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同學(xué)們都知道，水是生命之源，是我們?nèi)祟惡推渌�生物賴以生存的重要物質(zhì)。我們居住的地球表面70%的是水，是一個(gè)名副其實(shí)的水球。那么地球表面的水各是以什么形式存在的呢？它們在自然界中是如何循環(huán)的呢？利用我們在物理學(xué)中學(xué)習(xí)的物態(tài)變化的知識如何解釋水的三態(tài)變化呢？

在我們生存的地球上，絕大多數(shù)的水以液態(tài)形式匯集于江、河、湖、海中，還有一部分以固態(tài)的形式貯存在南極和北極的冰層和高山上的雪峰里，另外還有一部分以水蒸氣的形式在大氣層中飄忽不定。

空氣中總是有水蒸氣的，它們主要來源于地表水的蒸發(fā)，而且水蒸氣是無色透明的氣體，是看不見的。日常所見到的“白汽”不是水蒸氣，而是水蒸氣遇冷液化成的小水珠。自然界中的云、雨、霧、露、雪、霜、冰雹、凍雨、霧凇的形成就與水蒸氣有很密切的關(guān)系。

1．云的形成

當(dāng)含有很多水蒸氣的空氣升入高空時(shí)，水蒸氣溫度降低液化成小水滴或凝華成小冰晶，這些很小的微粒，能被空氣上升氣流頂起，形成浮云，所以云是由大量的水蒸氣和小冰晶組合而成的。

云的形成要有兩個(gè)最基本的條件：一是有充分的水汽，二是有使水汽凝結(jié)的空氣冷卻，兩個(gè)條件缺一不可。

2．雨的形成

在一定條件下，云中的小水滴和小冰晶越來越大，達(dá)到一定程度時(shí)，上升氣流無法支持，就會(huì)下落，在下落過程中，小冰晶熔化成水滴，與原來的小水滴一起落到地面上，形成了雨。

3．霧的形成

霧一般在清晨出現(xiàn)。當(dāng)空氣中的水蒸氣遇到冷的空氣或地面溫度突然下降時(shí)會(huì)液化成小水滴而飄浮在空氣中和塵埃上，就形成了霧。

霧和云都是由浮游在空中的小水滴或冰晶組成的水汽凝結(jié)物，只是霧生成在大氣的近地面層中，而云生成在大氣的較高層而已。霧既然是水汽凝結(jié)物，因此應(yīng)從造成水汽凝結(jié)的條件中尋找它的成因。大氣中水汽達(dá)到飽和的原因不外兩個(gè)：一是由于蒸發(fā)，增加了大氣中的水汽；另一是由于空氣自身的冷卻。對于霧來說冷卻更重要。當(dāng)空氣中有凝結(jié)核時(shí)，飽和空氣中如繼續(xù)有水汽增加或繼續(xù)冷卻，便會(huì)發(fā)生凝結(jié)。凝結(jié)的水滴如果水平能見度降低到1千米以內(nèi)時(shí)，霧就形成了。另外，過大的風(fēng)速和強(qiáng)烈的擾動(dòng)不利于霧的生成。

4．露的形成

當(dāng)?shù)孛鏈囟认陆岛�，空氣中的水蒸氣遇冷�?huì)液化成小水滴面附在地面上或花草上，形成露水。露是水蒸氣液化形成的小水珠。在地面上的草、木、石塊等固體由于向外界輻射熱量，它們的溫度下降速度快于空氣溫度的下降。當(dāng)草、木、石塊等物體降到某一溫度而使附近的空氣達(dá)到露點(diǎn)（露點(diǎn)是指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時(shí)的溫度。形象地說，就是空氣中的水蒸氣變?yōu)槁吨闀r(shí)候的溫度叫露點(diǎn)）時(shí)，則有水珠凝結(jié)（液化）在這些物體上形成露。

