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简介

你有想像过云内的样子吗?若你也是云的一部分,你会全身湿透吗?自然界中有许多不同类型的云,但他们都有一个共同点:他们都是由水(或冰)变成的。但是,云是如何形成的,水怎么能浮在空中呢?在这个活动中,你将自己在一个玻璃罐中制作专属你的云并亲自测试那些成云需要的条件。

背景

为了了解云的形成,我们需要现了解汽化(水从液体变为气体)和冷凝/液化(水从气体变到液体)的过程。如果你曾煮过水或观察过煮水的过程,你会看到水是如何从液体变为气体的过程。在液体形式中,水分子被非常紧密地堆积在一起。能如此是因为两个单独的水分子之间形成氢键,即每个水分子都被连接到它周围的水分子。你可以通过平坦表面上的一滴水来观察此现象。水滴要保持一个圆形的形状而不是扁平的形状。液滴可以保持这种形状,是因为个体水分子间形成了一定强度的氢键。

第 1 段(可获 2 积分)

当你加热一壶水时,就等于你将能量添加到单个水分子中。当能量足够时,水分子就会打破它们之间的联系(即氢键),并以气体的形式逃逸到空气中。当这些单独的水分子离开沸腾的水的表面,并上升至锅外,他们会逐渐失去能量(以热的形式散发掉PS:水分子在上升时与空气分子摩擦、做功,散失热能)。结果,(随着高度的升高)水分子的内能越来越少,最后冷凝为小液滴,也就是我们所看到的气和雾。

云的形成遵循这些基本原则。随着暖空气上升(以水蒸气的形式携带水分),它将会膨胀和冷却。当此发生的时,水蒸气会凝结成液体形式。生活中的冷凝亦是如此:在一个春天早晨,你会发现地上的草和车窗上满是露珠。在云里,水滴附着在漂浮在空气中的微小尘埃颗粒上。数十亿这些湿的尘埃粒子聚合在一起就创造了一朵云!

第 2 段(可获 2 积分)

在这个活动中,你将模拟云的形成,通过迅速改变罐子里水的温度。你将通过尝试探究不同的变量来确定哪些因素是云形成的重要因素,以及这些因素是如何决定的。

材料

  • 可湿的平坦工作台(但要防漏水)
  • 带密封盖的玻璃瓶(如玻璃瓶或干净的泡菜坛子)
  • 半杯非常烫的水(小心处理、在成人的帮助下完成)
  • 半杯非常冷的水
  • 气溶胶喷雾(可以用一些清洁用品代替,例如,头发喷雾剂)
  • 一碗冰块
  • 永久性标记笔或胶带
  • 黑色的建筑纸以帮助你将云可视化(可选则)
  • 食品着色剂,使你的云脱颖而出  (可选则)

 

第 3 段(可获 2 积分)

准备

  • 向瓶子里倒半杯水,用一块标记或一块胶带来标记你罐子上的水位;然后清空罐子。
  • 如果你选择使用黑色的建筑纸,将它设置在你将要进行实验活动附近的墙上或一本书(让纸张紧靠在书或墙上)。这张纸将作为一个背景——但一旦你倒入热水,就不能再拿起罐子,因此要确保纸张贴到正确的位置上,正好靠近你的工作台。
  • 从罐子和喷雾器上拆下盖子,以便等一下使用。
  • 如果您选择使用食品着色剂给水染色,那在一开始前就在冷水和热水中滴上几滴。
  • 收集所有的材料,并把它们放在工作台上容易取之处。的他们在你的工作站的容易到达。这个实验活动讲究速度,因此在开始前务必准备好一切。
  • 在大人的帮助下把水加热。

 

第 4 段(可获 2 积分)

