探究牛顿的冷却模型

探究牛顿的冷却模型

常德市西洞庭一中 余倩,刘娇

英国物理学家和数学家牛顿曾提出了物体在常温下温度变化的冷却模型，如果物体的初始温度是θ1，环境温度是θ0，则经过时间t后物体的温度θ将满足：

θ=θ0+（θ1-θ0）·e-kt

现设计一个方案对牛顿的冷却模型进行验证，然后再运用牛顿的冷却模型解决具体生活中的问题。

方案设计：

实验原理：牛顿的冷却定律：θ=θ0+（θ1-θ0）·e-kt 实验步骤：1、用温度计量实验室温度。

2、分别取3个烧杯，向每个烧杯中加入等体积的50℃

400ml水在实验室条件下将其冷却至48℃、45℃、43℃所用的时间。

3、记录上述实验数据，验证牛顿的冷却模型。 数据分析：

数据 温度 48℃ 3.35 13.8 45℃ 10.02 13.2 43℃ 15 12..9 t θ0 实验室温度：13℃

分析： 经牛顿冷却定律计算出的环境温度θ

实验室温度相近。

0

与实际所测的

实验结论； 温度高于周围环境的物体向周围媒介传递热量逐渐

冷却，遵循牛顿的冷却定律。

运用牛顿冷却定律解决实际生活中的下列问题： 1、一杯开水的温度降到室温大约需要多少时间？

答：一般情况下，开水的温度是100℃，室温是37℃，所以一杯250ml的开水冷却至室温大约需1—2h。

2、应在炒菜之前多长时间将冰箱里的肉拿出来解冻？

答：运用牛顿冷却定律可知，炒菜之前大约10min应将冰箱里的肉

拿出来解冻，这样既有利于切又能保持肉味的鲜美，所以运用科学知识，来解决我们的生活常事，能使我们养成良好的生活习惯，利于我们的身体健康。

3、在寒冷的冬季，是冷水管容易结冰，还是热水管容易结冰？ 答：运用牛顿冷却定律可知，热水管比冷水管先结冰，如果从

［Mpembe效应］的蒸发角度看，在热水冷却到冷水的初温的过程中热水由于蒸发会失去一部分的水，质量较少，令水较容易冷却和结冰，这样热水就可能较冷水早结冰，但冰量较少，从溶解气体对流和周围事物等方面考虑，热水管较冷水管先结冰。

探究结论和分析：

温度高于周围环境的物体向周围媒体传递热量逐渐冷却时遵循牛顿的冷却定律，可见，生活中处处充满着知识，只要我们善于观察，勤动脑，不仅可以提高我们自身的素质，同时

也能为人类历史的进程做出自己的贡献。