最近读到一贴，非洲地区缺乏计算机等资源，老师不得已在黑板上画计算机操作界面图。计算机需要去操作练习才会掌握，纸上谈兵也是非洲地区缺乏学习资源的无奈之举。但物理学习大不相同了，生活中有趣的物理现象无处不在。从现象出发，思考和猜测，然后可以做实验来验证猜测。
很多人一听抽象的物理概念就对物理望而生畏。如何让物理学习更有趣和轻松？“从生活中来，还到生活中去，学以致用”，把学习和生活密切联系起来，增加学习兴趣。随着家中小朋友逐渐长大，我逐渐有意识地引导他观察身边的物理现象。2015年去海滩边挖沙玩水，儿子用饮料瓶装海水浇在沙堆上，回家时还带了一瓶海水。海水是咸的，为了让儿子对“海水为什么那么咸”有个感性认识，我把海水倒在碗里放在阳台上晒。过了大半月，碗里只留下白色的大盐粒。
前段时间写的《神奇的冰柱与意外烫裂的水杯》引起了大家的广泛兴趣和评论。有人说很好，也有人评论说杯子烫裂那部分没有说清楚科学道理。与此同时，物理同行们对树叶融化冰的话题更感兴趣，所以结合上次的反馈意见和评论再详细写一篇相关的文章。这次更增加了有趣的实验以及砰砰响的塑料瓶演示气体的热胀冷缩现象。
1、冰层里树叶处是透明冰还是水？
冰有很多非常有趣的现象，冰和水因温度变化而互相转变。在一个标准大气压下，零度以上冰融化成水。但在压力变大时、有盐分时，冰的融点会降低。蒋老师指出《十万个为什么》里有个实验是大冰块上套个成环的细线，上面吊一个秤砣。经过一晚，线会穿到冰块里。就是利用了秤砣的压力降低了冰的熔点。还有下雪时，路面结冰对交通很不利，会撒盐促进冰雪融化。
2月20日因为气温突然升高，湖面上5厘米厚的冰受热膨胀分裂成很多冰柱。我对冰柱现象很感兴趣，简单地提了一下“树叶吸收阳光的热量而加快了冰的融化”并只提供了两张照片。没料到同行胡老师对冰层中树叶周围的冰是完全融化成水还是变成了透明冰更感兴趣。胡老师研究光学问题，因此非常敏锐地想到树叶周围到底是水还是透明冰呢？因为冰块中含有大量的空气气泡，气泡引起光的散射使得冰块变得不透明、白花花。
胡老师提出了透明冰可能产生和水一样的视觉效果，并科普了透明冰和以及如何制作透明冰。以前有个流传很广的说法就是自来水中含有杂质而让冰不透明，把水烧开才可以得到透明冰。实际是错误的，只要在结冰的过程中让冰从一个方向生长，把杂质和气泡推向另一侧，然后分开这两部分的冰。最后这位老师建议我回到湖边，检查一下有树叶的冰面，看“透明处”是透明的水，还是透明的冰？甚至用无人机(或者扫地机，即机器人)，航拍一下湖面，证明:“所有有树叶的地方，冰面变薄或者变透明”。
进入3月，湖面再也没有冰了。虽然当时注意力被冰柱吸引，还是很幸运地拍了一些视频。视频里孩子在岸边用棍子搅动水面和我把湖面冰柱弄出来，视频里清晰地看到树叶那些小洞里的水面也一起晃动，而旁边的冰柱厚度有5厘米。（暂时无法上传视频，上传后我会在留言里添加视频链接）
2、 冰层里树叶为什么促进冰的融化？
有人问是不是因为树叶上浮到融化的地方？树叶可以沉在水底，正如照片中所示，树叶也可以浮在水面。所以很自然会有疑问，是不是沉在水底的树叶因上面冰层融化后形成小洞后浮到上面？如果答案是这样的话，那么就需要解释为什么有的冰层会融化而有的冰层不会融化？我猜测是浮在水面上的树叶被包裹或者覆盖在冰面上，强烈地吸收了太阳光而产生热量，快速地融化它周围的冰层（周围还没有融化的冰层厚约5厘米）。两片树叶的形状不同，融化掉的冰外形也不同，有趣的是冰融化的区域也与树叶外形高度一致。照片中浮在水面的树叶原本是被包含在冰层里。因为它们的叶柄还在冰里面。这2点基本上论证了是树叶吸收阳光而产生热量，并促进了冰快速地融化。而白色的冰吸收阳光不强，只能靠气温升高而渐渐融化。
（不同颜色的树叶对冰的融化效果不一样，旁边白色的小树叶几乎不融化冰）
（这张照片清晰地显示了树叶促进了冰的融化）
不同颜色对光的吸收和热量，白色、黄色和浅蓝等明亮的颜色可以反射光线，但却不容易吸收热量，而黑色和紫红色等颜色容易吸收光线和热量。因为盐分也会促进冰的融化，所以胡老师继续提问：会不会是树叶有盐分（矿物质），降低了冰的熔点？要分辨出树叶在冰融化过程中吸收阳光产生热量还是树叶成分起作用？何老师建议需要做另一组对比实验，即在阴凉处在冰上放上树叶、冰上不放树叶进行对比。此时没有阳光，第二部分作用会被检验出来（有待后续去做）。
