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摘要：

本文的實驗設計主要分為兩部分，一部分是“吹氣還是攪拌能讓熱水涼的更快”，一部分是“吹氣還是攪拌能讓熱咖啡涼的更快”。實驗一是基礎性實驗，是實驗二的鋪墊。之所以會想到設計這個實驗，主要是要進一步認識相關物理現象和掌握熱學原理，這是本文實驗的研究目的，也是實驗設計的根本出發點，并由此實驗也獲得了一定的啟示和思考。

關鍵詞：

熱學原理；冷卻咖啡；實驗設計；實驗思考

當充好一杯熱咖啡，想馬上品嘗一番，但是溫度太高無法下口，要想讓咖啡迅速降溫，是采取攪拌更好，還是吹氣更好呢？或者干脆兌入一些涼水或冰塊，但如此一來勢必會破壞咖啡口感，因此為了享用原汁原味的咖啡，大部分人選擇耐心攪拌或吹氣。但兩種方式哪一個更有效呢？對此，本文用實驗方法去驗證一二，希望能夠帶來有益思考和啟發。

1實驗器材

實驗一：兩個容量相同的玻璃杯、電水壺、勺子、扇子、溫度計、秒表；實驗二：兩個容量相同的玻璃杯、電水壺、勺子、扇子、溫度計、雀巢速溶咖啡或咖啡粉。

2實驗方法

2．1實驗一

（1）將剛剛用電水壺燒開的熱水倒入準備好的一個玻璃杯中，然后測量溫度，做好記錄，同時開始計時；（2）用勺子快速攪拌玻璃杯中的熱水，持續攪拌五分鐘，并再次測量實際溫度，隨后靜置五分鐘后進行最后一次溫度測量，并做好記錄；（3）將剛剛用電水壺燒開的熱水倒入準備好的另一個玻璃杯中，并確保兩個水杯中的水量相等，隨后測量水溫，當水溫與另一個杯中熱水首次測量溫度一致時，開始計時，并將扇子對準杯口上部進行持續煽動，這是對人工吹氣的模擬；（4）用扇子持續煽動杯口上部五分鐘后，測量水溫并做好記錄，隨后靜置五分鐘后做最后一次測量，然后做好記錄；（5）對兩次水溫測量結果進行比較。

2．2實驗二

（1）取兩包速溶咖啡或份量相等的咖啡粉，在一個準備好的玻璃杯中導入咖啡和剛剛燒開的熱水，用勺子攪拌均勻后，及時測量實際溫度，并做好記錄，同時開始計時；（2）用勺子快速持續地攪拌泡好的咖啡五分鐘，然后測量溫度，并及時做好記錄，隨后靜置五分鐘后做最后一次溫度測量，并真實記錄溫度；（3）取兩包速溶咖啡或份量相等的咖啡粉，在另一個準備好的玻璃杯中導入咖啡和剛剛燒開的熱水，用勺子攪拌均勻后，隨后進行測溫，當溫度與另一個杯中咖啡首次測量溫度一致時，開始計時；（4）用扇子持續煽動杯口上部五分鐘后，測溫并做好記錄，隨后靜置五分鐘后做最后一次測量，然后做好記錄；（5）重復上述實驗，多次測量并記錄好所得數據，最后加以比較。

3實驗結果

3．1實驗一：

分析數據，首次測量溫度均為86．4度，持續攪拌五分鐘后溫度為67．3度，下降了19．1度，繼續靜置五分鐘后水溫為62．1度，再次降低了5．2度，總降低溫度24．3度。而持續扇風五分鐘后溫度為67．1度，將對了19．3度，繼續靜置五分鐘后溫度為61．7度，總降低溫度24．7度。數據初步顯示，吹氣要比攪拌的降溫效果稍好一點。

3．2實驗二：

分析數據，首次測量溫度均為84．1度，持續攪拌五分鐘后溫度為69．5度，下降了14．6度，繼續靜置五分鐘后水溫為63．4度，再次降低了6．1度，總下降溫度20．7度。而持續扇風五分鐘后溫度為66．2度，將對17．9度，繼續靜置五分鐘后溫度為59．7度，總下降溫度24．4度。數據初步顯示，吹氣要比攪拌的降溫效果好許多。兩組實驗在經過多次重復后，發現測量結果與初試結果一致：吹氣要比攪拌的降溫效果好，前者降低溫度要比后者多3－4度。

4結果分析與注意事項

結果分析：攪拌降溫時，會使得杯中上下部分水溫迅速交換，這樣一來，我們可以視為整杯水在不停混合均勻的情況下上下部水溫是相同的。而在吹氣降溫時，杯中上下部分水智能通過自然對流實現溫度交換，當上部水溫低于下部時就會下沉，而下部熱水則會上浮。這就是攪拌和吹氣情況下，不同的降溫原理。但盡管攪拌使得杯中上下部分水溫迅速交換，但這樣會使得水杯上部的空氣升溫，而杯子附近空氣的溫度與周圍空氣的溫度交換也是一個需要時間的過程。而吹氣降溫時，雖然杯子內部水溫無法實現迅速交換，但杯子周圍空氣總能夠快速帶走水溫，同時會不斷有低溫空氣過來吸收杯中熱水所散發的熱量。由于吹氣范圍較大，這就決定了杯子和水的溫度能夠大范圍并迅速地實現交換。這也是為何吹氣要比攪拌的降溫效果好的原因所在。注意事項：攪拌和扇風都要盡量持續用力地進行，要保證溫度測量的規范性，溫度計的水銀液泡必須全部放入水中，同時要確保不能與杯子相碰觸。同一實驗要重復做幾次，以避免出現數據偶然性，而在重復實驗時一定要確保每次注入熱水的杯子都是常溫的，以防止玻璃破裂。此外，實驗一和實驗二所用的杯子都是普通玻璃材質，因為這種杯子有著非常好的散熱效果，當扇風降溫時，不僅杯口處溫度交換更快，而且側面和周圍空氣的溫度交換也相對較快。日常生活中我們最常用的就是這種散熱效果好的杯子，其材質則以玻璃、陶瓷為主。如果沒有耐心等待咖啡自然冷卻，可選擇用小扇子或其他物品對準杯口上部扇風，或直接選用嘴吹氣，這樣要比攪拌的冷卻效果更好，能讓我們更快地品嘗到美味咖啡。

5結論

本組實驗屬于探究型課外物理小實驗，所用器材都是日常生活中常見的物品，操作簡便，可行性強，思路也很明確，就是利用控制變量法探究吹氣和攪拌兩種方式哪個冷卻效果最佳。本組實驗能夠進一步加深對熱學知識和原理的理解，并結合周圍環境情況對所得數據加以對比分析，不僅有效培養了物理邏輯思維和實驗嚴謹態度，而且有效培養了實踐操作能力和數據分析能力。同時，本組實驗具有非常強的實際意義，是物理知識應用于生活的成功探索。

作者：程睿 單位：北京石油學院附屬中學高三（一）班

參考文獻

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