【一等奖】物体在同温度水中和空气中降温、解冻的速度的探究与论证
西南大学附属中学 李欣怿
指导教师: 杨峻一
一、摘要：通过自己设计并完成实验，探究不同形态的物体在同温度的水中和空气中降温、解冻的速度快慢及其原因，得出无论液体或固体，在水中比在同温度的空气中冷却或降温的速度快。这些现象的产生由于两个原因：一是水的比热容比空气大。二是水的热传递性比空气好。
二、关键词：固体 液体 温度 水 空气 降温 解冻 速度
三、引言：平时时常看到妈妈把煮熟的鸡蛋放在水里降温，把冰冻的猪肉放在水里解冻，为什么要放在水里呢？这其中蕴含什么物理原理吗？抱着对这个问题的疑惑和大胆的猜测，通过以下四个实验对此展开了探究和论证，得出无论液体或固体，在水中比在同温度的空气中降温或解冻的速度快。
四、实验：（实验设计及所得数据均为原创）
（一）探究相同液体在同温度的水中和空气中的降温速度
实验猜想：液体（此处为热牛奶）在同温度水中和空气中降温，水中降温速度快。
实验器材：2盒蒙牛250ml的牛奶，适量的水，秒表，温度计，大碗，锅，两个大小相同的碗，燃气灶
实验过程：
1. 向锅中倒适量的水，将两盒相同的牛奶放入水中至完全浸没，开始加热。
2. 加热13分05秒（水已沸一会儿后），同时将两盒牛奶取出。
3. 将A牛奶完全浸没在装满常温自来水的大碗中冷却，B牛奶放置在同温度空气中冷却。（之前已用温度计测出室温和水温同为 8.5℃ ）
4. 静置19分18秒后，将两盒牛奶分别剪开倒入两个大小相同的碗中，用恢复常温的温度计测得：A牛奶温度为 24.5℃ ，B牛奶温度为 48.0℃ 。
实验数据：
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温度 时间 物体 |
加热前 |
加热时长 |
冷却时长 |
|
0分0秒 |
13分05秒 |
19分18秒 |
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A牛奶（常温水中） |
常温（ 8.5℃ ） |
100℃ |
24.5℃ |
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B牛奶（常温空气中） |
常温（ 8.5℃ ） |
100℃ |
48.0℃ |
实验结论（1）：在降温时间相同时，A牛奶温度明显低于B牛奶温度。所以猜想正确，相同液体在同温度水中和空气中降温，水中降温速度快些。
（二）探究相同固体在同一温度水中和空气中降温速度比较
实验猜想：固体（此处为鸡蛋和铁钉）在同温度水中和空气中降温，水中降温快。
实验1
实验器材：两个大小相同的鸡蛋，适量的水，秒表，温度计，碗，锅，燃气灶
实验过程：
1. 将两个鸡蛋放入锅中，向锅中倒适量的水以完全浸没鸡蛋，开始加热。
2. 加热至18分21秒（水已沸一会儿，鸡蛋煮熟），同时将两个鸡蛋取出。
3. 将A鸡蛋完全浸没在盛有自来水的碗中，B鸡蛋放置在空气中，静置。（之前已用温度计测出室温和水温同为 8.5℃ ）
4. 静置8分26秒后，用恢复常温的温度计测得：A鸡蛋表面温度为 11.0℃ ，B鸡蛋表面温度为 19.5℃ 。
实验2
实验器材：两颗一样的铁钉，两个铁钳，适量的水，秒表，温度计，碗，燃气灶
实验过程：
1．打开燃气灶，用两个铁钳分别夹上两个铁钉，同时放在燃气灶的火焰上加热。
2．加热4分06秒后，两个铁钉都微微发红。
3．同时移开火焰，将A铁钉完全浸没在装有水的碗中，B铁钉放置在空气中，静置。（之前已用温度计测出室温和水温同为 8.5℃ ）
4．静置2分10秒后，用恢复常温的温度计测得：A铁钉温度为 12.0℃ ，B铁钉温度为 16.5℃ 。
实验数据：
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表面温度 时间 编号 |
加热前 |
加热时长 |
冷却时长 |
|
0分0秒 |
18分21秒 |
8分26秒 |
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A鸡蛋（常温水中） |
常温（ 8.5℃ ） |
100℃ |
11.0℃ |
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B鸡蛋（常温空气中） |
常温（ 8.5℃ ） |
100℃ |
19.5℃ |
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温度 时间 编号 |
加热前 |
加热时长 |
冷却时长 |
|
0分0秒 |
4分06秒 |
2分10秒 |
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A铁钉（常温水中） |
常温（ 8.5℃ ） |
烧红，温度太高无法测出 |
12.0℃ |
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B铁钉（常温空气中） |
常温（ 8.5℃ ） |
烧红，温度太高无法测出 |
16.5℃ |
实验结论（2）：在降温时间相同时，A鸡蛋表面温度低于B鸡蛋温度，A铁钉温度低于B铁钉温度。所以猜想正确，相同固体在同温度的水中和空气中降温，水中降温快。
（三）探究相同物体在同温度水中和空气中解冻速度
实验猜想：物体（此处为冰冻猪肉末）在同温度水中和空气中解冻，水中解冻快。
实验器材：两包各 200g 的冰冻猪肉末，碗，适量的水，时钟
实验过程：
1. 从冰箱取出两包各 200g 的冰冻猪肉末，A猪肉末完全浸没在装有水的碗中，B猪肉末放置在常温空气中，静置。（之前已用温度计测出室温和水温同为 8.5℃ ）
2. 静置2时30分后，观察得A猪肉末已解冻约1/2，而B猪肉末只是薄薄表层有点湿软。
实验数据：
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软硬程度 时间 编号 |
解冻前 |
解冻时长 |
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0分0秒 |
2时30分 |
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A冻肉末（常温水中） |
硬邦邦 |
一半湿软（解冻1/2） |
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B冻肉末（常温空气中） |
硬邦邦 |
薄表层湿软（只解冻薄薄表层） |
实验结论（3）：在解冻时间相同时，A猪肉末解冻程度大于B猪肉末。所以猜想正确，相同物体在同温度水中和空气中解冻，水中解冻快。
五、结语：
综上实验结论（1）、（2）、（3）得出：相同物体（无论液体或固体），在同温度水中和空气中降温，水中降温快；在同温度水中和空气中解冻，水中解冻快。而我又通过查阅资料和咨询老师证实，这些现象的产生由于两个物理原因：一是水的比热容比空气大，二是水的热传递性比空气好。实验结束后还上网查阅了很多资料，了解到这一物理原理已经在工农业生产和日常生活中有广泛的应用。比如：利用水的比热容大来调节气候，利用水的比热容大来冷却或取暖等。我希望今后能够利用这一物理原理，在更多的领域方便我们的生活，提高效率！
评语：作者善于观察生活，研究生活，从论文中可以看出该同学对于科学探究的方法已有所领悟，这份行动力难能可贵，而且得出的结论也是有实用价值的。