水蒸氣的應用篇

玻璃做的蒸氣引擎!

https://youtube.com/watch?v=DmqTmkJJGmM

 

水蒸氣變成水

https://youtube.com/watch?v=lpgC4dddbdc

水的科學~乒乓陀螺

乒乓陀螺

乒乓球除了可以對打,也可以當陀螺玩喔!

材料:乒乓球、墊板、剪刀

操作步驟與現象

1.將乒乓球用剪刀剪成半月形或花瓣形(下圖左)。

2.將墊板沾上少量水之後,剪好的乒乓球片放上去

(如下圖右),略為傾斜,讓乒乓球可以滑動。

仔細觀察乒乓球在滑動過程,

是不是像陀螺一樣快速的旋轉起來?

   乒乓陀螺

按此觀看實驗結果(9.86M

原理

  版主搜尋文獻與網路,並未發現相關的原理說明。

首先仔細觀察乒乓陀螺的旋轉過程,可以發現以下現象:

(1)  乒乓球的旋轉中心不會改變(除非形狀明顯不規則),

亦即旋轉中心為乒乓球底部與墊板的接觸點。

(2)將平滑的墊板改為砂紙,可以發現乒乓球無法旋轉,

   顯示只是單純增加「摩擦力」,無法使乒乓球產生旋轉。

(3)乒乓球可以順時針轉,也可以逆時針轉,旋轉方向很難掌控。

由以上現象,作者推論造成乒乓球旋轉的力學原理如下:乒乓球底部沒有加水時,只有乒乓球的重力以及摩擦力,在墊板傾斜後,並沒有其他外力可造成乒乓球旋轉。當乒乓球底部加了水並傾斜之後(如圖三),水具有流動性,會由上往下流動,水的表面張力就帶動了乒乓球的旋轉。而由於水的分布不可能剛好平均對稱(所有表面張力的合力距不為零),水分分佈的微小差異決定了乒乓球的旋轉方向,此微小差異並不容易操控,因此乒乓球有時順時針轉,有時逆時針轉。

 

 

叮嚀的話

1.如果乒乓球不會旋轉,原因之一是墊板上的水量太多或太少。

水太多會將乒乓球吸附住,不容易滑下來;

水太少則乒乓球容易直接滑下來。另一方面,

如果乒乓球的形狀過於對稱或太小片,也不容易旋轉,

可以多剪幾片大小不一的乒乓球試驗。

2.有時候乒乓球會黏著在墊板上,不會動,

需要稍微推動一下乒乓球,或輕輕敲一下墊板。

3.除了觀察乒乓球有趣的旋轉,

可以在墊板上畫上迷宮路徑,

讓小朋友比賽控制乒乓球一邊旋轉一邊走迷宮。

參考資料

陀螺研究:

http://www.shgedu.com/zhuanti/dnzz10/mltl/meilituoluo/tuoluoyanjiu/pingpang.htm

 

 

液體浮力原理及影片補充

【生活裡的科學】20160114 – 液體浮力

 

[ 趣 味 一]為什麼船能浮在水上?(§6-4 浮力)

【資料來源:不可思議的科學實驗室物理篇 世茂出版社】

一、實驗目的

    解明為什麼船這麼重卻仍能浮在水面上

    二、要準備的東西

    • 迴紋針(20個)

    • 鋁箔紙

    • 水(1桶)

    三、實驗步驟

    • 剪兩塊每邊三十公分長的鋁箔紙。

    • 用鋁箔紙包住十個迴紋針,緊緊揉成一個紙球。

    • 然後將另一張鋁箔紙的四邊摺起來,做成一個小紙盤。

    • 再把十個迴紋針放在紙盤中。

    • 使紙盤放在水面上。

    • 將紙球丟進水中。

    四、會有什麼結果?

    • 紙盤會浮在水面上,而紙球則會沈入水底。

    五、為什麼?

