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    5.水稻种植，中国长江流域被认为是世界最早的。后发现中南半岛同时期也有种植。无论那里起源，从这种作物的名称就知道，缺乏大规模推广的可能性。五谷（或）中，共有的四谷对水的需求较小。但很多干旱区域都产水稻，比如新疆阿克苏、甘肃张掖、山西太原，找寻原因并判断，那里可以移植？

    6.中国历史上，有好几次气候大规模变冷、变旱，导致物种生存范围巨变。8000年前，青藏高原变冷，在长江黄河上游的农业部落搬家。5000年前，大象从甘肃分布到北京，随后南迁。春秋中期，黄河流域变冷变旱，原本还有犀牛在此游荡。北宋末年，河南的竹子全部冻死，后来北方很难再有竹子存在。明末，整个北方都寒冷干旱，农业歉收或绝收。其他时期间或有中小规模气候变动。游牧部落大规模入侵，背后的气候因素也是一大推手。从黑海到鄂霍次克海（唐：少海）的游牧部落，在定居文明的历史记载出现时，可体会气候的冷暖变迁。能找到气候变暖、变湿的时期吗？

    7.金星大气稠密，主要是二氧化碳，这种气体有利于热量积聚，不利于散发，所以表面温度可达400c。地球气候变暖，空气中二氧化碳含量增加。二氧化碳含量增加也导致气候变暖。那么究竟哪个是因？那个是果？或许这种简单判断并不合适。

    8.航天飞机，在太空中，太阳晒着地方温度超过100c，阴影的地方温度为-100c。新疆的昼夜温差虽大，但远远不能和这个比。地球大气虽然不够稠密，现在感觉到它的可贵了吧。如果稠密到金星的程度，昼夜温差就基本消失了，就没办法吃水果和粮食了。总之，地球最好。

    水到了100c就沸腾，称之为沸点，在0c就凝结，称之为冰点，这是通常情况。在一些情况下，沸点温度和冰点温度发生变化。在高山上烧水，水很快就烧开了，却不怎么烫。如果用温度计测量，就发现温度低于100c。水在开始加热后，微量水就可能进入气态形成微气泡，在气泡内，水蒸气变成水和水变成水蒸气同时在发生。当温度上升，气泡内的压力上升，到一定程度时，水蒸气和水相互转化达到平衡（此时平衡压称之为此温度下的蒸气压）。温度越高，对应的平衡压越大。当气泡平衡压等于外面的大气压时，气泡就可以上升到水面，水就进入沸腾状态。此时对应的温度就是沸点。如果外面大气压降低时，沸点对应的气泡平衡压自然降低，平衡压降低意味着对应的温度降低。即沸点温度下降。所以，气压大小决定了沸点的高低。水的沸点变化：0.2个大气压，60c，0.5个大气压，80c，1个大气压，100c，2个大气压，120c。在深海海底，热泉冒出的水温是400c。

    烧开水的目的是杀死水中的细菌、寄生虫卵等。而高山上的沸水温度低，无法有效杀死细菌，就失去了烧开水的效果。同样做饭也不容易熟。高压锅就是锅密闭起来，里面气压超过海平面气压，水要超过100c才能沸腾，这样做饭烧菜熟的快，烧得烂。高压锅都有放气阀门，当压力超过限定值时，就开始放蒸气，保证压力锅不会爆炸。

    水中0c结冰，体积膨胀。这个是与多数物质不同的地方。如果限制水的体积膨胀，水就无法结冰。在电视会看到花样滑冰，这些冰上舞者的鞋子下部是冰刀。冰刀的刃很窄，加上人的重量，就直接压人冰中，而被压的细条冰体积减小，恢复成为水，这样有水起润滑作用，滑冰就很轻松。当冰刀离开刚刚形成的水槽后，这些水很快又结成冰。

    空气被加热时，体积会膨胀，而重量不变，那么密度就减小。周围空气密度不变时，这些热空气就因为浮力升上去了。同理，当空气变冷后，体积减小，密度增加，就下沉了。所以家里生火做饭，锅是放在火上面，这样可以最大幅度地利用热。北方有暖气供应的地方，暖气片都放在窗户下面，这样窗外的冷空气进来，就直接下沉到暖气片上，很快就被加热了。

