逍遥右脑 2018-10-01 09:00
在初中物理课本“温度计”一节中，有这样一段：“家庭和物理实验室常用的温度计，是利用水银、酒精、煤油等液体的热胀冷缩来测量温度的。”有些爱动脑筋思维活跃的学生向老师提出一个问题：“水也具有热胀冷缩的性质，为什么不用水来做温度计？用水的成本低，容易加颜色便于观察。”对一上这个问题笔者从下面几个方面向学生解释，不知是否恰当，请同仁们斧正。
1．由于熔点和沸点的原因
在标准状态下水的熔点（凝固点）是0℃，水的沸点是100℃。而水银的熔点（凝固点）是－38．5℃，沸点是357℃；酒精的熔点（凝固点）是－114℃，沸点是78℃；好的煤油熔点（凝固点）是－30℃，沸点是325℃。
如果用装水的温度计测量气温，冬天在0℃以下，水凝固成了冰，无法测量；当温度达到100℃水就沸腾．虽然由于管内随着水蒸气压强的增大会提高水的沸点，但其中水的体积膨胀与蒸汽压强增大的比例关系很复杂，不是一个正比关系，所以不能用其测量100℃以上的温度。水银就不同，用它可以测量－38．5℃－357℃之间的温度；酒精虽然沸点不高，但是它的熔点（凝固点）是－114℃，即在零下114℃以上都不会冻结；用煤油可测量－30℃－325℃之间的温度。
2．由于热膨胀系数的原因
水的热膨胀系数为2．1×10－4℃，水银、酒精、煤油的热膨胀系数分别为1．8×10－4℃、1．1×10－3℃、1．0×10－3℃。同样体积的液体都升高1℃，酒精和煤油膨胀的体积约是水的5倍，那么在利用体积变化的刻度方面，水的刻度距离小，酒精和煤油的刻度距离大，相同的温度间隔距离大，不仅为测量和读数带来方便，且能够测量较小温度变化值。
3．由于比热容的原因
水的比热容为4．2×103J／kg?℃，水银、酒精、煤油的比热容分别为0．14×103J／kg?℃、2．4×103J／kg?℃、2．1×103J／kg?℃。水的比热容是水银的30倍，如果质量相同的水和水银，吸收相等的热量，水银升高的温度是水的30倍。可见用装水的温度计对于被测物体的温度影响大，达到热平衡的时间长；而水银温度计对于被测物体的温度影响小，达到热平衡的时间短。特别是测量比较小的物体，如果温度计对它有影响，其温度的测量值就不准确了。
4．由于水有反常膨胀现象的原因
水在4℃以上，与一般的物质相同是热胀冷缩的，而在0℃和4℃之间却是冷胀热缩，且这段冷胀热缩的系数与热胀冷缩的不同。这是水的一种特殊性质，如果温度计里装的是水，不仅无法标度0℃到4℃之间的刻度，在用这样的温度计测量4℃左右的温度时，无法确定其读数。
从以上的分析我们可以看出，温度计里不能装水的原因是多方面的，主要是根据液体的物理性质而选定。再则不同液体的温度计的测量范围和用途父各不相同，如酒精温度计就不能用于测量高温，体温计就是用的水银温度计等等。