作者：珠海市前山中學黃春
指導教師：珠海市前山中學熊志權
問題的提出：在前山中學讀高中時，由於離校很遠，我們幾個同學寄宿在學校裡，當時天氣炎熱，我們常常利用學校食堂裡的冰櫃凍牛奶喝，我們幾個通常是將飲用開水衝入牛奶粉然後放進冰箱的急凍室，由於我們的食堂老闆對學生特別好，班上很多同學都來製所謂的「冰淇淋」解熱，因而在有限的時間內要力爭獲得冰箱裡的空間，因此我們的動作都是非常的快。
一天中午我來遲了一點，我從熱水瓶中倒出開水焦急地等水冷卻，我決定冒著弄壞冰箱的危險把還燙的牛奶放入冰箱（因為我們的物理老師曾經叮囑我們制凍奶要自然冷卻後才可放入冰箱，否則有大量的電能損耗或使冰箱損壞。）
下午兩節課以後，我和另乙個同學跑回來，發現我杯中的奶已凍結成冰塊，而他的卻還是稠稠的液體。況且我杯中牛奶的體積並不比他的少！開始我還以為我拿錯了杯子，但我卻深深地記得我的杯子是印的乙隻大大的熊貓的標誌，冰箱裡是獨一無二的。
我問我的物理教師為什麼會這樣？即為什麼熱牛奶先凍？他給我的回答是：「你沒有弄錯吧？能再重複一下實驗得出這個結論嗎？」
實驗重複了一次又一次，結果還是如此！我們都不得其解，包括我們的物理老師！
以後，學校食堂的冰箱便成了我們試驗裝置，進一步大量的試驗證實了我的說法，同時我們也認為這些實驗給我們指出了解釋這一現象的途徑。儘管我們以前都沒有聽說過這件事，也無從找到有關的參考資料，但我們相信，自然界中存在的一些規律，專門研究物理學的老師也可能遇到危險，但同時也對物理教師和熱愛學習物理的同學提供了乙個感興趣的問題。
初步研究：但這個問題究競是怎麼回事？由於對這一簡單的發現所提出的問題感到迷惑，這時全校的研究性課程在轟轟烈烈地開展，物理老師索性把我們把這個問題列為高中年級的研究性課題。
我當然是課題組組長了。實驗用的裝置是在直徑差不多是4.5厘公尺，容積為120毫公升的硼矽酸玻璃燒杯內盛水作為實驗系統，並讓其在家用冷凍冰箱裡凍結起來（其外部有透明的玻璃便於觀察結果）。
燒杯放置在2厘公尺厚的一級福樂斯板上（一種良好的保溫材料，我叔叔就是這種產品的推銷員），並不與冰箱壁相互接觸，觀察到的實驗事實是：
1. 如果將溫度不同其它狀態（體積、容器形狀、同一保溫材料）相同的水同時放入冰箱中相互隔開一定的距離形成乙個獨立的系統，那麼其結論是熱水首先凍結。試驗資料如下：
2. 根據多次試驗得出質量為60ml的水開始凍結時間對初始溫度的圖線形狀如圖一所示：
3. 物理老師建議我們的試驗在水中加註一滴食用油，則在水的表面有一層油膜，則凍結時間會推遲數小時，該事實表示，如果沒有這層油膜，大部分熱量是從液體上表面散發的。
4. 不同體積在同種初始溫度下的水開始凍結的時間不相同，隨著體積的增加時間也增加。
5. 在液體當中有溫度梯度存在，即不同的液面高度有不同的溫度值
6. 考慮到溶解在水中的空氣和雜質可能是一種因素，所以我們採用永隆公司的純淨水並且使其沸騰過做實驗，從而這一因素也已排除。
7. 考慮不同的容器對水的冷卻有一定的影響，我們分別採用了陶瓷杯、木製容器、鐵製容器、一次性塑料杯和紙杯進行過實驗，這些都不對我們的結論構成影響，只影響凍結的速度。
進一步研究：在指導老師的指導下，我們還對同一冷卻系統進行了不同液體層面的溫度研究和測量，得出了乙個重要結論：液體在冷卻程序中不是保持同一溫度的，不同的液面層上的不同的溫度！
即存在溫度的梯度。這可能是解釋這一現象的重要依據！
我們根據所測量的溫度值描繪出了水的表面和內部之間的溫度變化規律。圖2是從90攝氏度起的溫度相對時間的冷卻曲線，其中虛線代表液體表面的溫度，實線代表底部附近的溫度，如液體的起始溫度低則兩曲線之間分得很小
試驗結論：
1. 冷卻主要在於液面。冷卻率決定於液體的表面溫度而不是平均實體的溫度。
，乙個物理工作者看到關於這個原來熱的液體先凍結的報告感到驚奇是自然的。因為液體在過渡在凍結之前必須經過一系列的過渡溫度。
2. 冷卻系統存在溫度梯度。但是問題的實質在於單用乙個溫度來描述乙個系統是不夠的，因為它還取決於初始溫度和溫度梯度。
上面提到由於對流造成液體內部的溫度梯度，並且始終維存液面溫度高，從而造成熱量主要從液面散發的解釋不能說是完美的。它只是乙個試探性或暫時的解釋，所作的實驗也仍是粗糙的。此外可能還有一些因素影響著冷卻率，因而更確切，肯定的解釋有待於更加精細和嚴格的實驗。
3. 汽化不是解釋這一現象的主要因素。在物理老師的指導下我們查閱了資料知道汽化只引起微小的體積變化，溫度差報引起的汽化潛熱不能引起超過3％的冷卻，因而不能認為是具有高的初始溫度的系統快速凍結的原因。
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