    水比较特别。在4c时，加热体积增加。降温体积也增加！也就是说水的密度最大不是0c（大多数液体都是在凝固点密度最大），而是4c。河水结冰，冰本身浮在水面上，而冰下的水里面，从上到下，温度是0c到4c，生活中水中的鱼类，就可以待在最高温处，4c的河底。倘若冰密度比水大，那么整个河、湖，甚至海在冬天都变成冰的世界，水中的多数复杂生命不能呼吸而无法存活。不过水结冰后体积变大，带来一些问题，生命的基本构成是细胞，内部充满了水。当这些水结冰时，细胞膜就撑破了，生命无法存活。（某些两栖动物，细胞内有防冻液，在全身都冻在冰中时，细胞保持液态）

    水的这些特性：存热性最好、固态体积大于液体、4c密度最大。使得生命成为可能，所有的生命，组成身体的物质中大部分都是水。比如人体大约70%是水，人体密度和水差不多。所以人学游泳是比较容易的，尤其是刚出生的婴儿，已经在水里面生活了九个月。

    地球上生命非常顽强，从深海海底到高山之巅，从万年的冰中，到咸涩的盐池，生命无所不在。但是地球有一个广阔的地方，居然没有任何生命，这里比手术室的灭菌条件还要严酷。在智利北部的阿塔卡马沙漠，多年不曾降雨，地面没有一点水分。看起来算不上最严酷的地区，却因为没有一点水，成为生命的禁区。

    夏天冰淇淋、冰棍（现在还有吗？）很受欢迎。在吃到嘴里瞬间，舌头感到冰冷，表明热量正离开舌头进入冰淇淋。慢慢地冰淇淋化为甜香的液体，此时温度并没有提高。在这个过程中冰吸收的热，称为熔化潜热。等冰吸饱了潜热，就全部化为水，再吸热，水才升温。烧开水也有同样情况，水到了100c，再吸热，成为100c的水蒸气。温度保持不变。如果没有热量补充，就变不了水蒸气。这部分热量成为气化潜热。80卡热量可以让1克水从0c升高到80c，但只能让1克冰化为1可水。而1克100c的水变为100c的水蒸气要540卡！

    前面我们提到飓风，也称为台风，就是水蒸气释放出的潜热造成的。在热带海面上，海水温度足够高（大于27c），且热海水足够深（大于50米），这个就是飓风的能量来源。在此海面上，一个巨大的热气包离开海面，形成局部真空，此处气压降低，形成飓风中心。周围的空气涌来补充。而涌来的气流由科里奥利力偏转，形成逆时针（北半球）或顺时针（南半球）的大旋涡。大量携带水蒸气的上升气流包，在空中温度迅速下降，部分水蒸气凝为水，释放出大量汽化潜热。这些潜热以风的形式出现，高风速导致低气压（伯努利原理），低气压导致令蒸发增加，继而使更多的水汽冷凝。大部分释放出的热量驱动上升气流，使风暴云层的高度上升，进一步加快冷凝。这是一个自我驱动的过程，使得飓风越来越强，范围可达几百公里，相当于一个强力吸热器。如果海面水不够热，热水量不够多，就无法维持下去。飓风移动过程中，由于不停从海水吸热，所经过的海面温度普遍下降。当飓风进入陆地，没有供热源了，飓风就慢慢消散。当然消散前，前面积攒的能量就以破坏的形式出现。

    陆地上类似的形式是龙卷风，当然规模不能和飓风相提并论。也是由大尺度（比海中小的多，不到百米）的上升气流引发，多数旋转方向和飓风相同。由于尺度相对科里奥利力有效作用的范围小，因此有可能出现反方向旋转的情况。另外缺乏热补充，持续时间短，移动距离几公里到几十公里之间。

    思考：

    1.我们做饭时，蒸煮常用温度就是100c。炒菜温度超过250c，烧烤温度超过500c。那么低温能不能做熟饭呢？比如60c炒菜，50c煮饭。

    2.潜水艇发射导弹时，一直加热导弹井底部的水，待其全部变成水蒸气后，继续加热，压力越来越大。最后导弹被弹出发射井，冲出水面，再进行点火。类似情况，鱼、雷发射，航空母舰上的舰载飞机弹射，都用水蒸气进行。那么航天飞机发射时，发射口下面也有大量水，发射时也是滚滚水蒸气大量涌出，这个是起什么作用呢？*

