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介绍

你或许知道,当固态物质放入液体中后,它们会沉下去或者悬浮着。但你知道液体也能沉降或悬浮么?事实上,在液体间堆积不同层液体是可能的。关键在于,所有不同的层必须有不同的密度。你能能通过选取一定范围密度的液体或通过加入糖或盐之类的化学物质改变一种液体的密度完成堆积。如果你选择带颜色的液体或是向每层加入食品着色剂,你甚至能在一个玻璃杯中创造出整个彩虹的颜色!想去看么?在这个科学活动中,你将会堆积几种液体——一个接一个——来创造出一个彩色的密度柱!

第 1 段(可获 2 积分)

背景

一个物体是否沉降或是悬浮依赖于它本身的密度与进入的液体的密度值比。在任何情况下——固体和液体——是有许多不同原子组成。根据这些原子的质量,它们的大小以及形成的方式,不同物质最终会有不同的密度。密度是每个成分的特征并且被定义为物质质量除以体积的值。也就是说,在一定体积中含有的成分越多,物质的密度越大。例如,一立方厘米的岩石比一立方厘米的木头要重得多。这是因为相同体积下,岩石中含有的成分比木头的要多很多。

第 2 段(可获 2 积分)

液体也可以有不同的密度。例如,淡水在室温下的密度约为一克每立方厘米。任何混合物——液体或固体——密度高于水将下沉,而物质密度低于水,将会上浮。你可以自己测试,在你的厨房里,收集一些液体,比如植物油、玉米糖浆、洗碗肥皂、水、外用酒精等等。你认为这些物品哪些会沉或浮在水中?在这个活动找出答案吧!

 

材料

  • 玻璃或杯
  • 食用色素
  • 剪刀
  • 橡皮筋(宽的)
  • 一小块蜡
  • 冰棒棍
  • 至少两个小的,看的清晰的罐子或透明的迷你杯(2盎司)
  • 油性记号笔
  • 胶带
  • 三个汤匙
  • 黑玉米糖浆
  • 植物油
  • 一分的硬币
  • 纸巾
  • 外用酒精,洗碗皂和其他液体(可选)
  • 糖(可选)
第 3 段(可获 2 积分)

准备

  • 将你所有的材料集中起来,放到允许你洒出液体的工作区。
  • 用一个杯子装满自来水,并加入几滴食用色素到水中。
  • 请位大人帮你,剪开并准备几小块橡皮筋切片(大约0.5*0.5厘米),冰棒棍切片和小块蜡。 
  • 把两个空罐子放在你面前(不要盖子), 用胶带和油性记号笔在上面做好标记“1”和“2”。

过程

  • 取一个干净的汤匙,往1号罐子中,倒入2勺玉米糖浆。
  • 用第二个干净的汤匙,往1号罐子中的玉米糖浆上面,小心地加入2勺染色后的水。玉米糖浆上面的水会发生什么?它会混合还是保持分层?
  • 用第三个干净的汤匙,往1号罐子中的染色水上面,加入2勺植物油。你会看到的液体混合吗?油会发生什么? 它会漂浮在顶部还是沉入底部?
  • 现在拿出2号空罐子,并加入相同的液体—不过以相反的顺序加入。首先加入2勺植物油。
  • 接下来,加入2勺染色后的水。这一次,水会发生什么?它会漂浮在顶部还是沉入底部?
第 4 段(可获 2 积分)

 

  • 用干净的汤匙, 往2号罐子里的水上,小心倒入2勺玉米糖浆。 玉米糖浆会漂浮在其他液体的顶部吗?与水和油相比,它会在哪里?
  • 等一两分钟,让1号和2号罐子里的所有的液体安定一会。然后观察一下这两个罐子,并比较不同的液体是如何分层的。1号罐子和2号罐子之间有区别吗?你料想到这个结果吗?你认为分层变成这样的原因是什么?
  • 现在拿回1号罐子,然后用盖子盖上。小心地把它倒过来,然后再把它放在桌子上。观察不同的液体。每种液体都发生了什么?当罐子倒过来时,它们是如何分层的?你知道会发生这样的事吗?
  • 几分钟后,将倒置的1号罐子与2号罐子进行比较。你现在看到分层有什么不同吗?每种液体都发生了什么?
第 5 段(可获 2 积分)

 

