同学们都知道，水是生命之源，是我们人类和其他生物赖以生存的重要物质。我们居住的地球表面70%的是水，是一个名副其实的水球。那么地球表面的水各是以什么形式存在的呢？它们在自然界中是如何循环的呢？利用我们在物理学中学习的物态变化的知识如何解释水的三态变化呢？

在我们生存的地球上，绝大多数的水以液态形式汇集于江、河、湖、海中，还有一部分以固态的形式贮存在南极和北极的冰层和高山上的雪峰里，另外还有一部分以水蒸气的形式在大气层中飘忽不定。

空气中总是有水蒸气的，它们主要来源于地表水的蒸发，而且水蒸气是无色透明的气体，是看不见的。日常所见到的“白汽”不是水蒸气，而是水蒸气遇冷液化成的小水珠。自然界中的云、雨、雾、露、雪、霜、冰雹、冻雨、雾凇的形成就与水蒸气有很密切的关系。

1．云的形成

当含有很多水蒸气的空气升入高空时，水蒸气温度降低液化成小水滴或凝华成小冰晶，这些很小的微粒，能被空气上升气流顶起，形成浮云，所以云是由大量的水蒸气和小冰晶组合而成的。

云的形成要有两个最基本的条件：一是有充分的水汽，二是有使水汽凝结的空气冷却，两个条件缺一不可。

2．雨的形成

在一定条件下，云中的小水滴和小冰晶越来越大，达到一定程度时，上升气流无法支持，就会下落，在下落过程中，小冰晶熔化成水滴，与原来的小水滴一起落到地面上，形成了雨。

3．雾的形成

雾一般在清晨出现。当空气中的水蒸气遇到冷的空气或地面温度突然下降时会液化成小水滴而飘浮在空气中和尘埃上，就形成了雾。

雾和云都是由浮游在空中的小水滴或冰晶组成的水汽凝结物，只是雾生成在大气的近地面层中，而云生成在大气的较高层而已。雾既然是水汽凝结物，因此应从造成水汽凝结的条件中寻找它的成因。大气中水汽达到饱和的原因不外两个：一是由于蒸发，增加了大气中的水汽；另一是由于空气自身的冷却。对于雾来说冷却更重要。当空气中有凝结核时，饱和空气中如继续有水汽增加或继续冷却，便会发生凝结。凝结的水滴如果水平能见度降低到1千米以内时，雾就形成了。另外，过大的风速和强烈的扰动不利于雾的生成。

4．露的形成

当地面温度下降后，空气中的水蒸气遇冷会液化成小水滴面附在地面上或花草上，形成露水。露是水蒸气液化形成的小水珠。在地面上的草、木、石块等固体由于向外界辐射热量，它们的温度下降速度快于空气温度的下降。当草、木、石块等物体降到某一温度而使附近的空气达到露点（露点是指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度。形象地说，就是空气中的水蒸气变为露珠时候的温度叫露点）时，则有水珠凝结（液化）在这些物体上形成露。

5．雪的形成

如果露点低于O℃，在高空中的水蒸气便直接凝成小冰晶，这就是美丽的雪花了。

在冬季，有时上升气流较弱，云中的水蒸气受冷直接在小冰晶上凝华形成雪花，飘落到地面面形成了雪。

6．霜的形成

由于空气中的水蒸气受冷直接凝华而成的。冬天的夜晚，地面的温度迅速降低到0℃以下，空气中的水蒸气就会在地面上迅速凝华而形成固态的小晶体，即霜。

霜是水蒸气凝华形成的小冰晶，出现在地面上。当露点低于O℃时，则水蒸气直接凝华在地面物体上形成霜。人们有这样的经验：有风或有云的夜间不会有霜有露，这是由于有风时地面的空气不易达到饱和；有云时也有热量辐射到地面，地面温度不易达到露点的缘故。

7．冰雹的形成

如果雨在落下时骤然遇到0℃以下的冷空气，雨便凝固成冰块，冰块若遇地面向上的风暴把冰块向上吹入热空气层中，这层空气中的水蒸气便凝结在冰块四周，下落时又遇有0℃以下的冷空气上升时，冰块外面又结一层冰，如此反复上下，到冰块很大时，形成雹落下，这就是可怕的冰雹。

在夏季，上升气流很强，也很不稳定，小水滴在空气对流中受冷凝固成小冰雹块。小冰雹块在流动过程中又与小冰晶、小水滴合并，形成大冰块，当这样的冰块增大到一定程度时，气流无法支持，就降落到地面形成洋冰雹。

