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2019年高考刚刚落下帷幕，中考的号角就吹响，率先登场的是2浙江省金华市的科学卷。 金华科学卷压轴题竟是一只鸟，一只神奇的鸟。 （2019·浙江金华）小丽在商场里买到一个有趣的玩具――“喝水鸟”（如图甲）；只要往头部滴一次水，且鸟身前面放一杯水，就能实现“低头‘喝’水――抬头――又低头‘喝’水――又抬头……”反复运动（如图乙）。仔细观察发现，“喝水鸟”由玻璃制成，鸟身由一支点承托，头部、玻璃管和底部连通并充满乙醚（易挥发，易液化），且整体密封。请运用所学知识解释“喝水鸟”能反复运动的原因。（官方参考答案在文末） 甲 乙 其实，这个神奇的饮水鸟是中国古代的儿童玩具，可惜在我国早已失传，对它完整的记载是在前苏联科普大师别莱利曼在《趣味物理学续编》一书中： 饮水小鸭 有一种中国的儿童玩具，谁见了都觉得奇怪。它的名字叫“饮水小鸭”。把这小鸭放在一杯水前面，小鸭就会俯下身去把嘴浸到怀里，“喝”完一口水，又直立起来。可是直立一会儿，又会慢慢俯下身去，等到鸭嘴够到了水， “喝”了一口，又会直立起来。这种玩具是“不花钱”的发动机的一个典型。它的活动的机构是很巧妙的，请看图 89，小鸭的“身体”是一根玻璃管，管的上端是一个小球，做成鸭头的样子，连着扁嘴。管的下端连一个较大的玻璃球，也是密封的。球里面装有液体， 玻璃管下端浸没在液面下。 要使小鸭能够活动，必须用水打湿鸭头。鸭头打湿以后，有一段时间小鸭还能保持直立的姿势，因为下端的玻璃球和里面的液体比鸭头重。现在看它会发生什么变化。我们看到液体开始沿着玻璃管上升（图90）。当液面升到玻璃管上口的时候，上部就变得比下部重，于是小鸭就嘴向前把身子俯到杯子上。当小鸭的身子俯到水平位置的时候，下端玻璃管的开口就会露出液面来，玻璃管里的液体也就流回下端的大玻璃球。于是小鸭的“尾部”又变得比头部重，使小鸭恢复直立的位置。现在我们明白了这个问题的力学方面的作用：液体的升降改变了重力的分布情况，简单地说，就是改变了重心。可是使液体上升的，又是什么力量呢？ 小鸭内部的液体是醚。醚在室温里很容易蒸发，而醚的饱和蒸气所产生的压力又会随温度的改变而剧烈改变。 在小鸭直立着的时候，可以看出有两个独立的醚蒸气区域：一个在头部，一个在尾部。 鸭子的头部有一种奇妙的性能：只要用水把它打湿，那里的温度就会变得比周围温度稍微低一些。要做到这一点也不困难，只要把鸭头的表面用善于吸水又容易让水分蒸发的多孔材料来做就成了。水分剧烈蒸发的时候，鸭头上的温度会变得比下面玻璃管和大玻璃球里的温度低。这又转过来会使头部那个小玻璃球里的饱和蒸气冷凝，压力也就随着降低。于是下部那个大玻璃球里的比较大的压力就会挤压液体，使它顺着玻璃管上升。重心移动位置了，小鸭就慢慢俯下身子一直到水平的位置。在这个位置里，有两个过程各自独立地进行着。第一，小鸭的嘴浸了一下水，这样就又把自己头上的棉套子打湿。第二，上下两部分的饱和蒸气混合了，压力也变得一样了（由于吸收了周围空气的热量，蒸气的温度略有上升），同时玻璃管里的液体，也在本身的重量作用下流入下端的大玻璃球。于是小鸭又直立了起来。 这个玩具会不断地自动活动下去，只要让它头上的棉套子继续被打湿，而周围空气的湿度又不太大，能够保证正常的蒸发，也就是保证头部的温度能够相对地降低。这样看来，小鸭头部的水不断蒸发所吸取的周围空气的热量，就是使这种奇妙的小鸭能够活动的原动力。这种小鸭是“不花钱”的发动机的一个极其明显的例子，但它并不是什么“永动机”。 据说这只鸟曾让物理界的龙头老大爱因斯坦不明觉厉。 有人把饮水鸟的外面涂上挡住内部奥秘的颜色，拿到爱因斯坦的面前，说：“科学家说永动机不可能实现，为什么这只小鸟可以不停地动呢？” 当爱因斯坦终于想通了其中的原理时，不禁大为赞叹，因此这个玩具被称为“令爱因斯坦也惊叹的玩具”。 看到关于饮水鸟的介绍，请同学们思考以下几个问题，可以把想法写在留言板上交流哟！ 问题1：饮水鸟是永动机吗？为什么？ 问题2：饮水鸟内为什么装入乙醚？如果把乙醚换成酒精或水，还可以“饮水”吗？ 问题3：要制作一只饮水鸟，你认为要注意什么问题？（请说出一点） 问题4：……（请写你的问题，和大家交流） 考题官方参考答案： 例1：水蒸发吸热，头部乙醚蒸汽发生液化，气压下降，液柱上升；若把喝水鸟转动看成杠杆，随着液态乙醚上升，动力逐渐变大，动力臂也增大，阻力逐渐变小，阻力臂也变小，使鸟身绕支点顺时针转动，即低头喝水；随着前倾角度变大，底部乙醚越来越少，当玻璃管下端管口部分露出液面后，底部气体沿管壁上升，液体在重力作用下回流，使鸟身逆时针转动，实现抬头。 例2：水蒸发吸热，头部气体温度下降，气压下降，液柱上升；底部的液态乙醚沿着玻璃管逐渐上升，重心逐渐向前移动，鸟身逐渐前倾，即低头喝水；随着前倾角度变大，底部乙醚越来越少，当玻璃管下端管口部分露水液面后，底部气体沿管壁上升，液体在重力作用下回流，使鸟身逆时针转动，实现抬头。 编辑整理/张虎岗
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