下面给出一组对比实验，树叶、4种不同颜色的小纸片对阳光的吸热能力实验。所用冰块是冰箱自动制冰器做出来的，形状大小基本一致。此处冰融化主要靠室温气温、阳光、覆盖物吸收阳光产生热量这三部分组成。冰块融化速度快慢取决于第三部分的作用，下面系列照片已清晰给出了答案。
（2018年3月1日10：25am)
（2018年3月1日10：59am)
（2018年3月1日11：38am)
（2018年3月1日11：51am)
（2018年3月1日12：07pm)
（2018年3月1日12：18pm)
（2018年3月1日12：29pm)
3、为什么热胀冷缩引起陶瓷杯子破裂？
何老师对很多研究领域有极深的思考和想法，他点评说“幸好是停在科普的层面上，仔细观察跟思考论断。再较真就要做实验给求证，得再多破很多个杯。不然就要做模拟了。”
为什么陶瓷杯子、玻璃杯快速加热后容易破裂？一般我们都会说是热胀冷缩引起的。那什么是热胀冷缩？热胀冷缩就是指物质随着温度升高而发生长度或者体积的变化。热胀冷缩现象中，气体最显著，液体其次，固体最不显著。热胀系数是直接物质的温度升高1摄氏度后增加的长度（单位为1微米/K）。举个例子，在温度升高1摄氏度后每百米电线大约伸长1.5毫米，就是15微米/K 。
接下来看其他常见材料的热胀系数，玻璃(窗玻璃)为7.6，玻璃(普通) 7.1，玻璃(工业玻璃) 4.5，玻璃(派热克斯玻璃)为3.25，而瓷器为3。可以看出，经过精细处理后玻璃的热胀系数略接近瓷器，普通玻璃器皿 则是超过瓷器。受热后玻璃热胀程度高，它的耐性变能力有效、无法对抗张胀引起的形变。因此生活中玻璃被快速加热后发生破裂而瓷器却少见。金属镍、铂的热胀系数分别为13微米/K和9微米/K。但是它们的导热性能（就是把热量传递出去的能力）很好同时金属的韧性很好。某一点处受到的热量会快速传递出去，实际热胀会变小，对抗热胀引起的形变能力强。
有人评论说杯子裂了的主要原因是材质和质量问题，与杯子散热无关。杯子散热或者导热的讨论上一段已经讨论过，它们的性能会影响热胀程度。那么用什么来衡量杯子的质量呢？就是上面说的热胀系数不仅尽量小而且各处均匀，结构和成分均匀才能保证热胀系数均匀。我倒水的方式让热水集中到某一点倾倒，必然会引起此点处膨胀形变大而其他地方膨胀不那么明显，最终导致了破裂。杯子容量大加剧了膨胀不均匀的程度。所以快满的时候，就听见咔的一声响，看见裂缝从下面直接往上分开。又比如在陶瓷杯上印上LOGO，甚至家人照片等，一般在杯胎直接印。如果杯胎存放时间较长使得内部湿度较大，则不适合再加工，很容易形成炸瓷开裂。
（以圆形表示杯子的周围，Ａ：未加热水时实线表示；Ｂ：加上热水但均匀膨胀虚线表示，程度画得有些夸张，实际生活中肉眼分辨不出；Ｃ：热水加到局部所以只有那一部分膨胀到虚线部分而其他部分是实线）
4、装过热水会砰砰响的瓶子怎么回事？
前面说到热胀冷缩现象中气体最显著，因为气体分子因为气体分子之间的引力比液体和固体分子之间的引力小，受温度的影响就更容易一些。比如气体在温度升高1℃的时候，体积就要膨胀1/273。
最近在家观察到非常有趣的气体热胀冷缩现象，听到“砰砰”几声响有几次吓了一跳。为什么装过热水的塑料瓶为什么会发生砰砰的响声？经过观察，原来是塑料瓶装过热水、盖上盖子后发出的声音。为了还原这个过程，我特意重新拍了照片和视频（视频暂时无法加入，等有机会再添加链接）。
第一步：常温状态下的空塑料瓶一个。
第二步：塑料瓶装上热水，温度50度以上即可，等待4-5分钟。
第三步：塑料瓶倒空热水，立刻盖上盖子。（立刻很重要）我家的瓶子在12秒以内会听到四声“砰”，分别是瓶子的四面分别凹进去。（视频链接稍等）
第四步：塑料瓶瘪了后，静置几分钟。打开盖子的瞬间可以听见空气进入瓶子的“嘶嘶”声和瓶壁回弹的“砰”声。（视频链接稍等）
（第一步：空的塑料瓶）
（第二步：塑料瓶装上热水，放置几分钟）
（第三步：塑料瓶热水倒掉，立刻盖紧盖子。20秒以内即可听到“砰”的声音和看到瓶壁瘪了）
因为装过热水的瓶子温度高，水刚倒完时立刻盖上盖子后，此时瓶子里空气被加热而且空气量固定为瓶子的容积。随着瓶子的热量渐渐扩散出去，瓶中的空气温度也降低到室温。所以瓶中的空气压强减小而外界大气压强不变，因此瓶壁瘪进去了。
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