为什么温度计里不能装水？

在初中物理课本的“温度计”部分，有这样一段话:“家庭和物理实验室常用的温度计通过水银、酒精和煤油等液体的膨胀和收缩来测量温度。”一些思维活跃的学生向老师提出了一个问题:“水也具有热胀冷缩的特性。为什么不用水作为温度计呢？水的成本很低，而且很容易添加颜色进行观察。”我不知道从以下几个方面向学生解释这个问题是否合适。请改正它。1.由于熔点和沸点的关系，标准状态下水的熔点(冰点)为0℃，水的沸点为100℃。汞的熔点(冰点)为-38.5℃，沸点为357℃；酒精的熔点(冰点)为-114℃，沸点为78℃；良好的煤油熔点(冰点)为-30℃，沸点为325℃。如果用装满水的温度计测量温度，当冬天温度低于0℃时，水将凝固成冰，无法测量。当温度达到100℃时，水就沸腾了。虽然水的沸点会随着管道中蒸汽压力的增加而增加，但水的体积膨胀与蒸汽压力的增加之间的比例关系非常复杂，不是成比例关系，因此不能用于测量100℃以上的温度。水银不同，它可以用来测量-38.5℃和357℃之间的温度。虽然酒精的沸点不高，但它的熔点(冰点)是-114℃，也就是说，它不会在-114℃以上结冰。-30℃到325℃之间的温度可以用煤油测量。2.由于热膨胀系数，水的热膨胀系数为2.1× 10-4℃，汞、酒精和煤油的热膨胀系数分别为1.8× 10-4℃、1.1× 10-3℃和1.0× 10-3℃。同样体积的液体上升1℃，酒精和煤油的膨胀体积是水的5倍左右，所以水的刻度距离小，酒精和煤油的刻度距离大，同样的温度区间距离大，这不仅给测量和读数带来方便，而且可以测量较小的温度变化值。3.由于比热容，水的比热容为4.2× 103焦耳/千克。汞、酒精和煤油的比热容分别为0.14× 103焦耳/千克℃，2.4× 103焦耳/千克℃和2.1× 103焦耳/千克℃。水的比热容是汞的30倍。如果相同质量的水和汞吸收相同量的热量，那么汞上升的温度是水的30倍。可以看出，装有水的温度计对被测物体的温度有很大影响，需要很长时间才能达到热平衡。然而，水银温度计对被测物体的温度影响很小，达到热平衡的时间也很短。特别是对于小物体，如果温度计对它有影响，它的温度测量值就会不准确。4.由于水的非正常膨胀，水在4℃或4℃以上随热膨胀，随冷收缩，与一般物质相同，但在0℃和4℃时随冷膨胀，随热收缩，随冷膨胀收缩系数不同于随热膨胀收缩系数。这是水的一种特殊属性。如果温度计充满水，它不仅不能在0℃和4℃之间刻度，而且在测量4℃左右的温度时也不能确定其读数。从上面的分析中，我们可以看出温度计中不能充水的原因有很多，主要是根据液体的物理性质来选择的。此外，不同的液体温度计有不同的测量范围和用途。例如，酒精温度计不能用来测量高温。温度计是水银温度计等等。