【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的注解。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。   

第三章物体的热膨胀

【山话||  本系列专栏中的力单位达因等于10⁻⁵牛顿；功的单位尔格等于10⁻⁷焦耳；热量的单位卡路里等于4.186焦耳。另外这套老教材中的力的单位常用公斤，如今是不允许的，力是不能使用公斤为单位的。】

§3-1物体的热胀冷缩

【01】日常生活的经验告诉我们，一般物体受热时体积略为胀大，冷却时略为缩小，这就是所谓热胀冷缩现象。下面我们分别就气体、液体和固体三种情况来进行讨论。

【02】拿一个烧瓶，用软木塞盖好，瓶塞中插入一根弯成直角的玻璃管，在玻璃管的水平部分里预先装一滴带有颜色的水，水滴最好在水平管的中间。如果用手握住瓶子（图3·1)，使瓶中的空气受热，就可以看到玻璃管里的小水滴向左移动，这说明空气变热时，体积就会增大。然后把瓶放在桌子上，松开手后，我们会发现水滴又逐渐回到原来的位置。这说明空气变冷时，体积就会缩小。如果瓶中装的不是空气，而是任何一种别的气体，结果也是一样的。于是，我们得到下面的结论：一切气体受热的时候就膨胀，变冷的时侯就收缩。

【03】再拿两个同样大小的试管，里面分别装满带有颜色的水和煤油，两个试管都用插有同样粗细的细玻璃管的软木塞盖好，并且让玻璃管中的液面一样高。然后把两个试管同时竖直地放进盛有热水的杯子里（图3·2）。几分钟后，水和煤油都因受热而开始膨胀，从液面的高低可以看出，煤油比水膨胀得多一些，然后将它们取出，让试管中的液体慢慢地煤油冷却，于是液面又都回到原来的位置这说明，液体受热的时候就膨胀，变冷的时候就收缩；体积相同和受热情况一样时，不同液体的膨胀程度是不同的。

【04】我们还可以比较液体和气体的热膨胀情况。和上面一样，在两个同样大小的试管里，一个装满带有颜色的酒精或煤油，另一个装的是空气。在装有液体的试管里，盖上软木塞后，液面升到玻璃管里。在盛空气的试管的玻璃管中预先装入一小滴带有颜色的水，并且让水滴和另一玻璃管中的液面同样高。然后把这两个试管一起放到盛着热水的杯子里。根据液面上升和水滴移动的程度，可以知道液体比气体膨胀得少。

【05】在图3·3的装置中，将铁棒的一端固定，另一端压在小针上，针下面垫一块玻璃板，针尖穿过一条厚纸（或一根麦秆）。铁棒向右端伸长时，会使针和穿在针尖上的纸条发生转动。当对铁棒进行加热时，可以看到纸条发生转动，即铁棒正在膨胀。让铁棒冷却，纸条就向反方向转动。用别的金属棒来做实验，结果也是一样。因此，固体跟气体、液体一样，也是热胀冷缩的。

【06】把细长的薄铜片和薄铁片用钉密合起来，成为一个复棒（叫做双金属片）。对复棒进行加热时，它的自由端就向铁片那一边弯曲，成了如图3·4(a)中所示的样子。这说明在同样的受热情况下，铜片比铁片膨胀得多。如果用冰水浇在复棒上面，使它冷却，那末铜片就比铁片收缩得多一些，因而复棒向铜片那边弯曲，成了如图3·4(b)所示的样子。由此可见，在同样的情形下，不同固体的热胀冷缩程度是不同的。

【07】如果在一个烧瓶中装满带有颜色的水，瓶口用插有细玻璃管的软木塞盖好（图3.5(a)），那么液面就升到玻璃管中。然后对烧瓶很快地进行加热，这时，管子里的液面先是稍微降低一些（图3.5(b)），随后才开始上升（图3·5(c)）。这是什么原因呢？原来瓶子先受热膨胀，它的容积增大了，液面就自然要降低，但是等到液体也受热以后，液面会升到比原来还高的位置上去。这个现象告诉我们，在同样的情形下，液体的膨胀比固体的膨胀大。

【08】从上面的研究中，我们得出下面的结论：

【09】一般物体都是受热时膨胀，冷却时收缩。在同样的情形下，气体膨胀最大，液体膨胀次之，固体膨胀最小。

【10】也有一些物质在一定的条件下不呈现出热胀冷缩的现象。例如，水从4°C 降到0°C 时，它的体积不是缩小而是增大。关于这个问题将在后面再进行讨论。

习题3-1

1、被踩瘪的乒乓球，怎样使它重新恢复原来的形状？说明道理。

2、把很热的玻璃杯倒放在盛有冷水的盘里（如图），几分钟后，杯里的水面会比盘里的水面高一些，这是什么缘故？

3、细颈瓶里装着煤油，用橡皮圈套在瓶颈上表示油面的高度。如果把瓶放到热水里，就可以看到油面先行下降，再开始上升。怎样解释这种现象？

4、玻璃瓶上的玻璃塞如果嵌得过紧而很难取出时，只要把瓶颈放在火上烘热，就能把瓶塞拔出，这是什么道理？[提示：注意玻璃不善于导热，而瓶颈受热在先]

5、举出一些说明液体和固体热胀冷缩的例子。

6、如果冬天在室外将汽油装入汽油筒中，然后拿到室内存放，问装油时是否可以装满？为什么？

7、拿一块如图所示的木板，把一个大针的针尖插在木块的左内侧面上，针眼那一头平放在右边的横头上。穿过大针的针眼竖直地插上一根小针到木板上，再在大针针眼的外面竖直地插上另一根小针，用蜡烛火焰烧这根大针时，可以看到，插在大针针眼中的那一根小针逐渐向右倾斜（见图中的虚线）。根据§3-1中学到的知识来解释这一现象。

8、在夏天安装电灯线或电话线时，是否可以把线拉紧？为什么？

9、如果一个气压计的读数在冬季某一天和夏季某一天都是760毫米高水银柱。试问：两者的实际气压是否相等？哪一个大一些？

10、说明图中所示的“小喷泉”的作用原理。

11、图中压强计两侧的液面高度原来是相等的。现在如果把包有橡皮薄膜的漏斗放在冷水中，试问两侧液面高度是否还保持相等？如果将漏斗放入热水中又会产生什么现象？