对一道物理习题的实验探讨

1 问题的由来

现在九年义务教育八年级上期所使用的人教版教材《物理》，第四章第二节的课后练习动手动脑学物理第一题（P85面）：有人说，融雪的天气有时比下雪还冷，这种说法有道理吗？

对这道题，相应的教学参考书《物理.八年级上册.教师教学用书》，在书中173面给出的参考答案是：这种说法是有道理的，因为雪熔化时，吸收大量的热，使空气温度降低.

笔者生活在南方，每年冬天，会下一、二场雪.每次下雪时，冷得要命，一心只盼望早日天晴.天晴雪开始融化，人感觉暖和多了，这不与题的参考答案相矛盾了吗？一方面是具有权威性的参考答案和不容置疑的物理常识：雪融化是固体熔化，熔化吸热；另一方面是是多年生活形成的直觉.这种矛盾一直困惑着笔者，试图找出其中的奥秘.物理学科是一门以实验为基础的科学，它的一切观点、理论都是建立在实验基础之上的，笔者决定设计一实验来探讨这一问题.

2 实验设计

由于人体的复杂性，特别是人体对冷热的感觉，不好用实验精确测定，用实验数据直接表示出来.根据人体生理知识可知，，人体感觉冷、热，其实是人体感觉散失、获得热量的速率，散失、获得的热量速率越大，人体就越觉得冷、热.根据这点，笔者采用模拟实验法，用一桶温水（水温接近人的正常体温）来代替人体，选择较为典型的下雪天和融雪天，保持其他条件相同，每隔一段时间用体温计精确测量桶内水温，比较这两种天气状况下桶内水温的变法，某种天气状况下水温下降的快，表面桶的热量散失的快，意味着人在该天气状况下，人体会感觉更冷；反之，则意味着人体感觉相对暖和些.

3 实验及实验数据

2011年1月15号，笔者所在地下大雪.正下雪时，笔者用一白色塑料桶，装25 kg温水，加盖密封，置于室外走廊上，不与雪直接接触.用水银温度计测得当时室外温度为—1 ℃.用体温计测桶内水温，每隔10 min测一次.测得数据如下表1：

从表中数据可以得出，水温下降速率为0.6 ℃/10 min.

2011年1月22号，气温回升，雪开始融化，测得实验时气温为5 ℃.桶置于原地，不受阳光直射，保持其他条件与上次实验相同，测得水温变化如下表2.

综合两次实验数据可以看出：下雪时气温低，桶内水温下降速率（0.6 ℃/10 min）大于融雪时桶内水温下降速率（0.5 ℃/10 min）.换成人体感觉，应当是下雪时人体热量散失得快，感觉更冷.这样的实验数据和由此得出的实验结论，显然与习题的参考答案相矛盾了.

4 对实验结果的分析

笔者通过网上搜索有关气象资料和知识，得知：

下雪时由于高空中温度低，云中有大量的微小冰晶，同时云中水汽超过饱和度，水蒸气在冰晶上凝华，使冰晶增大.当冰晶增大到上升气流托不住时，冰晶就会以雪的形式飘落下来.地面附近的温度高于0 ℃时，冰晶就会全部或部分融化，就成了下雨或雨夹雪，这与题中条件不符.只有地面附近空气温度为0 ℃或0 ℃以下时，冰晶下落不会融化，成为单纯的下雪天.

融雪，即冰的熔化，熔化需吸热.当气温高于0 ℃时，空气中的热量传递给雪，使雪融化.在雪的融化过程中，空气温度始终要高于0 ℃，根据热的传导可知，热量是从高温物体传导给低温物体.否则，空气中的热量不能传导给雪，雪就不能继续融化了. 

综上所述，下雪时，地面附近的温度低于0 ℃，与人体的温差大，人体的热量散失快，人体感觉冷.实验数据为0.6 ℃/10 min，二者是相符的.融雪时，地面附近的温度高于0 ℃，与人体的温差相对来说要小些，人体散热慢，人体感觉相对暖和些.这与实验数据0.5 ℃/10 min是一致的.现在有实验数据和理由能认定教学参考书的参考答案是错误的.它忽略了两个重要的方面：一是下雪凝华放热，这一放热并不是主动的，是由于周围的冷空气吸收了水蒸气的热量.冷空气同样能吸收人体的热量，使人体的感觉冷.二是融雪是固体熔化吸热，是因为周围的空气温度高于0 ℃，有热量可让雪吸收.这一巨大的热量源同样能使人体散热变慢，人体感觉就相对暖和些.

该题其实来自于一句谚语：“下雪不冷融雪冷”.谚语是人们长期生活经验的总结，往往缊含着一定的科学道理.笔者认为有时融雪天还冷些，是以下几方面的原因造成的.

4.1 辐射散热的原因

融雪天一般是晴天，由于夜间辐射散热，早上气温比下雪时还低，因此人体感觉更冷.人们习惯于把这一整天称为融雪.

4.2 刮风的原因

查阅气象资料可知，下雪时一般风速小，而雪后的晴天，往往有风.风加快了热的对流，在相同的气温下，刮风会使人体感觉更冷.

4.3 人的心理预期原因

融雪了，认为天已经变暖和了，其实温度还是很低.人们的希望遇到了挫折，在心理上感觉更冷.

4.4 空气湿度的原因

在相同气温下，空气湿度越大，人体感觉越冷.下雪时刮西北风，地面附近的空气干燥，湿度小.融雪时，刮西南风，空气湿度大.

这道习题并不是原创题，而是一道流行很久的常见习题.笔者教初中物理多年，在各种教辅书、考试练习卷中，多次见到过类似习题.只可惜没有查到该题的最早出处.笔者深感疑惑：这样一道经不起实验检验，在理论上也漏洞百出的习题，何以在中国物理学界流行多年，最后竟然进入权威性的物理教科书中.为了不让一代代学子受误导，以讹传讹，笔者特撰此文，望能引起同行注意，抛砖引玉.如能纠错，万感欣慰.