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初中物理 - 物理常识 - 为什么开水不响,响水不开?

英才学习4周前 (01-28)初中物理58

初中物理 - 物理常识 - 为什么开水不响,响水不开?

涉及到的初中物理知识点有:物体振动发声、音调、响度、压强、浮力、热胀冷缩原理等。


当把水加热时,由于容器中水的温度受热不均匀,导致水的密度不同。底部水温较高的水的密度低于上部水温较低的水的密度,使容器中的水形成上、下对流循环,这种对流循环将产生摩擦,带动水的振动,并且带动容器共振,导致振动声响变大。


其次,当水壶中的水达到一定温度时,容器底部和器壁会出现一些小气泡,这种小气泡是由吸附在容器壁和溶在水中的空气形成的。气泡中除了一定量的空气外,还有因受热而产生的水蒸汽。当温度继续升高时,向气泡内汽化的水蒸气逐渐增多,气泡内的压强也就增大,导致小气泡逐渐膨胀,在浮力作用下由底部上升。上面的水温度较低,气泡内部分水蒸气又液化成水,内部压强减小,气泡体积逐渐缩小。



继续加热,原来温度较低的水温度升高,气泡再次臌胀上升,升到一定的温度时,气泡中的部分水蒸汽又要液化成水,体积又缩小。所以,在加热烧水过程中,随着温度的逐渐升高,气泡体积一会儿臌胀,一会儿缩小,不断上浮、下沉,发生振动。当这种振动的频率与容器的频率(固有频率)相同时,就会产生共振现象。这就是为什么我们听到了“轰轰轰”的响声,但水却没有开,即所谓的“响水不开”。


当水达到沸点被烧开后,由于水的对流和热气泡不断地向上运动,使得水的下、中、上层的水温趋于一致,水壶里各部位的水温均达到沸点,它就不会再产生对流循环、摩擦,它的振动会逐渐变小。水沸腾时,从容器的底部产生的大量水蒸气不断涌出水面,在这个过程中水蒸气与水之间也会有一定的摩擦,但这种摩擦不大,气泡与容器的共振现象也相对较小,只能听到“嘶嘶嘶”的声响。


还有一种情况是在水沸腾时,会发出“叭叭叭”的声响。这种现象是因为水沸腾时,气泡内的压力大于气泡外的压力,气泡迅速膨胀,加速上浮,直至水面破裂释放出水蒸气和空气。随着大量气泡破裂,气压增大冲击到水壶盖,使水壶盖被弹起,释放部分水蒸气后落下,这样周而复始,就形成了“叭叭叭”的声音。这就是“开水不响”的道理。


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