对一道关于熔化热与汽化热的中考选择题的再讨论

严庆 邵云

摘 要：本文对一道中考选择题中的两个选项：“用冰袋给病人降温”和“用手沾些冷水去拿热包子不会太烫”的确切原因进行了剖析。通过联系实际与定量计算，指出前者主要是因为冰熔化吸热；而后者则要看具体过程，可能是水升温吸热，也可能是水汽化吸热，但总体是因为水汽化吸热。

关键词：比热容；熔化；蒸发；熔化热；汽化热

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）9-0043-3

熔化热是指在一定的压强下，单位质量（或一摩尔）的晶体在熔化时变成同温度的液态物质所需吸收的热量。汽化热是指在标准大气压下，使单位质量（或一摩尔）的物质在一定温度下蒸发所需要的热量。汽化热与汽化时的温度有关，温度升高时汽化热减小。在新课标中，熔化与汽化过程仍是考查的知识点，但熔化热与汽化热的大小已被删掉，这给师生在需要定量计算才能确切理解某些物理现象时造成一定的困扰。下面笔者以一道南京中考题为例，运用熔化热、汽化热与比热容进行过程分析与定量计算，尝试解决关于该题的一些争议。

这是一道单选题，原参考答案是选项C，但一些物理教师对选项A和B产生了争议，题目是这样表述的：

下列对生活中一些现象的解释错误的是（ ）

A.用冰袋能给高热病人降温，是因为冰熔化吸热

B.用手沾些冷水去拿热包子不会太烫，是因为水汽化吸热

C.在寒冷的北方不用水银温度计测量气温，是因为水银的凝固点较低

D.舞台上用干冰能制造白雾，是因为干冰升华吸热使水蒸气液化

1 选项A的内容是正确的

对于选项A，有观点[1]指出：用冰袋冷敷之所以能够为高热病人降温，其原因只是由于冰袋的温度低于高热病人的体温而已，而不是冰熔化吸热，因为若用冰袋冷敷时，冰块并未熔化但一样有降温作用。

这样解释似乎有一定的道理。可实际上，我们在用-5 ℃的冰袋冷敷时，与病人皮肤间接接触的部分碎冰块会迅速升温至0 ℃，然后便熔化吸热。此时，整个冰袋内的冰块并非处于热平衡状态，即并非是整体升温到0 ℃才开始熔化，实际上冰袋内很快就有液态水出现。这些间接接触的冰块先后进行了吸热升温、熔化吸热、水吸热升温这三个阶段，具体吸收热量如何，我们可作如下简单的比较。

冰和水的比热容分别约为2.1×103 J/（kg·℃）和4.2×103 J/（kg·℃），冰的熔化热约为3.36×105 J/（kg·℃）。1 kg的冰从0 ℃熔化成0 ℃的水需要吸收3.36×105 J的热量，这些热量可供相同质量的水升高80 ℃或冰升高160 ℃。医院所用的医用冰块最初温度一般是-18 ℃，而当冰袋内的水升温至10 ℃左右时就必须更换新的冰袋[2]。可见，冰块熔化所吸收的热量要比另两个过程的总和大得多，因此冰熔化吸热在冰袋给病人降温的过程中将起主要作用。所以，选项A的内容是正确的。文献[1]可能是认为冰袋内是一整块冰，同时升温，同时熔化。即便如此，在给病人冷敷降温的整个实际过程中，冰的熔化吸热也是起着主导作用。

说到这里，不得不提及常规的物理科学方法——理想化方法。所谓理想化方法是指基于逻辑推理，根据所研究问题（一般都是涉及诸多因素的复杂问题）的需要和具体情况，有意识地突出研究对象的主要和本质因素，排除次要、非本质以及无关因素的干扰，从而简明扼要地揭示物理现象本质的方法。对于选项A，用冰袋能给高热病人降温是因为冰熔化吸热，这种解释完全符合该科学方法。文献[1]的观点有点以偏概全。

2 选项B的内容基本正确

对于选项B，文献[1]认为用手拿热包子时沾些冷水可以防烫，是由于水具有较大的比热容，导致可以大量吸热而缓慢升温的缘故，而不是水汽化吸热的缘故，故认为B选项内容不正确。笔者认为这与题意的表述存在一定的歧义有关。