    3.使用热水时，不小心会将少量热水倒在皮肤上，很快皮肤会变红。但是如果不小心让蒸汽喷在皮肤上，很容易起大水泡。

    4.冬天找一大块冰，找一截细铁丝，把铁丝挂在冰上，两端拴一个重物，比如哑铃，观察铁丝情况。铁丝能一直挂在冰块上吗？

    5.永久冻土，是温度常年低于0c，土内部的水分完全以冰的形式存在，分布在高寒地带。在中国，一般冻土上方覆盖着数米到数十米厚不等的正常土壤。冻土可以保持水分，上方土壤的水受冻土阻隔无法渗透流走，地下水位较高，容易形成湿地和草甸。气候变暖，冻土消失，地下水位下降，上层土壤无法保持水分，湿地草甸逐渐荒漠化。在青藏高原、大兴安岭，易见这样场景。若大范围冻土消失，表面地形会有什么变化？

    6.家用空调，都安装在房间接近顶部的位置。暖气片，都安装在窗户下方。为什么？

    7.夏日午后，经常可以观察到小旋风。在地面的某个区域，突然出现一股旋风，刮起少量尘土。尘土在风中的移动显示出旋风的旋转和路径。那么此刻旋风的旋转方向是由什么决定的？仔细观察起旋风的初始区域，和其他区域有什么区别？

    8.滑翔机，没有动力，在空中滑翔。按道理应该是高度越来越低。但实际上一个经验丰富的飞行员，可以维持高度不降，甚至越来越高，他是怎么做到的？*

    9.有时候，龙卷风经过河面或湖面，会吸走大量水，甚至携带一些鱼类和两栖动物。导致另外一个区域下起了动物雨。那么会不会把动物带到一个生活环境截然不同的地区？

    10.在正常情况下，0c水开始结冰。若水非常纯净，没有任何杂质，则到-70c，水也不会结冰，称为过冷水，如右图。水管喷出过冷水，在接触杂质后，瞬间结冰。夏天有时候会有冰雹。这是在高空中存在强烈的对流气流，小水滴在气流作用无法降落，融合成为大水滴才降落下来。当气温低于0c，凝为冰粒，下落过程中受气流影响，可能再次上升，多次聚集水滴，逐渐增大。当个头增加到气流无法维持时，降落下来，成为冰雹。冰雹形成中，影响体积大小的因素是什么？

    11.在海战中，当某艘船即将沉没，周围的船员都赶紧离开船附近水域，为什么？

    12.在影视节目中，子弹射入水中，我们看到一条条气泡形成的轨迹，这个轨迹就是子弹经过的路径。但气泡却又慢慢消失了，并没有上升到水面上。结合前面第四节最后部分的内容，解释气泡形成的原因。*

    13.海水的热量来自太阳，在不同纬度，太阳提供的能量不同，平均意义上赤道区域是最强的。由于洋流在赤道附近是自东往西流，那么这些洋流就持续被太阳加热，温度缓慢增加，大约每移动经度一度，增加0.1c，在洋流向两极方向移动时，向周围环境散热，每移动纬度一度，大约降低0.3c.当洋流进入高纬度区域自西往东流时，由于周围环境温度低，此时洋流依然保持降温，幅度也是每经度0.1c。同理洋流自极地向赤道移动时，洋流从周围环境吸热，温度保持每纬度0.3c的增幅。由此可以断定，飓风易形成于大洋的西部区域。

    在温度不同的2个物体之间，就产生热量传递。热量传递有3种形式。

    1.对流，发生在相同类型的流体内部。比如空气对流，水对流。热流上升，寒流下降，互通有无，最后温度一致，结束热量传递。大气有对流层，海洋有洋流、环流，专门进行热量重新分配，造成了地球多样的气候环境。热量分配同时带来了水的分配，把海洋中的水运输到陆地上，完成了生命进驻陆地的先决条件。

