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摘要：

本文的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要分為兩部分，一部分是“吹氣還是攪拌能讓熱水涼的更快”，一部分是“吹氣還是攪拌能讓熱咖啡涼的更快”。實(shí)驗(yàn)一是基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，是實(shí)驗(yàn)二的鋪墊。之所以會(huì)想到設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，主要是要進(jìn)一步認(rèn)識(shí)相關(guān)物理現(xiàn)象和掌握熱學(xué)原理，這是本文實(shí)驗(yàn)的研究目的，也是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的根本出發(fā)點(diǎn)，并由此實(shí)驗(yàn)也獲得了一定的啟示和思考。

關(guān)鍵詞：

熱學(xué)原理；冷卻咖啡；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)思考

當(dāng)充好一杯熱咖啡，想馬上品嘗一番，但是溫度太高無法下口，要想讓咖啡迅速降溫，是采取攪拌更好，還是吹氣更好呢？或者干脆兌入一些涼水或冰塊，但如此一來勢(shì)必會(huì)破壞咖啡口感，因此為了享用原汁原味的咖啡，大部分人選擇耐心攪拌或吹氣。但兩種方式哪一個(gè)更有效呢？對(duì)此，本文用實(shí)驗(yàn)方法去驗(yàn)證一二，希望能夠帶來有益思考和啟發(fā)。

1實(shí)驗(yàn)器材

實(shí)驗(yàn)一：兩個(gè)容量相同的玻璃杯、電水壺、勺子、扇子、溫度計(jì)、秒表；實(shí)驗(yàn)二：兩個(gè)容量相同的玻璃杯、電水壺、勺子、扇子、溫度計(jì)、雀巢速溶咖啡或咖啡粉。

2實(shí)驗(yàn)方法

2．1實(shí)驗(yàn)一

（1）將剛剛用電水壺?zé)_的熱水倒入準(zhǔn)備好的一個(gè)玻璃杯中，然后測(cè)量溫度，做好記錄，同時(shí)開始計(jì)時(shí)；（2）用勺子快速攪拌玻璃杯中的熱水，持續(xù)攪拌五分鐘，并再次測(cè)量實(shí)際溫度，隨后靜置五分鐘后進(jìn)行最后一次溫度測(cè)量，并做好記錄；（3）將剛剛用電水壺?zé)_的熱水倒入準(zhǔn)備好的另一個(gè)玻璃杯中，并確保兩個(gè)水杯中的水量相等，隨后測(cè)量水溫，當(dāng)水溫與另一個(gè)杯中熱水首次測(cè)量溫度一致時(shí)，開始計(jì)時(shí)，并將扇子對(duì)準(zhǔn)杯口上部進(jìn)行持續(xù)煽動(dòng)，這是對(duì)人工吹氣的模擬；（4）用扇子持續(xù)煽動(dòng)杯口上部五分鐘后，測(cè)量水溫并做好記錄，隨后靜置五分鐘后做最后一次測(cè)量，然后做好記錄；（5）對(duì)兩次水溫測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較。

2．2實(shí)驗(yàn)二

（1）取兩包速溶咖啡或份量相等的咖啡粉，在一個(gè)準(zhǔn)備好的玻璃杯中導(dǎo)入咖啡和剛剛燒開的熱水，用勺子攪拌均勻后，及時(shí)測(cè)量實(shí)際溫度，并做好記錄，同時(shí)開始計(jì)時(shí)；（2）用勺子快速持續(xù)地?cái)嚢枧莺玫目Х任宸昼姡缓鬁y(cè)量溫度，并及時(shí)做好記錄，隨后靜置五分鐘后做最后一次溫度測(cè)量，并真實(shí)記錄溫度；（3）取兩包速溶咖啡或份量相等的咖啡粉，在另一個(gè)準(zhǔn)備好的玻璃杯中導(dǎo)入咖啡和剛剛燒開的熱水，用勺子攪拌均勻后，隨后進(jìn)行測(cè)溫，當(dāng)溫度與另一個(gè)杯中咖啡首次測(cè)量溫度一致時(shí)，開始計(jì)時(shí)；（4）用扇子持續(xù)煽動(dòng)杯口上部五分鐘后，測(cè)溫并做好記錄，隨后靜置五分鐘后做最后一次測(cè)量，然后做好記錄；（5）重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，多次測(cè)量并記錄好所得數(shù)據(jù)，最后加以比較。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3．1實(shí)驗(yàn)一：