5．雪的形成

如果露點(diǎn)低于O℃，在高空中的水蒸氣便直接凝成小冰晶，這就是美麗的雪花了。

在冬季，有時(shí)上升氣流較弱，云中的水蒸氣受冷直接在小冰晶上凝華形成雪花，飄落到地面面形成了雪。

6．霜的形成

由于空氣中的水蒸氣受冷直接凝華而成的。冬天的夜晚，地面的溫度迅速降低到0℃以下，空氣中的水蒸氣就會(huì)在地面上迅速凝華而形成固態(tài)的小晶體，即霜。

霜是水蒸氣凝華形成的小冰晶，出現(xiàn)在地面上。當(dāng)露點(diǎn)低于O℃時(shí)，則水蒸氣直接凝華在地面物體上形成霜。人們有這樣的經(jīng)驗(yàn)：有風(fēng)或有云的夜間不會(huì)有霜有露，這是由于有風(fēng)時(shí)地面的空氣不易達(dá)到飽和；有云時(shí)也有熱量輻射到地面，地面溫度不易達(dá)到露點(diǎn)的緣故。

7．冰雹的形成

如果雨在落下時(shí)驟然遇到0℃以下的冷空氣，雨便凝固成冰塊，冰塊若遇地面向上的風(fēng)暴把冰塊向上吹入熱空氣層中，這層空氣中的水蒸氣便凝結(jié)在冰塊四周，下落時(shí)又遇有0℃以下的冷空氣上升時(shí)，冰塊外面又結(jié)一層冰，如此反復(fù)上下，到冰塊很大時(shí)，形成雹落下，這就是可怕的冰雹。

在夏季，上升氣流很強(qiáng)，也很不穩(wěn)定，小水滴在空氣對流中受冷凝固成小冰雹塊。小冰雹塊在流動(dòng)過程中又與小冰晶、小水滴合并，形成大冰塊，當(dāng)這樣的冰塊增大到一定程度時(shí)，氣流無法支持，就降落到地面形成洋冰雹。

8．凍雨的形成

凍雨是怎樣形成的呢？這是由于近地面層的空氣稍低于零度，它的上面有溫度高于零度的氣層或云層，再往上又是處于零度以下的云層。從攝氏零下十多度云中降落的雪，穿過暖氣層融化后，以雨的狀態(tài)繼續(xù)往下落，進(jìn)入近地面低于攝氏零度的冷氣層中，雨滴又迅速地冷卻，與地面冷氣層溫度取得一致，直徑較大的雨滴發(fā)生冰結(jié)，降落下來是“冰�！保�直徑較小的雨滴，由于凝固點(diǎn)低，還來不及凍結(jié)，降落下來的就是“凍雨。

9．霧凇的形成

霧凇俗稱樹掛，在北方很常見，是北方冬季可以見到的一種類似霜降的自然現(xiàn)象，是一種冰雪美景。是由于霧中無數(shù)零攝氏度以下而尚未結(jié)冰的霧滴隨風(fēng)在樹枝等物體上不斷積聚凍粘的結(jié)果，表現(xiàn)為白色不透明的粒狀結(jié)構(gòu)沉積物。因此霧凇現(xiàn)象在我國北方是很普遍的，在南方高山地區(qū)也很常見，只要霧中有過冷卻水滴就可形成。

從上面的講述中，大家可以知道自然界中的水、氣、冰的循環(huán)了。簡單的說：

云：水蒸氣液化成的小水滴或凝華成的小冰晶漂浮在空中。

雨：水蒸氣液化成小水滴或冰晶熔化成的小水滴落到地面成為雨。

霧：水蒸汽在地面液化成小水滴漂浮在地面附近。

露：水蒸氣在地面的植物上液化成的小水滴。

雪：水蒸氣凝華成的冰晶落到地面上。

霜：水蒸氣凝華成的小冰晶附著在地面或植物上。

雹：隨著云中的水氣的聚集，就會(huì)能夠形成降雨，如果降雨過程中遇到冷空氣的話就會(huì)形成冰雹。

凍雨和霧凇的形成要求的氣象條件比較特殊。凍雨和冰雹類似；霧凇實(shí)質(zhì)上是過冷水滴的凝固現(xiàn)象。

由于水在自然界中的循環(huán)與物態(tài)變化的知識密切相關(guān)，在各地的物理中考試題中屢見不鮮。下面列舉幾個(gè)例子加以說明。

例1（宜昌市2004年課改實(shí)驗(yàn)區(qū)物理試題）地球上的水在不停地循環(huán)著，在循環(huán)過程中水的狀態(tài)不斷地發(fā)生變化。