    2.传导，发生相互接触的对象之间，同时不满足对流条件。固体之间、固体和流体之间都以传导的方式进行热量传递。热水澡可以让一个冻萎靡的人恢复活力。因纽特人也是这种散热方式。不同物体热传导的性能不同，金属一般都比较好。陶瓷、皮革相对差。热传导性能最好的是银，是铁的9倍。铝也不错，是铁的4.4倍。银做炊具，价格有些高昂，普通人用不起。不过用银作碗、盘子有个好处，可以杀死部分菌。铁，虽然传导性能不是最好，但胜在价格便宜量又足，所以我们做饭的锅多数都采用铁。铝轻又传热快，为什么不采用铝呢？铝表面有一层氧化膜，可以防止铝进一步氧化，阻止人体摄入铝。但刷锅的时候用铁刷子刮擦，烹饪时一些酸性物质都很容易破坏膜。所以炒菜锅基本用铁锅。高压锅一般炖烧煮，用铝制造重量轻，便于使用，同时不易破坏表面的氧化膜。人体需要很多金属，但铝不在其中，所以尽量少摄入铝。

    3.辐射，发生在不接触的对象之间。比如太阳通过辐射，给地球带来大量热。空气对流时，热空气进入高空，通过辐射的方式把热量散发到太空。并且所有物体，只要温度不是-273.15c，就向外辐射，区别只是辐射量的大小。辐射和对流是宇宙中最可行的热方式，比如太阳表面和内部采用对流方式，对外采用辐射方式。传导很少，因为宇宙中绝大多数可察觉物质都是流体形式存在。

    通常情况下，热传递都是多种形式共同作用。烧开水，热源和壶之间是传导和辐射，壶和水之间是传导，水之间是对流。冬天烤火，是辐射和对流。烧烤，是辐射和传导。

    热量产生有多种方式：燃烧、核反应、压缩、摩擦。通常我们做饭，使用天然气、液化气、煤炭、木柴、秸秆等等，燃烧产生大量热来进行。燃烧有温和的方式和猛烈的方式。像汽车发动机（烧油）、蒸汽机（烧煤炭）、做饭等类型的燃烧，是猛烈方式，燃料（被燃烧的材料）燃烧速度快，伴随着光、声等效果，产生出大量热。温和的方式就比如我们的身体。我们每天摄入一定量的食物，这些食物经过消化后变成身体组织可以处理的物质，在体会燃烧。产生的能量一部分用来维持我们的体温，保障我们的行动能力，另外一部分储存在细胞内。若这些物质消耗不完，多余的就以脂肪的形式存储下来，身体就慢慢发胖。所有动植物内部都是温和燃烧方式。现在航天飞机内部用的电池，很多都是燃料电池，通过燃烧氢气来产生电流，这种燃烧也是温和方式。太阳及其他恒星，都是通过核反应产生热，这是宇宙的普遍现象，燃烧是罕见现象。而在地球上，燃烧随时都在进行，而核反应发生在核电站、核试验、核攻击、核动力罕见等场所。和宇宙普遍情况截然相反，如同目前所知生命仅在地球上出现一样！一般情况下，固体和液体很难压缩，气体很容易压缩。自行车打气筒、握力橡胶圈，在多次使用后，都能感受到压缩产生的热。装甲车的实心轮胎，行驶时各部分都被循环压缩，长时间行驶后变得滚烫。摩擦产生热，是生活中普遍现象。最早的应用就是钻木取火，这种史前生火方式现在看起来虽然不便，却是人类从被动引火到主动生火的一个转变（因纽特人的传统生火方法就是钻木取火）。多数情况下，摩擦产生的热量虽然不多，但是带来很多麻烦。从工业革命开始，润滑油的广泛需求就是为了减小摩擦。

    思考：

    1.自然中的空气和水的对流广泛存在，户内主要是强制对流。厨房的抽油烟机、大厅的排风扇、楼房的中央空调，这些强制对流都要消耗电力。但自然对流可以用来发电，了解目前新能源状况，列举有哪些自然对流发电方式？

    2.去参加宴席，通常凉盘和热菜都有。观察碗、盘子，多数都用陶瓷材料。更早时期，木制餐具也曾广泛使用，为什么？另外古罗马时期，铅制餐具广泛使用，造成铅中毒情况很普遍。

