鸡蛋身上的物理学 高中.doc

1、鸡蛋身上的物理学 组员： 组长： 指导教师： 完成时间：2012 年 02 月 23 日 鸡蛋身上的物理学 组长： 组员： 指导教师： 【中文摘要】鸡蛋是人们非常熟悉且取材容易的食品，也是不可多得的低成本 实验材料。根 据鸡蛋的物理特征，笔者创造性地 设计了一系列用鸡蛋做的趣味物理 实验， 诸如用鸡蛋做成 的“不倒翁”、 “悬浮鱼” 、“冰冻蛋”等教具，用鸡蛋进行的“高空落蛋”、 “鸡蛋撞窗帘”、 “轻功踩蛋”等 实验。 【关键词】热胀冷缩 沉浮现象 杠杆轻撬，一个世界从此转动；王冠前底，一条定力浮出水面；苹果落地，人类飞向太 空；蝴蝶振羽，风云为之色变；三棱镜中折射出彩虹；大荒原上升腾起蘑菇

2、烟尘。物理充斥 在我们生活的大大小小各个角落，无时无刻都有物理的身影。可以说物理主导着我们的生活。 吉尼斯世界记录里也有不少人做过关于鸡蛋的挑战。2010年10月24 日。莱芜市钢城区 的赵文起1.87米铁筷夹鸡蛋，向吉尼斯纪录挑战。2011年1月11日：一德国人手握一枚生鸡 蛋同时击碎了3 摞24块砖，打破了此前14块砖的握鸡蛋破砖纪录。还有在铅笔尖上立生鸡蛋， 到底鸡蛋有多么神奇呢。接下来就让我们一一研究吧。 鸡蛋是人们非常熟悉且取材容易的食品，也是不可多得的低成本实验材料。根据鸡蛋的物理 特征，笔者创造性地设计了一系列用鸡蛋做的趣味物理实验，诸如用鸡蛋做成的“不倒翁” 、 “悬浮鱼”、

3、“冰冻蛋” 等教具，用鸡蛋进行的“高空落蛋” 、 “鸡蛋撞窗帘” 、 “轻功踩蛋” 等实验。 1.液体蒸发吸热 实验：把刚煮熟的蛋从锅内捞起来，直接用手拿时，虽然较烫，但还可以忍受。过一会 儿，当蛋壳上的水膜干了后，感到比刚捞上时更烫了。 分析：因为刚捞上来的蛋壳上附着一层水膜，开始时，水膜蒸发吸热，使蛋壳的温度下 降，所以并不觉得很烫。经过一段时间，水膜蒸发完毕。由蛋内部传递出的热量使蛋壳的温 度重新升高，所以感到更烫手。 （PS:关于液体蒸发吸热：液体分子之间会有一定比例的分子以共价键或较强的范德华 力组合在一起，使得分子之间有一定的相互作用力，形成分子势能。内能，就是分子热运动 的动能和

4、分子势能的总和，所以，这种分子势能也是内能的一部分。在液体蒸发的过程中， 就需要外来能量克服这种分子势能，打断分子之间的连接，这就需要消耗能量。这也就是液 体蒸发或沸腾时吸热的根本原理。 ） 2.热胀冷缩的性质 实验：把煮熟捞起的蛋立刻浸入冷水中，待完全冷却后，再捞起剥落。 分析：首先，蛋刚浸入冷水中，蛋壳直接遇冷收缩，而蛋白温度下降不大，收缩也较小， 这时主要表现为蛋壳在收缩。其次，由于不同物质热胀冷缩性质的差异性，当整个蛋都完全 冷却时，组织疏松的蛋白收缩率比蛋壳大，收缩程度更明显，造成蛋白蛋壳相互脱离，剥蛋 壳就更方便了。根 据 物 质 粒 子 最 小 的 原 子 结 构 来 看 ， 物

5、 质 的 热 胀 冷 缩 应 该 是 由 物 质 原 子 的 内 部 加 速 运 动 形 成 的 。 从 原 子 的 内 部 结 构 来 讲 ， 当 原 子 受 热 后 ， 核 内 质 子 和 中 子 以 及 核 外 电 子 呈 现 为 粒 子 运 动 的 加 速 状 态 。 首 先 来 说 ， 由 于 原 子 核 的 自 转 以 及 电 场 的 作 用 ， 牵 引 了 核 外 电 子 围 绕 原 子 核 做 公 转 运 动 。 原 子 核 的 自 转 速 度 决 定 着 外 围 电 子 受 离 心 力 大 小 的 变 化 ， 这 也 决 定 着 原 子 内 核 与 电 子 层 轨 道 之 间

6、 的 距 离 和 电 场 的 高 低 。 只 有 原 子 核 的 自 旋 和 外 层 电 子 的 公 转 受 到 外 部 能 量 的 激 发 ， 才 会 构 成 原 子 内 部 的 离 心 力 和 电 场 力 的 变 化 ， 从 而 也 就 体 现 了 物 质 热 胀 冷 缩 的 自 然 现 象 。 1， 当 物 体 受 热 后 ， 由 于 物 质 的 原 子 核 以 及 核 外 电 子 层 的 提 速 运 动 ， 使 其 产 生 了 很 强 的 离 心 力 ， 这 个 离 心 力 又 使 核 外 电 子 层 与 原 子 核 的 间 距 拉 大 。 当 原 子 核 与 核 外 电 子 层 的

