拔过火罐的人都会感觉到,在罐口处有一股向上拔的劲,就是这股劲促进机体的新陈代谢,达到一定的治疗目的。拔火罐的医疗方法在我国已有很悠久的历史,大约在公元四世纪就开始使用了。这说明在一千五百多年前,我们的祖先就已知道气体热胀冷缩的现象,并且利用了它。
  5、CPU上的应用:CPU散热器利用热胀冷缩原理,将铝质散热片加热后,利用专门机器在高温下将常温铜柱快速塞人。冷却后,铜柱与铝鳍片紧密结合一体。由于没有利用其他介质,热传导性能基本不会受到影响。
  6、如:孔明灯,当灯里的空气受热时,体积就会膨胀,但却只有一定限度的空间(灯的容积),因此,多余的空气分子便会跑出灯外(如下图),质量便减少,因密度=质量/体积,体积不变,质量减小,天灯里的空气密度便跟著变小,孔明灯也就因此浮起飞上去了!
  二、热胀冷缩也有它的弊端
  电线遇冷会收缩,如果在夏季架设电线时,電线过于绷紧,到了冬季,电线遇冷,就会断裂,产生致命危险。所以,人们在夏季架设电线时,往往会将电线架长一些。
  石头遇热会膨胀,如果在建造石拱桥时,不留空隙的话,桥很容易就会坍塌,所以人们在建桥时,一般会留一定的空隙。
  瓷砖吸水率较高,经热胀冷缩后便会导致表面龟裂及整块瓷砖剥落。厨房台面在烹饪过程中要经受火烤、水浸的磨难,特别是热胀冷缩很容易使其变形,天长日久,就会导致其他一些问题出现,带来诸多不便。如果用水泥去安装马桶,水泥的热胀冷缩会导致马桶的下部分开裂,会缩短马桶的使用寿命。
  铁轨受热会膨胀,温度升高1℃,1千米长的铁轨伸长1厘米,变化似乎很小。但是,如果夏季与冬季的温度差为55℃,以天津到北京为例,铁轨长120千米,则夏季要比冬季胀出66米。这可是个大数字。如果铺设时铁轨紧密相连,这胀出来的66米就会毁坏整条路线,所以铺设铁轨时,在相连接的地方都要留有一定的空隙。
  温热的刺激会让皮肤表皮细胞代谢加速,照理说这应该算是去角质的方式之一,可惜的是,温热刺激后,最先反应的是血管,而长期热胀冷缩的刺激下,血管扩张后就无法再收缩回来。到时候,动不动就整张脸红通通的,再加上使用去角质产品,到时不只是脸红,周而复始的脱皮才是真正痛苦的来源。
  通过调查,我发现,我们身边热胀冷缩的现象和应用还真不少,但任何事物总有它的两面性,物体的热胀冷缩也是如此,有利也有弊,这样的例子举不胜举。物理是一门实用性很强的科学,与工农业生产、日常生活有着极为密切的联系。物理规律本身就是对自然现象的总结和抽象,我们要利用它的有利一面为人类服务。
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