0 ℃的水在0 ℃的環(huán)境中真的不會凝固嗎？

張延光 周寅

摘 要：一盆0 ℃的水放入0 ℃的房間內(nèi)，水是否會凝固？類似的試題也曾在中考卷里出現(xiàn)。筆者認(rèn)為這樣一個反復(fù)出現(xiàn)的、看似無懈可擊的習(xí)題其實是存在許多漏洞的。因為其條件的不嚴(yán)謹(jǐn)，這類題目的答案是不確定的。作為一名物理教師，在平時的教學(xué)中還是要多一些質(zhì)疑、多些許思考，盡量讓自己少犯錯誤、少留遺憾。

關(guān)鍵詞：凝固；蒸發(fā)；試題編寫；不同見解；中考題

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2018）5-0063-2

在晶體物質(zhì)凝固條件的教學(xué)中有一經(jīng)典例題頻繁出現(xiàn)，原題如下：

例1 把一盆0 ℃的水放入0 ℃的房間內(nèi)，則（ ）【參考答案：D】

A.水一定結(jié)成冰

B.一定有少量水結(jié)冰

C.一定變成冰水混合物

D.水一定不結(jié)冰

一直以來筆者對此參考答案確信無疑，不斷重復(fù)地向一屆屆學(xué)生講解著水不會凝固的原因。類似的題目也曾出現(xiàn)在中考題中，如2012年四川涼山州中考第4題對此內(nèi)容有所涉及，原題如下：

例2 （2012 涼山州）在0 ℃的環(huán)境中，把一塊0 ℃的冰投入到0 ℃的水中，將會發(fā)生的現(xiàn)象是（ ）【參考答案：D】

A.冰全部熔化

B.冰有少部分熔化

C.水有少部分凝固

D.冰和水的原有質(zhì)量不變

求解此類問題的關(guān)鍵在于研究對象是否吸熱或放熱，而吸放熱的條件是存在溫度差。在0 ℃房間里，溫度相同，不會有吸放熱。冰達(dá)到熔點，無法吸熱，不會熔化；水達(dá)到凝固點，不能放熱，不會凝固?？此茻o懈可擊，但筆者逐漸發(fā)現(xiàn)其中有許多的漏洞。

1 水的蒸發(fā)是否需要考慮在內(nèi)？

只在液體表面發(fā)生的汽化現(xiàn)象叫做蒸發(fā)，蒸發(fā)在任何溫度下都能發(fā)生，液體蒸發(fā)時需要吸熱[1]。以上是蘇科版八年級物理教材中對蒸發(fā)現(xiàn)象的描述。照此說法，表層0 ℃的水會有蒸發(fā)現(xiàn)象，蒸發(fā)需要吸熱，可能是向其余的水吸熱，亦或是從表層附近的空氣吸熱，空氣溫度降低。無論是哪種可能，均會導(dǎo)致0 ℃的水放熱而凝固。

但吸熱的條件是有溫度差，溫度相同又怎會有吸放熱呢？照此進(jìn)行推理，水將無法吸熱，蒸發(fā)亦不會發(fā)生。兩種說法互相矛盾，但又各有道理，讓人難辨其對錯。

之所以有以上爭論，是因為一些教師將蒸發(fā)和熱傳遞的條件混淆了。熱傳遞需要存在溫度差，但蒸發(fā)不需要。一簡單實驗便能檢驗以上觀點：在一溫度計的玻璃泡上蘸取一些溫度與室溫相同的酒精，會發(fā)現(xiàn)溫度計的示數(shù)會先下降后上升至室溫。由此可知，即便液體溫度和環(huán)境溫度相同，蒸發(fā)仍會發(fā)生。從微觀上解釋，即便液體溫度很低，任何時刻總有一些分子具有足夠大的動能來克服液體內(nèi)分子對它的吸引而脫離液面變成氣體[2]。因此，蒸發(fā)可在任何溫度下進(jìn)行。只要有水蒸發(fā)，不論快慢與多少，必定會導(dǎo)致0 ℃的水凝固?？磥泶祟}不是命題者想的那么簡單。

2 空氣的濕度也是一個未知數(shù)

空氣中所含水蒸氣的多少決定了空氣的潮濕程度，即濕度。濕度又有絕度濕度和相對濕度之分。相對濕度為100%的空氣是水蒸氣飽和的空氣，此時逃離液面的分子與返回液面的分子數(shù)相同，蒸發(fā)不再發(fā)生[2]。此問題中并未說明環(huán)境中空氣的濕度如何，所以水是否會蒸發(fā)又成為未知，使得結(jié)果又回歸神秘。

3 命題者動手做了實驗嗎？

結(jié)果究竟如何，實驗應(yīng)該是最具有說服力的。而構(gòu)建這樣的實驗環(huán)境，對初中學(xué)校的實驗室來說是做不到的。比如，無法制造一個與外界完全隔熱的環(huán)境，難以使得環(huán)境溫度準(zhǔn)確到0 ℃，難以進(jìn)行實驗現(xiàn)象的觀察等。這么苛刻的實驗環(huán)境是理想化的，“水不會凝固”應(yīng)該只是命題者的一廂情愿，其多半沒有通過實驗來檢驗。即便是能構(gòu)建成這樣一個實驗環(huán)境，完成了實驗驗證，這豈是廣大考生能力所及的！

因此，這樣的問題其實是沒有答案的，這只是命題者的一個虛假構(gòu)建。當(dāng)然，理想的假設(shè)也不是沒有意義的，但前提是把條件設(shè)定得更嚴(yán)謹(jǐn)些。

這類憑空想象、精心編造的看似巧妙實則有悖于科學(xué)精神的考題還有很多，作為教師，在平時的教學(xué)中還要多一些質(zhì)疑、多些思考，盡量讓自己少犯錯誤、少留遺憾。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉炳昇，李容.物理8年級上冊[M].南京：江蘇鳳凰科學(xué)技術(shù)出版社，2017：34.

[2]徐夢莎，方偉.蒸發(fā)與熱傳遞關(guān)系辨析[J].物理教學(xué)，2014，36（1）：35-37.