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介绍

你有没有想过,当你吃的蔬菜太冷,不能在外面种植的时候? 它们可能是从一个陌生的国度运到你的城镇,又或者它们是在温室里种植的成果 温室是通常由玻璃(或透明塑料)制成的大型房屋式结构。 那么它们如何保护植物免受寒冷? 在这项活动中,你会发现并创造一些来自太阳的额外的热量。

背景

植物不能生长在任意的地方,它们的生长环境需要给它们提供恰当的条件以供存活。 特别的是,植物需要水, 空气,阳光和适宜的温度。 在冬季,寒冷的温度往往是植物生长的限制因素。 这就是古罗马人创造人工环境的原因,这样他们就可以全年种植蔬菜。 今天很多蔬菜,尤其是西红柿, 生长在庇护着植物的温室里。

第 1 段(可获 1.93 积分)

温室的工作基于一种叫作“温室效应”的物理原理。在温室中,太阳光——由不同波长的光构成的,其中一些在可见光和红外光谱中——照耀在透明的玻璃或塑料制的屋顶和墙壁上。只有在可见光谱中的光可以穿透到温室中,而传入的红外光,也称热辐射,会被玻璃或塑料阻挡。温室内,可见光被植物和土壤吸收并转换为热量,然后被植物和土壤以红外辐射的形式发出。由于热辐射被玻璃阻拦,大部分无法排出,温室内的温度将稳步上升。即使在冬天,温室里的温度也足够温暖让蔬菜生长。想亲自看一看?带上一支温度计,在这个活动中探索温室效应吧!你的温室里温度有多高呢?

第 2 段(可获 2.1 积分)

材料

两支小型的室外温度计
有盖的玻璃罐,足够装下一支温度计
阳光充足的工作场所(室外或室内)
计时器或者秒表

准备

  • 找一个至少有30分钟阳光直射(没有阴影)的工作区域。
  • 拿上两支温度计,然后把它们并排放在阳光下。保证在活动中没有阴影投到温度计上。

过程

  • 倒计时五分钟,五分钟结束时,读取两支温度计上的温度。温度有多高?两支温度计显示的温度一样吗?
第 3 段(可获 1.25 积分)
  • 把一支温度计放进玻璃罐然后盖上盖子。 将它再次放在另一支温度计旁,并且保证它仍然完全暴露在阳光下。玻璃罐内部的条件与外界条件有什么不同?你觉得罐子里的温度会怎么样?
  • 把两支温度计放置于太阳下约二十分钟 ,然后再次读取温度。温度变化了吗?如何变化?罐子里面和外面的温度一样吗?如果不同,哪支温度计显示更高的温度?
  • 为了更好的比较,计算测试中每支温度计开始到结束之间的温差。(即开始时的温度对比二十分钟后的温度)每支温度计的温度变化了多少度?罐子里面还是外面的温差更高?你能解释你的结果吗?
  • 额外的:当你把温度计放在阴凉处时,你认为结果会相似吗?重复实验,但这次把两支温度计(玻璃罐里面和外面的)都放在阴凉的地方。你得到同样的结果吗?20分钟后的最终温度与你在太阳下测量的结果相比如何?
  • 额外的:不仅仅读取开始和结束时的温度,而是做一个时间序列,在大约20至30分钟里每隔五分钟记一次温度。这段时间玻璃罐里面和外面的温度升高有什么不同?哪支温度计显示更快的温度上升?
  • 额外的:除了玻璃之外,温室效应还能靠其他材料奏效吗?不用玻璃罐,而是在其他类型的容器中试一个温度计。确保容器是透明的以便于阳光能透过。塑料和玻璃效用一样吗?
  • 额外的:此前在气候变化的背景下你可曾听说过温室效应?地球本身就类似于温室,吸收来自太阳的热量。正因为如此,我们在地球上感受到温暖。做一些研究,以了解更多这方面的工作原理。温室中的温室效应与地球的温室效应有什么关联?
第 4 段(可获 4.75 积分)

观察和结果

只要两支温度计暴露在相同的条件下,它们应该会显示相同的温度。不同的温度计之间可能有细微差别,但它们不会相差超过一到两度。一旦你将温度计放入玻璃罐,你就把它放在人造环境中了。在玻璃罐中,由太阳光能产生的热量无法逃脱——玻璃阻挡了热辐射穿透。由于罐内的热空气被困住,所以也没有气流。这意味着温暖的空气无法与较冷的空气混合从而冷却下来。因此,玻璃罐内的温度会随着时间推移继续升高。实际的温度取决于你工作场所的阳光充足程度。

第 5 段(可获 1.73 积分)

20分钟之后你会观察到玻璃罐内部的温度明显高于罐外的温度。尽管罐子外面的温度也在升高,但太阳光产生的热能在没有被困住的情况下从空气中逸出。并且,来自周围环境的冷空气可以与未封闭的温度计周围的热空气混合,这减缓了罐外温度的升高。最后,你可能已经注意到玻璃罐里面的温度会很高。为了在真正的温室里避免这种情况,通常采用通风或冷却的方式来控制温度。

第 6 段(可获 1.26 积分)

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