  • 把所有切好的对象,以及1分硬币准备好,然后将1分硬币扔进2号罐子。硬币会发生什么?
  • 接下来,拿起橡皮筋切片, 放入2号罐子。用冰棒棍将橡皮筋一直捅到罐子底部去。 确保它不粘在底部上,可以自由浮动。然后放手。橡皮筋会停在哪里?它浮在上面、中间还是会留在底部?
  • 现在把小块蜡扔进2号罐子。再次,把蜡一路向下捅到罐子里面,但确保它不会粘到罐子底部或侧面上。它应该能够自由浮动。蜡块会发生什么?与橡皮筋相比,它停在哪里呢?
  • 最后,把冰棒棍的切片并放入2号罐子。用勺子或冰棒棍,使它被淹没,等它在某个分层中安定下来。冰棒棍切片会浮在哪个分层上面呢?
第 6 段(可获 2 积分)

 

  • 看看被你扔进2号罐子里的四个物体,并比较他们的位置。它们都是停在同一个液体层还是在不同的液体层?如果它们是在不同的层,你想想为什么会是这样呢?
  • 最后,拿起仍然倒置的1号罐子,然后猛烈地摇晃几下。然后把它放回桌子上(这一次盖子朝上)。 观察大约5到10分钟,会发生什么。你摇晃罐子时,分层会混合掉吗?5到10分钟后,分层看起来怎样?
  • 补充:用三种液体(植物油、玉米糖浆和染色水),往某种液体上添加另一种液体,会有6种不同的组合。尝试所有的组合,并尝试改变每次添加液体的顺序。你总是会得到同样的分层结果吗?
  • 补充:在本次活动中,你得到了三层不同的液体层。你能找到其他的家用液体,可能会出现第四层或第五层?可以试试外用酒精或洗碗皂水之类的液体。你认为它们会停留在你的密度序列中的哪个位置?
第 7 段(可获 2 积分)

 

  • 补充:即时使用同一种液体,比如水,你可以得到密度金字塔。你只需要通过添加不同数量的糖,来改变它的密度。尝试分成三层的水——每一层的水体积都相同,其中一层用1茶匙的糖,一层用2茶匙的糖,一层用3茶匙的糖。往每种液体中,加入不同的颜色,会使分层看起来更清晰。哪一层在顶上,哪一层在底部?糖的数量如何改变水的密度?如果你摇瓶子或把它倒过来,这次会发生什么,?
  • 补充:尝试找到不同的对象,它们可能会在你的密度序列中不同的层中下沉或上浮。它们会停在哪一层?
  • 补充:通过将同样体积的液体到另一个杯子里,然后称重,你会发现这三种液体的密度有何差异。重量差别有多大?称重结果与你发现的液体分层结果一致吗?
第 8 段(可获 2 积分)

观察及结果

你成功地把这三种液体堆砌在相互之上,并创建了一个色彩斑斓的密度柱吗?实际上,添加三种不同的液体进罐子的顺序并不重要;这些层最终会有相同的结果:玉米糖浆落在底部,有颜色的水在中间,植物油会漂浮在上面。这是因为玉米糖浆密度最高的液体,约1.4克每立方厘米,而室温下水的密度大约是一克每立方厘米。植物油比水轻,它的密度大概为0.9克/立方厘米,因此会浮上水面。即使你把瓶子倒过来,这些层也会因为他们不同的密度,而重新排列到原来的顺序。如果你做额外的活动,称出同等体积的每种液体的重量,你应会发现,玉米糖浆是最重的,其次是水和植物油。

第 9 段(可获 2 积分)

你扔到2号罐子中的物品,停留在密度序列中的位置是由自身的密度决定的。橡皮筋可能停在玉米糖浆的顶部,而一份硬币会直接落在罐子的底部。蜡块应该会停在水层的顶部,而冰棒棍切片会直接漂浮在植物油层的顶部。最后,如果你很用力地摇晃罐子,你可能已经注意到,植物油仍然分层并浮在上面,但玉米糖浆和水层开始混合,而且不再轻易地分开了。这是不同液体的相容性决定的。假如液体的化学结构非常不同,把极性与非极性的放在一起,它们不会混合,并始终保持分层。这对非极性液体的油、极性液体的水来说是适用的。另一方面,玉米糖浆会与水发生混合,从而溶解在水里。这就是你猛烈摇晃罐子时,发生的那一幕。

第 10 段(可获 2 积分)

你可以尝试使用更多的对象和液体来创建更多的层;只是,密度将决定液体会停留在你密度柱的哪一层!

清理

你可以把罐子里所有的液体倒进下水道。把洒出来的弄干净就好。

第 11 段(可获 2 积分)

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