Question

甲、乙兩只完全相同的容器內(nèi)，盛有質(zhì)量完全相等的水．其中甲容器內(nèi)的水溫為80℃以上，乙容器內(nèi)的水溫在10℃左右．現(xiàn)將兩只盛水容器同時放入溫度略低于0℃的恒溫箱內(nèi)．關(guān)于兩只容器內(nèi)的水完全結(jié)成冰所需時間的先后，下列說法中正確的是

1. A.
   乙比甲先完成結(jié)冰
2. B.
   甲比乙先完成結(jié)冰
3. C.
   甲、乙同時完成結(jié)冰
4. D.
   以上三種情況都有可能

Answer 1

B
分析：從物理方面來說，致冷有四種并存的機(jī)制：輻射、傳導(dǎo)、汽化、對流．通過實驗觀察并對結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)引起熱水比冷水先結(jié)冰的原因主要是傳導(dǎo)、汽化、對流三者相互作用的綜合效果
解答：（1）盛有初溫10℃冷水的杯，結(jié)冰要很長時間，因為水和玻璃都是熱傳導(dǎo)不良的材料，液體內(nèi)部的熱量很難依靠傳導(dǎo)而有效地傳遞到表面．杯子里的水由于溫度下降，體積膨脹，密度變小，集結(jié)在表面．所以水在表面處最先結(jié)冰，其次是向底部和四周延伸，進(jìn)而形成了一個密閉的“冰殼”．這時，內(nèi)層的水與外界的空氣隔絕，只能依靠傳導(dǎo)和輻射來散熱，所以冷卻的速率很小，阻止或延緩了繼續(xù)下降的正常進(jìn)行．另外由于水結(jié)冰時體積要膨脹，已經(jīng)形成的“冰殼”也對進(jìn)一步結(jié)冰起著某種約束或抑制作用．
（2）盛有初溫80℃熱水的杯，冷凍的時間相對來說要少得多，看到的現(xiàn)象是表面的冰層總不能連成冰蓋，看不到“冰殼”形成的現(xiàn)象，只是沿冰水的界面向液體內(nèi)生長出針狀的冰晶（在初溫低于12℃時，看不到這種現(xiàn)象）．隨著時間的流逝，冰晶由細(xì)變粗，這是因為初溫高的熱水，上層水冷卻后密度變大向下流動，形成了液體內(nèi)部的對流，使水分子圍繞著各自的“結(jié)晶中心”結(jié)成冰．
故選B．
點評：本題考查學(xué)生對凝固和凝固條件的理解，屬于Mpemba 效應(yīng)，比較難懂．