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[新课程区] 生活小实验对“热力环流原理”的验证

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发表于 2018-5-29 14:35:52 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 ......无限 于 2018-5-29 14:37 编辑

      大家可能会有这样的体验,炎炎夏日,在滨海地区,时不时会有从海洋上吹来的习习凉风,让人觉得倍感凉爽惬意;生活在内陆地区的人们则很难有此经历,但是如果你家附近有大点的池塘或水库,在夏天同样会有以上的感受。朋友们可能会疑惑,这到底是为什么呢?让我们来做个小实验,一起来找找原因,看看背后到底蕴藏了什么样的科学道理?
实验名称:热力环流小实验
实验准备:无盖的玻璃箱(长:大约50CM,宽:30CM,高约40CM)
          塑料盖子(长:大约55CM,宽:35CM,某一侧开一个小洞,直径大约5CM,也可用厚纸板代替)
          2个塑料盆
          若干冰块,提前备好热水,香,打火机
实验步骤:
1、将上述准备好的玻璃箱放置于平坦的桌面上
2、将塑料盆里分别盛满冰块和热水(水温在100摄氏度左右)
3、盖好盖子,确保盖子上的小洞正对下方的盛冰块的盆子
4、将提前准备好的香点燃,放置于洞口下方10CM处
5、仔细观察,过一会儿,记录下烟在玻璃箱内流动的情况(用简图示意)
            实验结果:香燃烧产生的烟雾在冰块上方的洞口处作下沉运动,到达冰盆附近时,然后从冰盆一侧向热水盆一侧运动,此后在热水盆处作上升运动,到达 盖子顶端后又流向冰盆的正上方,如此周而复始作循环运动,形成空气环流。作图表示如下:

            
                以上实验简便易操作,在家里、教室里皆可演示。朋友们可能忍不住会问:烟雾为何在冰盆处作下沉运动,在热水盆上方作上升运动?为何会在箱内形成空气环流,这该如何解释?其中又隐藏着什么样的科学道理呢?
               让我们一起来揭开这神秘面纱 。
               上面提到的空气环流,在地理上有个专业术语,叫热力环流。什么叫热力环流?同一水平面(近地面)因受热不均(受热差异)而形成的空气环流叫做热力环流(因是热力原因形成而得名)。可作图表示:
            
            
                近地面上有AB两地,A受热多,B受热少。因A受热多,A地近地面的空气在受热情况下作上升运动。B地近地面的空气则作下沉运动。因空气的上升或下沉运动 ,A地上空
A´ 处空气分子增多,密度增大,气压升高(比同一水平上其他地方),形成高压。B地近地面附近空气因作下沉运动,致使空气分子减少,密度减少,气压降低,形成低压。AB上空同一水平面上  A´, B´ 气压存在差异,有了气压梯度,就有了水平气压梯度力,在该力作用下,迫使气流从A´处流向B´处(低压),在近地面,A处因空气作上升运动,且上升到上空后向四周分流,使得A地气压降低,形成低压,B地形成高压,在近地面,气流从B流向A,这样就在近地面和高空形成空气环流,我们把这种因冷热差异而形成的空气环流,称为热力环流(实质是热力原因)。它是最简单的空气环流。
                据此我们来解释下实验现象:玻璃箱中冰盆温度较低,受其影响,冰盆上方的空气受冷后冷却收缩作下沉运动,热水盆温度较高,对其上方的空气起到加热作用,受热后空气膨胀上升,同一水平面形成气压差,冰盆上方形成低压,热水盆上方形成高压,空气由高压流向低压,在箱子下方,冰盆附近形成高压,热水盆附近形成低压,空气由冰盆附近流向热水盆,形成空气环流,带动香燃烧产生的烟作循环流动。通过观察烟的流动让我们观察到了热力环流现象。
                对热力环流现象,其实我们并不陌生,生活中例子很多,海陆风,山谷风,城郊之间的城市风,湖陆风等。历史上因此原理栽跟头的也大有人在,诸葛亮“火烧上方谷”,后来下起大雨救了司马懿一命,令诸葛孔明懊悔不已。若合理运用此原理,将给生活带来便捷,如用冰块保鲜荔枝,将冰块置于上方,效果十分明显。夏季驱蚊使用蚊香时置于地面上,香燃烧产生烟雾作上升运动,从而蚊虫赶走。
                生活处处皆学问,生活处处皆地理,在生活中用心观察,用心思考,用心体会,将有意想不到的收获。

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