花气袭人知骤暧

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  《萍踪侠影》中有一段描写“……摸进山谷,西行数里,残星明灭,曙色隐现,方庆再行一二里路,天边已现出乳白色,忽闻扑鼻清香,精神为之一爽,前面果然有一带桃林,还杂着许多不知名的花树,红的白的,灿如云霞,蔚成花海……”桃花的芬芳气味充满在空气中。
  在生活中处处都存在着这样的现象:烧饭的时候,满屋子都可以闻到菜香味;走近鱼摊就会闻到浓浓的鱼腥味等等,这些都是扩散现象。
  我们可以来做个实验(如图1所示):将装有空气的广口瓶倒扣在装有密度比空气大的二氧化氮(红棕色)的瓶口上,抽去中间的玻璃隔片,发现密度大的二氧化氮气体可以运动到上面的瓶子里,上面广口瓶中的空气也能运动到下面的瓶子里,经过一个小时左右,两种气体就均匀地混合在一起了(如图2所示)。
  


  物理学上,把不同物质接触时彼此进入对方的现象就叫做扩散,用密度不同的同种气体做实验,扩散也会发生,其结果是整个容器中气体密度处处相同。
  人们还发现,在液体和固体间也会发生扩散现象,例如将密度大于水的硫酸铜溶液注入水的下方(如图3所示),由于两者密度不同,应当是密度小的水在容器的上方,密度大的硫酸铜溶液在容器的下方,开始时的确如此,而且两者之间的界面非常明显(如图4所示),可是,几天后界面就会逐渐模糊,20至30天后两种液体均匀地融为一体(如图5所示),同样,有人做过这样的试验:把两块不同的金属紧紧压在一起,经过较长时间(几年)后再切开,可以看到每块金属的接触面内部都发现了另一种金属的成分,甚至可以相互渗透1mm左右。
  那么,神奇的扩散现象究竟是怎么回事呢?这就不得不提生物学家布朗著名的“花粉实验”了!
  1827年,英国植物学家布朗把非常细小的花粉放在水面上并用显微镜观察,发现花粉在水面上不停地运动,且运动轨迹极不规则,起初人们以为是外界影响,如振动或液体对流等,后经实验证明这种运动的原因不在外界,而在液体内部,原来花粉在水面运动是受到各个方向水分子的撞击引起的,人们把这种运动叫做布朗运动,布朗运动表明液体分子在不停地做无规则运动,从实验中还可以观察到,布朗运动随着温度的升高而愈加剧烈,这表示分子的无规则运动跟温度有关,温度越高,分子的无规则运动就越激烈,正因为分子的无规则运动与温度有关,所以通常把分子的这种无规则运动叫做分子的无规则热运动。
  扩散现象就是起因于分子的无规则运动,当硫酸铜溶液与水接触,一开始,硫酸铜分子聚集在下层区域,后来由于硫酸铜分子和水分子不停地做无规则运动,分子间彼此发生激烈碰撞,硫酸铜分子就逐渐均匀地分布到整个容器的空间区域,水分子亦然,前面实验中的二氧化氮分子、金属分子的扩散也是如此。
  在家里,你还可以用墨水来做实验,准备两个一样的杯子或碗,分别放入相同质量的冷水和热水,然后同时滴入一滴红墨水,你可以观察到墨水逐渐扩散到整杯水中,最后变成了均匀的浅红色溶液,同时,你还可以观察到两个杯中墨水的扩散速度是不同的,
  正如你看到的,墨水在热水中扩散较快,水的温度越高,扩散就越快,这是由于温度越高,分子的无规则运动越剧烈,墨水分子和水分子越“活跃”,于是墨水分子能很快地分布到容器的各个角落。
  古代文学中就有许多诗句、成语都含有扩散现象,比如南宋诗人陆游的《村居书喜》中的两句诗“花气袭人知骤暖,鹊声穿树喜新晴”,就是扩散现象,从物理学角度可理解为:花朵分泌的芬香油分子无规则运动加快,说明当时周边的气温突然升高,同学们在做此类题目时,只要把握住“花香”和“扩散现象”之间的对应关系,就不难得出正确答案,又比如成语“入木三分”,东晋书法家王羲之在木板上书写一篇祭文,刻字工人刻木板时,发现他的笔迹渗入木板三分,所以后人就用“入木三分”这个成语形容用笔功力的深厚,这又是一例扩散现象。
  大家可能比较熟悉气体、液体的扩散,其实生活、生产中也有很多固体扩散现象:堆放煤炭的墙角时间长了会变成黑色,即使剥去表层墙皮,里面仍旧能发现煤炭的黑色,这就是因为煤炭分子扩散进入了墙体:固体的扩散在金属的表面处理和半导体材料生产上很有用处,例如,钢件的表面渗碳法(提高钢件的硬度)、渗铝法(提高钢件的耐热性),都利用了扩散现象;在半导体工艺中利用扩散法渗入微量的杂质,以达到控制半导体性能的目的。
  现在你熟悉扩散现象了吗?下面就让我们考考自己吧!
  1、下列成语或诗句中哪些包含扩散现象( )。
  (1)凿壁偷光 (2)鸟语花香 (3)刻舟求剑 (4)烟消云散(5)水涨船高 (6)水乳交融 (7)秋兰飘香 (8)扬汤止沸 (9)城市尚余三伏热,秋光先到野人家
  2、郭沫若在《游武夷泛舟九曲》一诗中写道:“九曲清流绕武夷,棹歌首唱自朱熹,幽兰生谷香生径,方竹满山绿满溪,”这四句优美的诗中包含了许多物理现象,其中哪句指扩散现象?
  参考答案
  1、(2)(4)(6)(7)
  2、“幽兰生谷香生径”
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