8．冻雨的形成

冻雨是怎样形成的呢？这是由于近地面层的空气稍低于零度，它的上面有温度高于零度的气层或云层，再往上又是处于零度以下的云层。从摄氏零下十多度云中降落的雪，穿过暖气层融化后，以雨的状态继续往下落，进入近地面低于摄氏零度的冷气层中，雨滴又迅速地冷却，与地面冷气层温度取得一致，直径较大的雨滴发生冰结，降落下来是“冰粒”，直径较小的雨滴，由于凝固点低，还来不及冻结，降落下来的就是“冻雨。

9．雾凇的形成

雾凇俗称树挂，在北方很常见，是北方冬季可以见到的一种类似霜降的自然现象，是一种冰雪美景。是由于雾中无数零摄氏度以下而尚未结冰的雾滴随风在树枝等物体上不断积聚冻粘的结果，表现为白色不透明的粒状结构沉积物。因此雾凇现象在我国北方是很普遍的，在南方高山地区也很常见，只要雾中有过冷却水滴就可形成。

从上面的讲述中，大家可以知道自然界中的水、气、冰的循环了。简单的说：

云：水蒸气液化成的小水滴或凝华成的小冰晶漂浮在空中。

雨：水蒸气液化成小水滴或冰晶熔化成的小水滴落到地面成为雨。

雾：水蒸汽在地面液化成小水滴漂浮在地面附近。

露：水蒸气在地面的植物上液化成的小水滴。

雪：水蒸气凝华成的冰晶落到地面上。

霜：水蒸气凝华成的小冰晶附着在地面或植物上。

雹：随着云中的水气的聚集，就会能够形成降雨，如果降雨过程中遇到冷空气的话就会形成冰雹。

冻雨和雾凇的形成要求的气象条件比较特殊。冻雨和冰雹类似；雾凇实质上是过冷水滴的凝固现象。

由于水在自然界中的循环与物态变化的知识密切相关，在各地的物理中考试题中屡见不鲜。下面列举几个例子加以说明。

例1（宜昌市2004年课改实验区物理试题）地球上的水在不停地循环着，在循环过程中水的状态不断地发生变化。

（1）请根据如图1所示水循环的示意图，简单描述水的循环过程。（2）我国是严重缺水国家，合理利用和保护水资源是每个公民的责任。请你结合生活和生产实际，提出合理利用和保护水资源的具体措施（要求写出两条）。

答案：(1)太阳照射使地面的水蒸发成水蒸气上升，水蒸气在空中遇冷液化成小水滴或凝华成小冰晶下落。

(2)合理利用水资源的措施有：采用滴灌或喷灌、节约用水、减小输水过程中的蒸发。保护水资源的措施有：防止水污染、防止水土流失等。

例2（宜昌市2008年物理中考试题）在2008年初的南方雪灾中，连续的寒冷天气使气温长期在0℃以下，我们在电视中看到这样一个现象：当路面结冰汽车无法行驶时，护路工人在路面上撒大量的盐，路面上的冰会在0℃以下熔化，从而使交通畅通。

(1)请你就这个现象提出一个物理问题。并针对你提出的问题做出合理的猜想。

(2)要使汽车能在雨雪路面上行驶，还可采用其它什么方法？并说明理由。（说出一条即可）

答案：（1）提出问题：加入盐后，为什么冰在0℃以下就可以熔化呢？

猜想：加入盐后，冰的熔点降低了。

（2）可在汽车轮上加防滑链。这样可以加大汽车轮与路面的摩擦力，从而使汽车能安全行驶。（宜昌市2008年物理中考试题）

例3（江西省2008年物理中考试题）2008年1月，我国南方出现了罕见的冻雨、雪灾，造成了巨大损失。冻雨是一种过冷却水滴（温度低于0℃），它落到温度更低的物体上时，就可能立刻冻结成外表光滑而透明的冰层。这里所说的冻结是一种_______现象（填物态变化名称），冻结过程中要______热量。

答案：凝固、放出

例4（武汉市2009年四月调考物理试题）下列自然现象中，由液化形成的是（）

A．屋檐上挂着的冰凌 B．草梗上裹着的白霜

C．荷叶上滚动着的露珠D．大树上覆盖着的积雪

答案：C

例5（宜昌城区2008年秋季调研考试物理试题）根据我国气候，每年9月7日左右有一个节气叫“白露”，10月23日左右有一个节气叫“霜降”。意思是我国黄河一带从当天开始空气中水蒸气会分别形成露和霜。（1）请指出形成露、霜的物态变化名称。（2）水蒸气在什么条件下变成露，在什么条件下又会变成霜呢？请你做出猜想并说明理由。

答案：（1）液化；凝华。

（2）猜想：气温下降，但在0℃以上时，形成露；气温直接下降至0℃以下，形成霜。理由：温度降低，气体液化；温度降至低于凝固点，气体凝华。

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