    3.夜视仪（红外线成像仪），在晚上无可见光线时，可以观察周围环境情况，为什么可以呢？

    4.保温瓶保温，密闭性隔绝了热对流可能，软木塞和玻璃瓶胆内的近似真空降低了热传导，瓶胆内膜镀银（镁），阻隔了热辐射。在保温瓶里面灌半瓶沸水，如果立即塞上软木塞，很快软木塞会飞出来。如果等一会再塞上。时间长了，软木塞不容易取出。为什么？

    5.城市里面有大量热产生。工厂的烟筒、汽车的尾气、空调的排气口、厨房的灶台、我们的呼气，都贡献着热。城市内植被少，水泥建筑多，空气中废物多，太阳辐射更容易蓄积。最终造成整个城市空气平均温度比郊区高。这个称之为热岛。乡村里面也有类似效果，不过热岛小很多。什么情况下热岛效应更大？什么情况下热岛效应变小呢？

    6.有煤有丰富水资源的地方，经常有火电厂。其标志性建筑是冷却塔，侧面呈弧形，顶上是热气腾腾的模样。直接让这些热水冷却，浪费很大。在北方，冬天可以使用这些热水供暖。另外，热水可以用来增温，养殖热带鱼类，比如罗非鱼。这是一种性价比非常高的鱼类。

    7.不同的食物燃烧的热量差别很大，把固定重量的某物质燃烧产生的热量称为热值。通常食物中热值最大的是奶油，和无烟煤的热值差不多。花生的热值也很高，虽然比不上酒精，比松木高。白糖也不错，比松木稍差。令人意外的是瘦肉的热值很低，和大米饭差不多，大约是松木的四分之一。炒鸡蛋比煮鸡蛋热值高30%。可发现油脂含量高或油炸的食物，热值高。食物的热值高不等于营养高。并且食物热量太高，超出人体需求太多，身体就发胖。虽然人体维持体温和活动都需要热量，而人体本身的运转却需要其他类型的物质。营养丰富是指产生热量的物质、代谢必须的物质、保持防护能力的物质都有的食物，通常某一类食物营养不全，偏爱某种食物的话对身体可能不利，所以要搭配吃。粗加工的米面（热量、维生素）、蔬菜（纤维素、维生素）、肉类（动物蛋白）、水果（维生素、微量元素）、豆类（植物蛋白、耐久性淀粉）混合，并且肥瘦肉都吃。当食物类型单一时，会形成特定的饮食习惯。因纽特人很难获取植物型食物（蔬菜），无法以这种方式补充维生素。但他们吃的肉食热加工程度很低，内部的维生素并没有破坏，所以安然无恙。西方人吃的牛排经常是5分熟，或3分熟，带着血丝吃，可能也有这方面的习惯因素。

    8.冬天双手冰凉，用力互相搓，一会手热起来。是摩擦生热的结果吗？

    9.长途客车，尤其是在山路上运营的，在车里一般有个大水桶，持续向刹车片滴灌。为什么要这样做？

    10.在户外探险时，携带一张金属膜热量反射布是很有必要的。当衣服湿透失去保暖效果，需保温时，这张轻便的热量反射衣可以有效防止体温快速下降。

    梅乐芝经理的科普文章（六）

    第6节力与惯性

    前面几节，介绍了不同的力。力总是作用在某物体上，为了衡量力对物体的作用关系，需要对力的大小进行度量。而进行度量，则需要制定标准。前面我们给出了长度，温度的标准。现在要给出力的标准，但力是依附并作用在物体上，所以先要制定物体的标准，即物体如何体现自身存在的标准。

    对象在外因作用下，发生某些状态变化。对象体现自身存在的标准，就要体现抵抗外因的能力。那么定义对象的标准，就必须能衡量在外因作用下，对象保持原状态的能力大小。换而言之，与原状态相似程度大小。总之是衡量对象维持原状态的能力。现在我们把这个标准，称为惯性。

    我们看到，惯性定义是泛定义，并没有具体到某个特定对象。而惯性是和外因一同出现的，不存在没有外因对应的惯性。这样就建立外因与惯性的固定结合，这种结合可以称为模式。只要在使用前作出说明，你也可以命名结合为任意想到的名字。实际中，我们总是直接定义好惯性，其中蕴含着对应的外因。
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