鸡蛋身上的物理学高中

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鸡蛋身上的物理学

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完成时间:2012年02月23日

鸡蛋身上的物理学

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【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”、“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”。