分析數(shù)據(jù)，首次測(cè)量溫度均為86．4度，持續(xù)攪拌五分鐘后溫度為67．3度，下降了19．1度，繼續(xù)靜置五分鐘后水溫為62．1度，再次降低了5．2度，總降低溫度24．3度。而持續(xù)扇風(fēng)五分鐘后溫度為67．1度，將對(duì)了19．3度，繼續(xù)靜置五分鐘后溫度為61．7度，總降低溫度24．7度。數(shù)據(jù)初步顯示，吹氣要比攪拌的降溫效果稍好一點(diǎn)。

3．2實(shí)驗(yàn)二：

分析數(shù)據(jù)，首次測(cè)量溫度均為84．1度，持續(xù)攪拌五分鐘后溫度為69．5度，下降了14．6度，繼續(xù)靜置五分鐘后水溫為63．4度，再次降低了6．1度，總下降溫度20．7度。而持續(xù)扇風(fēng)五分鐘后溫度為66．2度，將對(duì)17．9度，繼續(xù)靜置五分鐘后溫度為59．7度，總下降溫度24．4度。數(shù)據(jù)初步顯示，吹氣要比攪拌的降溫效果好許多。兩組實(shí)驗(yàn)在經(jīng)過多次重復(fù)后，發(fā)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果與初試結(jié)果一致：吹氣要比攪拌的降溫效果好，前者降低溫度要比后者多3－4度。

4結(jié)果分析與注意事項(xiàng)

結(jié)果分析：攪拌降溫時(shí)，會(huì)使得杯中上下部分水溫迅速交換，這樣一來，我們可以視為整杯水在不停混合均勻的情況下上下部水溫是相同的。而在吹氣降溫時(shí)，杯中上下部分水智能通過自然對(duì)流實(shí)現(xiàn)溫度交換，當(dāng)上部水溫低于下部時(shí)就會(huì)下沉，而下部熱水則會(huì)上浮。這就是攪拌和吹氣情況下，不同的降溫原理。但盡管攪拌使得杯中上下部分水溫迅速交換，但這樣會(huì)使得水杯上部的空氣升溫，而杯子附近空氣的溫度與周圍空氣的溫度交換也是一個(gè)需要時(shí)間的過程。而吹氣降溫時(shí)，雖然杯子內(nèi)部水溫?zé)o法實(shí)現(xiàn)迅速交換，但杯子周圍空氣總能夠快速帶走水溫，同時(shí)會(huì)不斷有低溫空氣過來吸收杯中熱水所散發(fā)的熱量。由于吹氣范圍較大，這就決定了杯子和水的溫度能夠大范圍并迅速地實(shí)現(xiàn)交換。這也是為何吹氣要比攪拌的降溫效果好的原因所在。注意事項(xiàng)：攪拌和扇風(fēng)都要盡量持續(xù)用力地進(jìn)行，要保證溫度測(cè)量的規(guī)范性，溫度計(jì)的水銀液泡必須全部放入水中，同時(shí)要確保不能與杯子相碰觸。同一實(shí)驗(yàn)要重復(fù)做幾次，以避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)偶然性，而在重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)一定要確保每次注入熱水的杯子都是常溫的，以防止玻璃破裂。此外，實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二所用的杯子都是普通玻璃材質(zhì)，因?yàn)檫@種杯子有著非常好的散熱效果，當(dāng)扇風(fēng)降溫時(shí)，不僅杯口處溫度交換更快，而且側(cè)面和周圍空氣的溫度交換也相對(duì)較快。日常生活中我們最常用的就是這種散熱效果好的杯子，其材質(zhì)則以玻璃、陶瓷為主。如果沒有耐心等待咖啡自然冷卻，可選擇用小扇子或其他物品對(duì)準(zhǔn)杯口上部扇風(fēng)，或直接選用嘴吹氣，這樣要比攪拌的冷卻效果更好，能讓我們更快地品嘗到美味咖啡。

5結(jié)論

本組實(shí)驗(yàn)屬于探究型課外物理小實(shí)驗(yàn)，所用器材都是日常生活中常見的物品，操作簡(jiǎn)便，可行性強(qiáng)，思路也很明確，就是利用控制變量法探究吹氣和攪拌兩種方式哪個(gè)冷卻效果最佳。本組實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜻M(jìn)一步加深對(duì)熱學(xué)知識(shí)和原理的理解，并結(jié)合周圍環(huán)境情況對(duì)所得數(shù)據(jù)加以對(duì)比分析，不僅有效培養(yǎng)了物理邏輯思維和實(shí)驗(yàn)嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，而且有效培養(yǎng)了實(shí)踐操作能力和數(shù)據(jù)分析能力。同時(shí)，本組實(shí)驗(yàn)具有非常強(qiáng)的實(shí)際意義，是物理知識(shí)應(yīng)用于生活的成功探索。

作者：程睿 單位：北京石油學(xué)院附屬中學(xué)高三（一）班

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