（1）請根據(jù)如圖1所示水循環(huán)的示意圖，簡單描述水的循環(huán)過程。（2）我國是嚴(yán)重缺水國家，合理利用和保護(hù)水資源是每個(gè)公民的責(zé)任。請你結(jié)合生活和生產(chǎn)實(shí)際，提出合理利用和保護(hù)水資源的具體措施（要求寫出兩條）。

答案：(1)太陽照射使地面的水蒸發(fā)成水蒸氣上升，水蒸氣在空中遇冷液化成小水滴或凝華成小冰晶下落。

(2)合理利用水資源的措施有：采用滴灌或噴灌、節(jié)約用水、減小輸水過程中的蒸發(fā)。保護(hù)水資源的措施有：防止水污染、防止水土流失等。

例2（宜昌市2008年物理中考試題）在2008年初的南方雪災(zāi)中，連續(xù)的寒冷天氣使氣溫長期在0℃以下，我們在電視中看到這樣一個(gè)現(xiàn)象：當(dāng)路面結(jié)冰汽車無法行駛時(shí)，護(hù)路工人在路面上撒大量的鹽，路面上的冰會(huì)在0℃以下熔化，從而使交通暢通。

(1)請你就這個(gè)現(xiàn)象提出一個(gè)物理問題。并針對你提出的問題做出合理的猜想。

(2)要使汽車能在雨雪路面上行駛，還可采用其它什么方法？并說明理由。（說出一條即可）

答案：（1）提出問題：加入鹽后，為什么冰在0℃以下就可以熔化呢？

猜想：加入鹽后，冰的熔點(diǎn)降低了。

（2）可在汽車輪上加防滑鏈。這樣可以加大汽車輪與路面的摩擦力，從而使汽車能安全行駛。（宜昌市2008年物理中考試題）

例3（江西省2008年物理中考試題）2008年1月，我國南方出現(xiàn)了罕見的凍雨、雪災(zāi)，造成了巨大損失。凍雨是一種過冷卻水滴（溫度低于0℃），它落到溫度更低的物體上時(shí)，就可能立刻凍結(jié)成外表光滑而透明的冰層。這里所說的凍結(jié)是一種_______現(xiàn)象（填物態(tài)變化名稱），凍結(jié)過程中要______熱量。

答案：凝固、放出

例4（武漢市2009年四月調(diào)考物理試題）下列自然現(xiàn)象中，由液化形成的是（）

A．屋檐上掛著的冰凌 B．草梗上裹著的白霜

C．荷葉上滾動(dòng)著的露珠D．大樹上覆蓋著的積雪

答案：C

例5（宜昌城區(qū)2008年秋季調(diào)研考試物理試題）根據(jù)我國氣候，每年9月7日左右有一個(gè)節(jié)氣叫“白露”，10月23日左右有一個(gè)節(jié)氣叫“霜降”。意思是我國黃河一帶從當(dāng)天開始空氣中水蒸氣會(huì)分別形成露和霜。（1）請指出形成露、霜的物態(tài)變化名稱。（2）水蒸氣在什么條件下變成露，在什么條件下又會(huì)變成霜呢？請你做出猜想并說明理由。

答案：（1）液化；凝華。

（2）猜想：氣溫下降，但在0℃以上時(shí)，形成露；氣溫直接下降至0℃以下，形成霜。理由：溫度降低，氣體液化；溫度降至低于凝固點(diǎn)，氣體凝華。