7、距 离 拉 大 后 ， 其 原 子 核 与 核 外 电 子 层 间 的 电 场 力 就 会 降 低 ， 而 低 能 级 最 外 层 轨 道 的 电 子 就 会 脱 离 原 子 内 部 电 场 的 束 缚 成 为 溢 出 的 游 离 电 子 ， 从 而 也 就 构 成 了 原 子 的 等 离 子 态 。 原 子 核 与 核 外 电 子 层 距 离 的 这 一 变 化 ， 也 是 物 质 的 热 膨 胀 变 化 系 数 。 然 而 ， 物 质 的 热 膨 胀 系 数 不 会 无 限 度 的 变 化 ， 当 达 到 最 大 的 极 限 时 ， 原 子 的 内 部 运 动 就 会 停 留 在 稳 定

8、的 运 动 平 衡 状 态 。 在 一 定 的 温 度 极 限 下 原 子 核 与 核 外 电 子 层 之 间 建 立 了 一 种 极 其 稳 定 的 电 力 场 ， 核 外 电 子 不 再 溢 出 ， 电 场 之 间 的 距 离 不 再 扩 大 ， 原 子 停 止 膨 胀 继 而 从 原 物 质 的 固 体 转 为 液 态 。 2， 当 物 质 的 温 度 降 低 后 ， 原 子 内 部 的 运 动 速 度 开 始 逐 渐 的 下 降 ， 原 子 核 的 自 转 速 度 降 低 ， 其 对 核 外 电 子 的 离 心 力 作 用 也 将 逐 渐 的 减 小 继 而 使 原 子 核 与 核 外

9、 电 子 层 之 间 的 距 离 变 小 电 场 加 大 ， 此 时 原 子 又 会 吸 引 外 部 空 间 的 游 离 电 子 来 补 齐 电 子 外 层 轨 道 的 缺 位 电 子 而 达 到 原 子 非 等 离 子 体 的 原 始 平 衡 状 态 。 同 时 ， 物 质 又 从 液 态 逐 渐 的 过 渡 到 固 态 ， 这 就 是 物 质 的 热 胀 冷 缩 原 理 。 ） 3.验证大气压存在 实验：选一只口径略小于鸡蛋的瓶子，在瓶底热上一层沙子。先点燃一团酒精棉投入瓶 内，接着把一只去壳鸡蛋的小头端朝下堵住瓶口。火焰熄灭后，蛋被瓶子缓缓“吞”入瓶肚 中。 分析：酒精棉燃烧使瓶内气体受

10、热膨胀，部分气体被排出。当蛋堵住瓶口，火焰熄灭后， 瓶内气体由于温度下降，压强变小，低于瓶外的大气压。在大气压作用下，有一定弹性的鸡 蛋被压入瓶内。 4.浮沉现象 实验：把一只去壳鸡蛋，浸没在一只装有清水的大口径玻璃杯中。松开手后，发现鸡蛋 缓缓沉入杯底。捞出鸡蛋往清水中加入食盐，调制成浓度较高的盐溶液。再把鸡蛋浸没在盐 溶液中，松开手后，鸡蛋却缓缓上浮。 分析：物体浮沉情况取决于所受的重力和浮力的大小关系。浸没在液体中的物体体积就 是它所排开液体的体积，根据阿基米德原理可知物体密度与液体密度的大小关系可以对应表 示重力与浮力的大小关系。因为蛋的密度略微比清水的密度大，当蛋浸入清水中时，所受重

11、 力大于浮力，所以蛋将下沉。当浸没在盐水中时，由于盐水密度比蛋的密度大，所受的重力 小于浮力，所以蛋将上浮。 5.惯性、摩擦阻力现象 实验：选用外形相似的生鸡蛋、熟鸡蛋各一只，放在水平桌面上。用相同的力使它们在 原处旋转。能迅速旋转的是熟鸡蛋，缓慢旋转几圈就停止的是生鸡蛋。 分析：生鸡蛋的壳内是液状的蛋清，外力作用在蛋壳上旋转时，蛋清由于惯性，继续保 持静止状态，则它与蛋壳间存在摩擦阻力作用，使整个蛋只能缓慢转动。而熟鸡蛋内蛋清已 凝固成蛋白，外力作用时旋转时，整个蛋就能迅速转动。 （PS：物质保持原有运动状态的 性质叫做惯性。） 6.物体的稳定平衡 实验：选用一只生鸡蛋，在小头一端开个孔并清

12、除干净壳内的蛋清蛋黄。沿小孔滑入一 块重物。以蛋壳的大头端为底部，扶好蛋壳。点燃一只蜡烛，滴入烛油，把重物封存在蛋壳 底部。烛油大约封存至整个蛋壳高度的四分之一即可。把制好的蛋壳推倒后，蛋壳能自动立 起。制成一个“不倒翁”。 分析：在空蛋壳的底端封存的重物和烛油，使整个蛋体的重心移近蛋壳的底部，重心起 低，稳定性越好。当蛋壳倾斜，偏离平衡位置时，使蛋体的重心升高。因为蛋壳底端是球形 的，在蛋体的自身重力作用下，蛋体又恢复到原来的平衡位置上。 7.分子运动现象 实验：外壳完好的蛋，埋入食盐中腌制一段时间，可以制成一只咸蛋。虽然蛋壳仍然完 好，但连内部的蛋黄都变咸了。 分析：因为物质的分子间存在间隙，而且分子不停地做无规则运动，所以食盐分子扩散 到蛋黄中，使蛋黄也变咸。 这样看来鸡蛋当中的学问还是非常大的。其实只要细心一点再细心一点这些都不难发现。 生活中就是需要善于发现的眼睛。 【参考文献】百度文库