由两幅图对比引起的迷惑，本文主要内容关键词为：两幅论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
人民教育出版社普通高中课程标准实验教科书《物理》（选修3-3）第九章第3节中，有这样的两幅图：一是水的沸点与大气压的关系（如图1所示）；二是水的饱和汽压和温度的关系（如图2所示）。教科书在“说一说”栏目中启发学生对比这两幅图，“关于水的沸点，你有什么新的发现？”基于初中所学知识和生活经验，学生很容易想到水的沸点是100℃(1atm)。通过作图找到100℃对应的大气压、水的饱和汽压大约都是100kPa（如图3所示）。从而知道100℃这一沸点就是水的饱和汽压等于大气压时的温度，其他沸点也是如此。进一步推理可知，水沸腾的条件是水的饱和汽压等于外界压强。加以推广其他液体也是如此。对此学生深感迷惑。迷惑之一是为什么说当饱和汽压等于外界压强时液体沸腾？迷惑之二是为什么一个图像过原点而另一个图像不过原点。学生求知之情溢于言表，而教师多以“以后大学里会讲”一言带过，甚是遗憾。现笔者分别予以说明，以供同行们参考。
图1
图2
图3
一、液体沸腾的条件是液体的饱和汽压等于外界压强
沸腾是能明显观察到的一种汽化现象，在一定的压强下，液体被加热达到一定的温度时，从液体内部和器壁上涌现出大量气泡，整个液体剧烈汽化，这种现象称为沸腾，相应的温度称为沸点。
图4
在沸腾现象中，必伴有气泡的生长、上升和破裂的过程。在这一系列变化过程中，不仅存在热学平衡（液气二相平衡），而且还存在力学平衡。现同时考虑这两方面因素来研究液体沸腾的条件。以水的沸腾现象为例，如图4所示，在一般情况下，水中溶有空气，容器的四壁表面也吸附有空气，空气对水的溶解度及器壁表面的空气吸附量都随温度升高而减小。
开始加热后，这些空气被分离，并由于热膨胀而在容器底部和四壁形成了一些小气泡，这些小气泡起着汽化核的作用，小气泡周围的水将不断向气泡内蒸发。所以气泡内除了空气还含有水蒸气，气泡内部压强包括泡内空气的压强
、液体的饱和蒸汽压强
、液面的附加蒸汽压强
。作用于气泡外部的外加压强包括作用于液面的大气压强
，液体自身的压强ρgh，以及由于球面的表面张力所引起的附加压强（即气泡内部压强大于气泡外部压强一个量
，α为液体的表面张力系数，γ为气泡的曲率半径）。附加蒸汽压强与△p仅在小气泡刚产生的初始阶段起作用。当气泡不太小时，附加压强的作用甚微，另外液体自身的压强ρgh与大气压强相比也可忽略。
根据力学平衡的条件，小气泡能在液体内存在的条件为：
如果考虑上述忽略的部分，则上式可近似为
小气泡形成的初期，气泡很小，水的浮力作用不足以使小气泡挣脱器壁的附着力而上升；温度升高时，当浮力作用足以克服附着力作用时，气泡将上升。在上升过程中泡外的压强变化不大，但泡内压强随蒸发在迅速增大，因而气泡体积会变化，以达新的平衡。
在沸腾达到前，液体的温度是不均匀的，上部的温度往往低于底部。当气泡上升到液体上部温度较低的地方，其中部分蒸汽凝结，泡内饱和蒸汽压随之减小，因而气泡的体积在上升过程略有减小，并又下沉。在接近沸点时，有大量的气泡涌现，接着上下交替作较猛烈的增大和缩小，由于剧烈的振动而引起沸腾前的响声；当温度进一步升高时，和都增大，气泡体积迅速增大，附加压强和△p因气泡的曲率半径的增大而减小。同时，由于迅速蒸发而使饱和蒸汽压急剧升高，使在气泡中由温度较低时占气泡压强的主要部分退居为温度较高时的次要部分了。随着继续加热，热对流作用使上层液体的温度也不断升高。当整个液体都处于同一温度时，气泡在上升过程中，再不会因蒸汽的凝结而缩小，此后，气泡在上升过程中只会继续增大。当整个液体的温度升高到使
时，因
，气泡再也不能维持平衡，将骤然胀大，并在浮力作用下迅速上升。到达液面时，由于泡内压强比外界压强大而破裂，放出里面的蒸汽，这就是沸腾现象。时的温度就是在外界压强为时液体的沸点。
在开始沸腾前，液体的蒸发量较少，液体所吸收的热量大部分用以提高液体的温度。当沸腾开始时，大量气泡带着蒸汽浮到液面破裂而蒸发。因此，蒸发量猛增，液体的温度保持在沸点不再上升，液体所吸收的热量全部消耗于液体的汽化。根据分析，液体沸腾的条件是饱和蒸汽压与外界压强相等（忽略液体本身的压强，就应该等于大气压强）。当液面上方的外压强高于该温度下的饱和蒸汽压时汽化表现为蒸发，所以，沸腾与蒸发在本质上都是由液态分子转变成气态分子的过程，仅发生的条件不同。
二、两个图像都不应该过原点不同温度下水的饱和汽压
上表是不同温度下水的饱和汽压，从表中可以看出0℃水的饱和汽压不是0，依据沸点就是水的饱和汽压等于大气压时的温度，沸点为0℃时大气压也不应该为0，就是说两个图像都不应该过原点。图1、图2之所以一个过原点而另一个不过原点，是由于篇幅限制所选标度太大，作图不准确引起的。实际上两个图像都不应该过原点。