?【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』，此版叢書(shū)是“數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書(shū)共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書(shū)是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來(lái)自學(xué)。不過(guò)這套叢書(shū)卻很適合像我這樣已接受過(guò)基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫(xiě)的注解。

【山話嵓語(yǔ)】『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)』其實(shí)還有新版，即80年代的改開(kāi)版，改開(kāi)版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過(guò)我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)和計(jì)算模式的來(lái)由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開(kāi)版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒(méi)在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』上傳成文字版。? ?

第三章物體的熱膨脹

【山話||? 本系列專(zhuān)欄中的力單位達(dá)因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳。另外這套老教材中的力的單位常用公斤，如今是不允許的，力是不能使用公斤為單位的?！?/span>

§3-1物體的熱脹冷縮

【01】日常生活的經(jīng)驗(yàn)告訴我們，一般物體受熱時(shí)體積略為脹大，冷卻時(shí)略為縮小，這就是所謂熱脹冷縮現(xiàn)象。下面我們分別就氣體、液體和固體三種情況來(lái)進(jìn)行討論。

【02】拿一個(gè)燒瓶，用軟木塞蓋好，瓶塞中插入一根彎成直角的玻璃管，在玻璃管的水平部分里預(yù)先裝一滴帶有顏色的水，水滴最好在水平管的中間。如果用手握住瓶子（圖3·1)，使瓶中的空氣受熱，就可以看到玻璃管里的小水滴向左移動(dòng)，這說(shuō)明空氣變熱時(shí)，體積就會(huì)增大。然后把瓶放在桌子上，松開(kāi)手后，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)水滴又逐漸回到原來(lái)的位置。這說(shuō)明空氣變冷時(shí)，體積就會(huì)縮小。如果瓶中裝的不是空氣，而是任何一種別的氣體，結(jié)果也是一樣的。于是，我們得到下面的結(jié)論：一切氣體受熱的時(shí)候就膨脹，變冷的時(shí)侯就收縮。

【03】再拿兩個(gè)同樣大小的試管，里面分別裝滿帶有顏色的水和煤油，兩個(gè)試管都用插有同樣粗細(xì)的細(xì)玻璃管的軟木塞蓋好，并且讓玻璃管中的液面一樣高。然后把兩個(gè)試管同時(shí)豎直地放進(jìn)盛有熱水的杯子里（圖3·2）。幾分鐘后，水和煤油都因受熱而開(kāi)始膨脹，從液面的高低可以看出，煤油比水膨脹得多一些，然后將它們?nèi)〕?，讓試管中的液體慢慢地煤油冷卻，于是液面又都回到原來(lái)的位置這說(shuō)明，液體受熱的時(shí)候就膨脹，變冷的時(shí)候就收縮；體積相同和受熱情況一樣時(shí)，不同液體的膨脹程度是不同的。

【04】我們還可以比較液體和氣體的熱膨脹情況。和上面一樣，在兩個(gè)同樣大小的試管里，一個(gè)裝滿帶有顏色的酒精或煤油，另一個(gè)裝的是空氣。在裝有液體的試管里，蓋上軟木塞后，液面升到玻璃管里。在盛空氣的試管的玻璃管中預(yù)先裝入一小滴帶有顏色的水，并且讓水滴和另一玻璃管中的液面同樣高。然后把這兩個(gè)試管一起放到盛著熱水的杯子里。根據(jù)液面上升和水滴移動(dòng)的程度，可以知道液體比氣體膨脹得少。

【05】在圖3·3的裝置中，將鐵棒的一端固定，另一端壓在小針上，針下面墊一塊玻璃板，針尖穿過(guò)一條厚紙（或一根麥稈）。鐵棒向右端伸長(zhǎng)時(shí)，會(huì)使針和穿在針尖上的紙條發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)對(duì)鐵棒進(jìn)行加熱時(shí)，可以看到紙條發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，即鐵棒正在膨脹。讓鐵棒冷卻，紙條就向反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。用別的金屬棒來(lái)做實(shí)驗(yàn)，結(jié)果也是一樣。因此，固體跟氣體、液體一樣，也是熱脹冷縮的。

