Question

20．某研究人员为了探究冰和水的体积与温度的关系，在一定的环境下将1kg的冰加热，分别记录其温度和体积，得到了如图所示的图象．
（1）根据图象可知，温度等于4℃时，水的密度最大；在0℃～4℃范围内，水具有热缩冷胀（填“热胀冷缩”或“热缩冷胀”）的性质；
（2）根据图象还可知，严寒冬天暴露在室外的自来水管很容易被冻裂．水管被冻裂的实质原因是水结冰后体积变大；
（3）某医院病人需要冰块进行物理降温，取450g水凝固成冰后使用，其体积增大（“增大”或“减小”）了50cm ³． （ρ 冰=0.9×10 ³ kg/m ³ ）

Answer 1

分析 （1）从平滑的直线可以看出“-4℃上升到0℃时”直线在不断上升，说明体积在不断增大，而质量不变，再由密度公式即可得出密度的变化情况．
（2）根据图象找出0℃～4℃水密度的变化情况，得出结论．已知水的质量，根据公式V=$\frac{m}{ρ}$可求水的体积；水结冰后，质量不变，根据公式V=$\frac{m}{ρ}$可求冰的体积．然后利用冰的体积减去水的体积，即为450g的水结成冰，体积增大了多少．

解答 解：（1）由图象知到4℃时，水的体积最小，由公式ρ=$\frac{m}{V}$可知，此时密度最大；在0℃～4℃范围内，温度升高时水的密度是逐渐变大的，体积就是逐渐变小的，所以水具有热缩冷胀的性质．
（2）冬天气温低于0℃时，自来水管中的水结冰，因为水结冰后质量不变，而冰的密度比水的密度小，所以冰的体积比水的体积大，这样就会把自来水管撑裂．解：
水的质量为m=450g；
由ρ=$\frac{m}{V}$可得水的体积V_水=$\frac{m}{{ρ}_{水}}$=$\frac{450g}{1g/c{m}^{3}}$=450cm³，
水结冰后质量不变，冰的体积为V_冰=$\frac{m}{{ρ}_{冰}}$=$\frac{450g}{0.9g/c{m}^{3}}$=500cm³，
水结成冰，体积增大了△V=V_冰-V_水=500cm³-450cm³=50cm³．
故答案为：（1）4；热缩冷胀   （2）水结冰后体积变大；（3）增大；50．

点评 此题主要考查密度的计算这一知识点，根据图象或图表探究物质的规律是近两年出现较多的题目，图象可以使我们建立更多的感性认识，从表象中去探究本质规律，体验知识的形成过程．