笔者通过实验发现：当手沾上冷水去拿刚出笼的第一只包子时，虽然水的比热容较大，但由于手上沾水的质量大概只有1～2 g，接触面处的水会通过热传导迅速升温，大约不到1秒钟就会升到烫手的温度！此过程手与包子的接触面处的水很难蒸发，主要是通过热传导来吸热。因此，如果只考虑迅速拿一只包子，选项B的内容无疑是不准确的。但生活经验告诉我们：手沾一次冷水可以接二连三地取4～5只包子（后文将此过程表述为一个循环过程）！然后，人们才会去第二次沾冷水。而在你连续取包子时，当你放下第一只包子后，水的汽化吸热将起重要作用！它可以幫助我们的手及手上的水迅速降温，这样你就能较“舒服”地去拿第二只包子。如此反复四五次拿放过程后，你会发现手与包子接触面处的水基本已汽化完毕，于是你的手需要再次沾水。当然，如果你动作够快，每次沾水可以多拿几只包子。由此可见，如果考虑到一次沾水实际要拿好几只包子的话，手掌上水分的蒸发对于手掌皮肤降温将有着重大的贡献。因此，选项B的表述又变得正确了。

可能不少人会认为手掌上水的汽化会很慢，更不可能在较短的时间内汽化完。这其实是我们的生活经验所带来的误解。诚然，在屋内，茶杯里的水蒸发确实很慢很慢，全部汽化需要很长的时间。为什么呢？因为从微观上看，在蒸发过程中，水分子一方面从液面跑出，另一方面，水蒸气分子又被空气分子给撞回水中，因此净蒸发的数量实际是上述两种相反过程相抵后的剩余部分，也就是跑出水面的水分子数减去撞回来的水分子数。虽然水面上方是敞开的，但由于水面上方的空气静止或流动缓慢，单位时间内跑出水面的分子数几乎等于返回水中的分子数，因此宏观上水分蒸发十分缓慢。这时液面上方有一层薄薄的近似饱和的蒸汽，厚度在10-9 m量级[3]，它阻止着水分的蒸发进程。然而，当我们放下一只包子去拿下一只时，手是运动着的，即手掌上的水面与周围空气之间存在相对运动，该水面面积（相对）很大且附近并不会出现一层饱和蒸汽，加之水的温度也不低，这些都促使手掌上的水分迅速蒸发，带走大量的热量。

这里我们可以估算一下在一个循环过程中水汽化吸热与水升温吸热两者之间的大小关系。冷水吸热后的温度大约在50 ℃左右（拿第一只包子后的温度），通过查表知在50 ℃时水的汽化热为2.382×106 J/kg，水的比热容是4.2×103 J/（kg·℃），可见1 kg水完全汽化所吸收的热量可让相同质量的水升高500多度。通过分析可知，手掌上的冷水通过热传导吸热只是在拿第一只包子时对保护手掌皮肤起了作用，而在一个循环过程中接下来的吸热任务则终究是交给了水的汽化。因此，选项B即“沾水防烫是因为汽化吸热的原因”这个命题基本是正确的。

另外，如果选项B的意思是沾冷水后拿热包子在手上吃，那么我们的手指和手掌就会本能地调换拿捏位置，充分利用水分的迅速蒸发带走大量热量，让手掌和手指快速降温。若如此，则选项B的表述更是正确的了。

由于选项B对过程的表述不是十分明确，到底是沾水后拿一只包子？还是一个循环过程即拿四五只包子？还是攥着包子在手上吃？这将导致师生对该选项的理解不一，解答不一。笔者根据常识，倾向于认为沾水防烫是针对一次沾水拿四五只包子。而且从以上分析来看，汽化吸热对于防烫是起主要作用的。选项B能抓住事物的主要矛盾，直击物理本质，并且和选项A的熔化形成对应，从选择题的角度上讲应没有太大问题，没有必要吹毛求疵。当然，该选项交待得不够严谨也是事实，其中一些约定俗成的表述未能准确地表达题意，留下一点缺憾，当引以为戒。

3 结 语

综上所述，利用熔化热与汽化热的大小可以定量地剖析一些似是而非的问题，给出正确、可信的答案。但如果教材中没有给出它们的大小，这些概念将会变得十分模糊，从而使学生甚至教师丢掉这方面的物理素养，甚是可惜。笔者建议初中物理课本可以在适当版块添上冰的熔化热与水的汽化热数据作为补充，如苏科版教材可放在第二章《物態变化》后的“信息库”栏目中，让师生加深对此相关内容的了解与应用。

参考文献：

[1]朱建廉.冰袋降温究竟应如何解释——兼谈初中物理习题命制及初中物理教学中的几个问题[J].物理之友，2014，30（6）：7-11.

[2]吉晓剑，许新梅，相伟龙，等.改良冰袋在急诊高热患者的临床应用[J].中国卫生产业，2017（11）：47-48.

[3]李椿.热学2版[M].北京：高等教育出版社，2008：267.