快速冷却咖啡实验设计思考

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摘要：

本文的实验设计主要分为两部分，一部分是“吹气还是搅拌能让热水凉的更快”，一部分是“吹气还是搅拌能让热咖啡凉的更快”。实验一是基础性实验，是实验二的铺垫。之所以会想到设计这个实验，主要是要进一步认识相关物理现象和掌握热学原理，这是本文实验的研究目的，也是实验设计的根本出发点，并由此实验也获得了一定的启示和思考。

关键词：

热学原理；冷却咖啡；实验设计；实验思考

当充好一杯热咖啡，想马上品尝一番，但是温度太高无法下口，要想让咖啡迅速降温，是采取搅拌更好，还是吹气更好呢？或者干脆兑入一些凉水或冰块，但如此一来势必会破坏咖啡口感，因此为了享用原汁原味的咖啡，大部分人选择耐心搅拌或吹气。但两种方式哪一个更有效呢？对此，本文用实验方法去验证一二，希望能够带来有益思考和启发。

1实验器材

实验一：两个容量相同的玻璃杯、电水壶、勺子、扇子、温度计、秒表；实验二：两个容量相同的玻璃杯、电水壶、勺子、扇子、温度计、雀巢速溶咖啡或咖啡粉。

2实验方法

2．1实验一

（1）将刚刚用电水壶烧开的热水倒入准备好的一个玻璃杯中，然后测量温度，做好记录，同时开始计时；（2）用勺子快速搅拌玻璃杯中的热水，持续搅拌五分钟，并再次测量实际温度，随后静置五分钟后进行最后一次温度测量，并做好记录；（3）将刚刚用电水壶烧开的热水倒入准备好的另一个玻璃杯中，并确保两个水杯中的水量相等，随后测量水温，当水温与另一个杯中热水首次测量温度一致时，开始计时，并将扇子对准杯口上部进行持续煽动，这是对人工吹气的模拟；（4）用扇子持续煽动杯口上部五分钟后，测量水温并做好记录，随后静置五分钟后做最后一次测量，然后做好记录；（5）对两次水温测量结果进行比较。

2．2实验二

（1）取两包速溶咖啡或份量相等的咖啡粉，在一个准备好的玻璃杯中导入咖啡和刚刚烧开的热水，用勺子搅拌均匀后，及时测量实际温度，并做好记录，同时开始计时；（2）用勺子快速持续地搅拌泡好的咖啡五分钟，然后测量温度，并及时做好记录，随后静置五分钟后做最后一次温度测量，并真实记录温度；（3）取两包速溶咖啡或份量相等的咖啡粉，在另一个准备好的玻璃杯中导入咖啡和刚刚烧开的热水，用勺子搅拌均匀后，随后进行测温，当温度与另一个杯中咖啡首次测量温度一致时，开始计时；（4）用扇子持续煽动杯口上部五分钟后，测温并做好记录，随后静置五分钟后做最后一次测量，然后做好记录；（5）重复上述实验，多次测量并记录好所得数据，最后加以比较。

3实验结果

3．1实验一：

分析数据，首次测量温度均为86．4度，持续搅拌五分钟后温度为67．3度，下降了19．1度，继续静置五分钟后水温为62．1度，再次降低了5．2度，总降低温度24．3度。而持续扇风五分钟后温度为67．1度，将对了19．3度，继续静置五分钟后温度为61．7度，总降低温度24．7度。数据初步显示，吹气要比搅拌的降温效果稍好一点。

3．2实验二：

分析数据，首次测量温度均为84．1度，持续搅拌五分钟后温度为69．5度，下降了14．6度，继续静置五分钟后水温为63．4度，再次降低了6．1度，总下降温度20．7度。而持续扇风五分钟后温度为66．2度，将对17．9度，继续静置五分钟后温度为59．7度，总下降温度24．4度。数据初步显示，吹气要比搅拌的降温效果好许多。两组实验在经过多次重复后，发现测量结果与初试结果一致：吹气要比搅拌的降温效果好，前者降低温度要比后者多3－4度。

4结果分析与注意事项

结果分析：搅拌降温时，会使得杯中上下部分水温迅速交换，这样一来，我们可以视为整杯水在不停混合均匀的情况下上下部水温是相同的。而在吹气降温时，杯中上下部分水智能通过自然对流实现温度交换，当上部水温低于下部时就会下沉，而下部热水则会上浮。这就是搅拌和吹气情况下，不同的降温原理。但尽管搅拌使得杯中上下部分水温迅速交换，但这样会使得水杯上部的空气升温，而杯子附近空气的温度与周围空气的温度交换也是一个需要时间的过程。而吹气降温时，虽然杯子内部水温无法实现迅速交换，但杯子周围空气总能够快速带走水温，同时会不断有低温空气过来吸收杯中热水所散发的热量。由于吹气范围较大，这就决定了杯子和水的温度能够大范围并迅速地实现交换。这也是为何吹气要比搅拌的降温效果好的原因所在。注意事项：搅拌和扇风都要尽量持续用力地进行，要保证温度测量的规范性，温度计的水银液泡必须全部放入水中，同时要确保不能与杯子相碰触。同一实验要重复做几次，以避免出现数据偶然性，而在重复实验时一定要确保每次注入热水的杯子都是常温的，以防止玻璃破裂。此外，实验一和实验二所用的杯子都是普通玻璃材质，因为这种杯子有着非常好的散热效果，当扇风降温时，不仅杯口处温度交换更快，而且侧面和周围空气的温度交换也相对较快。日常生活中我们最常用的就是这种散热效果好的杯子，其材质则以玻璃、陶瓷为主。如果没有耐心等待咖啡自然冷却，可选择用小扇子或其他物品对准杯口上部扇风，或直接选用嘴吹气，这样要比搅拌的冷却效果更好，能让我们更快地品尝到美味咖啡。

5结论

本组实验属于探究型课外物理小实验，所用器材都是日常生活中常见的物品，操作简便，可行性强，思路也很明确，就是利用控制变量法探究吹气和搅拌两种方式哪个冷却效果最佳。本组实验能够进一步加深对热学知识和原理的理解，并结合周围环境情况对所得数据加以对比分析，不仅有效培养了物理逻辑思维和实验严谨态度，而且有效培养了实践操作能力和数据分析能力。同时，本组实验具有非常强的实际意义，是物理知识应用于生活的成功探索。

作者：程睿 单位：北京石油学院附属中学高三（一）班

参考文献

［1］姚佳倩．咖啡怎样凉的更快［J］．中学科技，2012（09）．

［2］蒋顺中．让实验走近学生———谈高中物理实验教学的改革［J］．科学咨询（科技•管理，2014（09）．

［3］宋静，林钦．普通高中物理小实验实施现状的调查研究［J］．福建教育学院学报，2012（02）．

［4］王家兴．高中物理实验教学与学生操作能力的培养［J］．才智，2014（33）．