过程

  • 让一个成人小心地将沸水倒进玻璃罐中。 注意水位是否达到你先前在罐子上做的记号。如果没有,那在倒水时要注意是否达到正确的水位。在此过程中你有注意到什么吗?你看见水汽上升了吗?
  • 拿气溶胶罐向玻璃瓶迅速地喷洒喷雾,然后让一个成人用瓶盖盖好。(谨慎使用,以避免热蒸汽从罐子里冲出。) 当喷雾进入罐中发生了什么?你注意到有什么变化吗?
  • 将冰块放在罐子盖的顶部。
  • 花几分钟观察罐内发生的事情。你注意到什么?在你喷入喷雾和把玻璃瓶密封好后有什么不同?
  • 在打开盖子之前,检查水位是否发生变化,和最初相比。已经先将水倒进罐子里改变。 水位真的已经变了吗?是什么原因造成的?
  • 小心翼翼地旋开和抬起瓶盖。
第 5 段(可获 2 积分)
  • 观察被你打开的瓶盖。在它里面你看到了什么?里面发生了什么?是玻璃瓶的残留物吗?到底是什么呢?
  • 小心(避免飞溅)地将几块冰块放进罐子里。
  • 观察玻璃罐几分钟。 里面的冰块有发生变化吗?若有,是什么?
  • 小心地把水倒出来,然后把罐子冲洗干净。
  • 依据下列步骤用冷水重复这个活动。
  • 小心的把冷水倒进瓶中。 注意水位是否达到你先前所做标记。如果没有,当你倒水时注意达到正确的水位。在此过程中,你有注意到什么吗?你能看到水汽上升吗?为什么用冷水做时看不到水蒸汽升起?
  • 将喷雾迅速喷入玻璃瓶中,然后盖好瓶盖。当喷雾进入瓶内,发生了什么?你注意到有什么变化吗?
第 6 段(可获 2 积分)
  • 在瓶盖上放些冰块。
  • 花几分钟观察瓶内发生了什么。你注意到了什么?在你喷入喷雾和密封玻璃瓶后有什么不同吗?和之前用热水做的实验相比,这个实验有什么不同?
  • 在打开瓶盖之前,注意水位和最初的冷水水位相比是否有变化。水位变化了吗?是什么原因可能导致了这种变化呢?
  • 小心翼翼地旋开和抬起瓶盖。
  • 观察被打开的瓶盖。你注意到它里面有什么东西吗?里面发生了什么?是一些残留物吗?为什么有或为什么没有?
  • 附加实验1:用不同的其他液体重复此实验(如果汁或汽水)。看是否还能产生其它的现象和结论。这些现象和结论是什么?你认为是什么原因导致此的?
  • 附加实验2: 实验不用气溶胶喷雾。若是如此,实验还起作用吗?为什么实验还可以进行下去或为什么不行?
第 7 段(可获 2 积分)

观察现象与结论

当你用热水做这个活动时,你有观察到云的形成吗?最终看到云成形过程就是实验预期。当你用冷水重复这个活动时,你有观察到云的形成吗?当你用冷水进行时,你应该看不到云的形成,因为你需要给它加热以产生足够的水蒸汽去形成可视的云。

在这个活动中,你通过迅速改变罐子里的水的温度来模拟云的形成。当你把热水倒进罐子里,热水会产生水蒸气,随着水蒸气的上升至瓶顶,它会被瓶盖上的冰块变冷。结果,水蒸气在瓶盖上迅速冷凝为小液滴。为了模拟大气中致云的尘埃粒子,我们使用了一种气溶胶喷雾器。由喷雾释放出来的小微粒为收集冷凝水提供了一个附着表面。

第 8 段(可获 2 积分)

当你用热水把盖子盖上时,你可能已经注意到你的云(水蒸气)保持得相当完整。当在坛子里的温暖空气开始进入房间,卷须状的水汽可能已经开始渐行渐远。当你把一个冰块放入热水中时,你可能已经观察到你的云开始消失得更快了。这是因为热水很快冷却,所以它不再释放水蒸气。因此,没有水汽凝结并形成一个云。

第 9 段(可获 2 积分)

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