【06】把細(xì)長(zhǎng)的薄銅片和薄鐵片用釘密合起來(lái)，成為一個(gè)復(fù)棒（叫做雙金屬片）。對(duì)復(fù)棒進(jìn)行加熱時(shí)，它的自由端就向鐵片那一邊彎曲，成了如圖3·4(a)中所示的樣子。這說(shuō)明在同樣的受熱情況下，銅片比鐵片膨脹得多。如果用冰水澆在復(fù)棒上面，使它冷卻，那末銅片就比鐵片收縮得多一些，因而復(fù)棒向銅片那邊彎曲，成了如圖3·4(b)所示的樣子。由此可見(jiàn)，在同樣的情形下，不同固體的熱脹冷縮程度是不同的。

【07】如果在一個(gè)燒瓶中裝滿帶有顏色的水，瓶口用插有細(xì)玻璃管的軟木塞蓋好（圖3.5(a)），那么液面就升到玻璃管中。然后對(duì)燒瓶很快地進(jìn)行加熱，這時(shí)，管子里的液面先是稍微降低一些（圖3.5(b)），隨后才開(kāi)始上升（圖3·5(c)）。這是什么原因呢？原來(lái)瓶子先受熱膨脹，它的容積增大了，液面就自然要降低，但是等到液體也受熱以后，液面會(huì)升到比原來(lái)還高的位置上去。這個(gè)現(xiàn)象告訴我們，在同樣的情形下，液體的膨脹比固體的膨脹大。

【08】從上面的研究中，我們得出下面的結(jié)論：

【09】一般物體都是受熱時(shí)膨脹，冷卻時(shí)收縮。在同樣的情形下，氣體膨脹最大，液體膨脹次之，固體膨脹最小。

【10】也有一些物質(zhì)在一定的條件下不呈現(xiàn)出熱脹冷縮的現(xiàn)象。例如，水從4°C 降到0°C 時(shí)，它的體積不是縮小而是增大。關(guān)于這個(gè)問(wèn)題將在后面再進(jìn)行討論。

習(xí)題3-1

1、被踩癟的乒乓球，怎樣使它重新恢復(fù)原來(lái)的形狀？說(shuō)明道理。

2、把很熱的玻璃杯倒放在盛有冷水的盤(pán)里（如圖），幾分鐘后，杯里的水面會(huì)比盤(pán)里的水面高一些，這是什么緣故？

3、細(xì)頸瓶里裝著煤油，用橡皮圈套在瓶頸上表示油面的高度。如果把瓶放到熱水里，就可以看到油面先行下降，再開(kāi)始上升。怎樣解釋這種現(xiàn)象？

4、玻璃瓶上的玻璃塞如果嵌得過(guò)緊而很難取出時(shí)，只要把瓶頸放在火上烘熱，就能把瓶塞拔出，這是什么道理？[提示：注意玻璃不善于導(dǎo)熱，而瓶頸受熱在先]

5、舉出一些說(shuō)明液體和固體熱脹冷縮的例子。

6、如果冬天在室外將汽油裝入汽油筒中，然后拿到室內(nèi)存放，問(wèn)裝油時(shí)是否可以裝滿？為什么？

7、拿一塊如圖所示的木板，把一個(gè)大針的針尖插在木塊的左內(nèi)側(cè)面上，針眼那一頭平放在右邊的橫頭上。穿過(guò)大針的針眼豎直地插上一根小針到木板上，再在大針針眼的外面豎直地插上另一根小針，用蠟燭火焰燒這根大針時(shí)，可以看到，插在大針針眼中的那一根小針逐漸向右傾斜（見(jiàn)圖中的虛線）。根據(jù)§3-1中學(xué)到的知識(shí)來(lái)解釋這一現(xiàn)象。

8、在夏天安裝電燈線或電話線時(shí)，是否可以把線拉緊？為什么？

9、如果一個(gè)氣壓計(jì)的讀數(shù)在冬季某一天和夏季某一天都是760毫米高水銀柱。試問(wèn)：兩者的實(shí)際氣壓是否相等？哪一個(gè)大一些？

10、說(shuō)明圖中所示的“小噴泉”的作用原理。

11、圖中壓強(qiáng)計(jì)兩側(cè)的液面高度原來(lái)是相等的?，F(xiàn)在如果把包有橡皮薄膜的漏斗放在冷水中，試問(wèn)兩側(cè)液面高度是否還保持相等？如果將漏斗放入熱水中又會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？