《牛顿冷却定律(必修一实习作业)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《牛顿冷却定律(必修一实习作业)（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、探究牛顿的冷却模型 一、理论支持牛顿冷却定律(Newtons law of cooling):温度高于周围环境的物体向周围媒质传递 热量逐渐冷却时所遵循的规律。当物体表面与 周围存在温度差时，单位时间从单位面积散失 的热量与温度差成正比。牛顿冷却定律是牛顿在1701年用实验确 定的，在强制对流时与实际符合较好，在自然 对流时只在温度差不太大时才成立。 是传热 学的基本定律之一，用于计算对流热量的多少 。 l实习环境：家中方案设计：l实验原理：牛顿的冷却定律：l实验步骤： 1、用温度计测环境温度。 2、取1杯50C的水，测其冷却至48、45、 43所用的时间。 3、记录上述实验数据，验证牛顿的冷
2、却模型二、实验验证二、实验验证0t 12.913.213.81510.023.35434548温度数 据家中温度：13 分析：经牛顿冷却定律计算出的环境温度 与实际所测的家中温度相近。 实验结论：温度高于周围环境的物体向周围 媒介传递热量逐渐冷却，遵循牛顿的冷却定 律。l1、一杯开水的温度降到室温大约需要多少时 间？l答：一般情况下，开水的温度是100，室温 是26时，所以一杯250ml的开水冷却至室温 大约需12h。三、实验探究l2、应在炒菜之前多长时间将冰箱里的肉拿出 来解冻？l答：运用牛顿冷却定律可知，炒菜之前大约 10min应将冰箱里的肉拿出来解冻，这样既有 利于切又能保持肉味的鲜美。
3、三、实验探究l3、在寒冷的冬季，是冷水管容易结冰，还是 热水管容易结冰？l答：热水管容易结冰，如果从Mpembe效应 的蒸发角度看，在热水冷却到冷水的初温的 过程中热水由于蒸发会失去一部分的水，质量 较少，令水较容易冷却和结冰，这样热水就可 能较冷水早结冰，但冰量较少，从溶解气体对 流和周围事物等方面考虑，热水管较冷水管先 结冰。三、实验探究四、提出挑战Mpemba 效应 姆潘巴在坦桑尼亚的马干巴中学读三年级时 ，校中的孩子们做冰淇淋总是先煮沸牛奶，待到冷 却后再倒入冰盘，放进电冰箱。为了争得电冰箱的 最后一只冰盘，我决心冒着弄坏电冰箱的风险而把 热牛奶放进去了。一个多小时以后，我们打开电冰
4、箱，里面出现了惊人的奇迹:我的冰盘里的热牛奶 已结成坚硬的冰块，而他们的冰里还是稠稠的液体 。我飞快地跑去问物理老师，他淡淡地回答说:“这 样的事一定不会发生。“四、提出挑战Mpemba 效应 进入高中后，在学习牛顿冷却定律时，我又问 物理老师，他同样轻率地否定了我的观察。我继续 述说我的理由，可老师不愿意听，在一旁的同学们 也帮着老师质问我:“你究竟相不相信牛顿冷却定律 ?“我只好为自己辩解:“可定律与我观察的事实不符 嘛!“在同学们的讪笑声中，老师带着无可奈何的神 情说道:“你说的这些就叫做姆潘巴的物理吧!“从此 以后，“姆潘巴的物理“便成了我的绰号，只要我做 错一点，同学们就马上说“这是
5、姆潘巴的什么 。“尽管如此，我仍然坚信我的观察是正确的，其 中可能包含着更为深刻的道理。四、提出挑战Mpemba 效应 就在这一年，坦桑尼亚最高学府达累斯萨拉姆 大学物理系系主任奥斯波恩博士来我校访问，我决 心求助于博士，我向他讲述了我的奇遇。他先是笑 了一下，然后认真地听取了我的复述，博士回校后 亲自动手并观察到了同一事实。他高度评价了我的 观察，他说:“姆潘巴的观察，事实上提出了权威物 理学家可能遇到的危险，同时也对物理教师提出了 一个感兴趣的问题。“四、提出挑战Mpemba 效应 1.冷却的快慢不是由液体的平均温度决定的， 而是由液体上表面与底部的温度差决定的，热牛奶 急剧冷却时，这种温
6、度差较大，而且在整个冻结前 的降温过程中，热牛奶的温度差一直大于冷牛奶的 温度差。2.上表面的温度愈高，从上表面散发的热量就 愈多，因而降温就愈快。基于以上两方面的理由，热牛奶以更高的速 度冷却着，这便是热牛奶先冻结的秘密。是真的吗l 基于热牛奶先冻结的解释，我们“猜想“:在 发生严重冰冻的日子里，热水管应该先于冷水 管发生冻结，是不是这样呢? 反思l冷牛奶从初温开始到冻结所需时间为t1，热牛奶 冷却到初温所需时间t2，则热牛奶从初温开始到 冻结所需的全部时间为t1+t2。l显然有(t1+t2)t1.推导出如下结论:热牛奶先冻结 的现象不可能发生。l如果发生了热牛奶先冻结的现象，则必然导出 (t1+t2)t1的结论，这似乎是荒谬的。l上述貌似正确的推理支配着人们的头脑，所以不 少的人不但自己不去观察，甚至连别人观察到的 事实也不敢相信。这种不尊重观察的态度，往往 使真理从自己的鼻尖下面悄悄溜走。
