神 奇 的 乒 乓 球
生活情景
有一天的活动课，同学们在打乒乓球。忽然，一个球向一位同学飞去，他没有接住，掉在地上，他急着想去捡，没想到路过的同学一脚踩到了乒乓球。他拿起来一看，乒乓球被踩扁了。
怎么办呢？这个乒乓球不能用了啊。同学们正准备把瘪的乒乓球丢进废物桶，却被科学老师拦住了。科学老师仔细观察了这个乒乓球，告诉同学们这个乒乓球很神奇，只要一点小技巧就能复原。于是，好奇的同学们跟着科学老师来到了实验室。
想一想、猜一猜
你认为乒乓球能复原吗？如果能，用什么方法使它复原，又是什么原因使它复原？
器材
瘪的乒乓球一只（要没破的）、沸水、烧杯或透明的玻璃杯一只、坩锅钳或镊子一个，三脚架、酒精灯、石棉网、烧杯（1000ml、100ml各一）。
步骤
方案一：
将乒乓球放在烧杯中，倒入适量的沸水，用坩锅钳或镊子将乒乓球夹住，使之被沸水浸没。从玻璃杯的侧面仔细观察。记录观察到的现象。
瘪的乒乓球 烧杯中的乒乓球
乒乓球复原的系列图
方案二：
将乒乓球放在1000ml的大烧杯中，倒入适量冷水，再将100ml的
小烧杯倒扣在乒乓球上（注意要使小烧杯中充满水、没有气泡，否
则烧杯会浮起来）。将石棉网放在三脚架上，将装着乒乓球的大烧
杯放到石棉网上，用酒精灯加热。在加热的同时，从烧杯的侧面仔
细观察乒乓球的变化。记录观察到的现象。
试验装置图（正面） （侧面） （俯视图）
绿色通道
注意实验的安全，沸水温度较高，为免伤到手，小朋友应在教师或家长的协助下进行实验。方案二涉及酒精灯的使用，应在实验室中严格按操作步骤和相关使用方法进行。
观察
方案一：
当乒乓球被沸水浸没一会儿后，你观察到了什么现象？
方案二：
随着酒精灯对烧杯的加热，乒乓球发生了什么变化？
实验现象及解释
乒乓球随着加热的进行而逐渐复原。
当空气被加热后，空气分子的运动速度会加快，这使得空气的体积随温度升高而增大。将乒乓球放在热水中时，乒乓球中的空气被加热，导致球内空气的体积增大；在这一过程中，球内空气的分子数量并没有增加，只是分子之间的距离被拉大，使得空气所占的体积也变大。这样，瘪掉的乒乓球就逐渐复原。
另外，因为做乒乓球的材料具有一定的硬度和弹性，使乒乓球的复原有了可能性。
总之，这是热胀冷缩的现象之一。
分析与结论
乒乓球复原了，你假设对了吗？那么，乒乓球为什么会复原？
你还能想出其它的办法使瘪掉的乒乓球复原吗？
知识拓展
为什么破了的乒乓球不能用？
你能列举出生活中其它热胀冷缩的现象吗？
相关知识链接
1、物质体积的决定因素
在温度和压强一定时，物质的体积主要由物质所含的微粒的数目、微粒的大小和微粒之间的距离决定。
任何1mol固态物质或液态物质所含的微粒数相同。微粒之间的距离很小，但微粒的大小不同，所以1mol固态物质或液态物质的体积往往是不同的。
任何1mol气态物质所含的微粒数相同。虽然微粒的大小不相同，但微粒之间的距离要比微粒本身的直径大很多倍，所以1mol气态物质的体积主要取决于气态物质中微粒之间的距离，而气态物质中微粒之间的距离与外界的温度、压强有关。当温度、压强一定时，微粒间的距离近似相等。
2、理想气体定律
温度、压力和体积是描述一定量气体状态的3个变量，它们之间的联系可用方程式
pV=nRT
表示。式中n为气态物质的量（其单位为摩尔），R为摩尔气体常数。这个方程式普遍适用于一切气体，但限于稀薄的气体，即温度不太低，压力不太高的“理想”气体，所以称之为理想气体定律，或者理想气体的状态方程，也叫Clapeyron方程。
用理性气体状态方程进行计算时务必注意各参量的单位：其中温度T必须用热力学温标单位K；气态物质的量n的单位是摩尔（mol），体积V的单位常用立方分米或立方厘米（dm3或cm3）；压力p按国际单位制应该用帕斯卡Pa（Pascal）或千帕斯卡kPa，以往也经常使用大气压（atm）为压力单位。在实验室常用水银压力计测量压力，所以也用水银柱高度（mmHg或cmHg）表示压力。气体常数R值，则随p和V单位不同而异，如p用kPa，V用dm3，已知1mol理想气体在标准状况下（273.15K，101.33kPa）体积为22.414dm3，则
在3位有效数字计算中，我们常用R=8.31Kpa·dm3·mol-1·K-1。其他单位的R值，可参照物理单位换算关系进行必要的换算。
完全理想的气体虽然不存在，但许多实际气体，特别是那些不易液化的气体，如He、H2、O2、N2等在常温常压下的性质颇近似于理想气体，另外，粗约估算用这个方程也很方便。
3、单位转换
1 Pa = 1 N·m-2
1 atm = 760 mmHg = 1.01325×105 ≈101 kPa ≈ 0.1 MPa
R = 8.31 Kpa·dm3·mol-1·K-1 = 0.0831 bar·dm3·mol-1·K-1
= 0.0821 atm·dm3·mol-1·K-1 = 62.4 mmHg·dm3·mol-1·K-1
= 8.31 J·mol-1·K-1 = 1.99 cal·mol-1·K-1 |