    • 紙球和紙盤的重量相同,但是,紙球佔的空間較小,因物體將水推開的量等於物體在水中所受的浮力,紙球推開的水較少,所以浮力不足以支撐它的重量,紙球便往下沈。

    • 同理,巨大的船雖然很重,但它卻能推開很多水來增加浮力,所以能浮在水上。

    [趣 味 二] : 懸浮的蛋 【資料來源:浮力網】

    先在玻璃杯中加入半杯的鹽水後,再注入半杯的清水,然後將蛋
    放入杯中,雞蛋會在玻璃杯內二分之一處停止。用玻棒將杯內的水攪
    拌一下,在攪拌的過程中,雞蛋逐漸往下沉! 
    原理是當雞蛋放入杯中後,會停留在玻璃杯的二分之一處,也就
    是鹽水的上面,這是因為雞蛋的密度比鹽水小的緣故。 
    可是在攪拌後,雞蛋便往下沉,這是因為清水與鹽水混合後的密
    度比雞蛋小的緣故。 

    冰的補充實驗~系列影片

    消暑大絕招:輕鬆讓你的飲料瞬間結冰!流言追追追-【實驗精華片段】

     

    瞬間結冰

    一分鐘內將可樂變成冰,可能嗎?

    材料:可樂(或汽水)、食鹽、冰、水桶、溫度計
    操作(表演)步驟

    在觀眾前拿起一瓶冰過的可樂(或汽水),

    說:「這裡有一瓶可樂,但是我好想吃冰,

    又沒有冷凍庫,怎麼辦呢?可以在一分鐘內把可樂

    變成冰棒嗎?」。接著,將瓶蓋打開,

    可以聽到「咻!」一聲,有氣體

    從可樂瓶跑出來,這很正常,但是;

    瓶子裡的可樂開始從上面慢慢的

    凝結為冰(圖二),

    而且一直凝結到瓶底全都變成冰塊了(圖三),

    過程不到一分鐘喔。

              看影片,請按這裏。(11.4M)

         圖一     圖二     圖三

     

    原理

    水凝結為冰,溫度必須降低到凝固點;

    但是到達凝固點時,

    水未必可以立即凝結為冰,

    此時稱之為「過冷水(supercooled water)」。

    過冷水只要條件適合(例如壓力改變、有結晶核、晃動等等),

    可以立即凝結為冰。

    這個科學魔術就是讓可樂先形成過冷水,

    再讓二氧化碳釋放,壓力降低凝固點上升而立即凝結為冰。

    註:(壓力上升則凝固點下降,所以海底的海水因水壓大而不易結冰)

    要如何形成過冷水呢?

    主要步驟是要將可樂浸泡在低於零度的冰水中,

    方法如下:

    水桶先擺放可樂(不要搖晃到),以及溫度計,

    然後放入冰塊以及食鹽(食鹽溶解會吸熱,使溫度降低),

    並儘量讓冰塊與食鹽平均分佈,一直到覆蓋整個可樂瓶,

    最後加少量水以填補空隙,然後靜置。靜置的時間如下

    ;-15℃,約25分鐘(超過30分鐘容易在水裡就結冰了);

    -12℃約35分鐘;-10℃約45分鐘。

    叮嚀的話

      在浸泡可樂降溫的過程,務必避免搖晃可樂,

    因為搖晃容易促使凝固的發生,造成還沒打開瓶蓋就先凝固了。

    而食鹽的比例會影響冰水浴的溫度,食鹽太少可能無法使溫度

    達到-10℃以下。另一方面,建議以一層冰、灑鹽、一層冰、灑鹽

    …的順序填充冰與鹽,以使溫度能儘量平均。

    水的蒸發~水蒸氣(小雨不見了)

    《呼叫妙博士》小雨不見了

     

     本單元著重在對現象的觀察與知識的統合,以水為出發點,探討水與冰之間的變化,進而討論水和冰以及水和水蒸氣三者之關係,水的三態變化就說到:”當溫度改變時,這三者型態會互相改變“,不過,其三種型態的本質仍是水,所以水的三態變化屬於物理反應

    ~奇妙的水(康軒版)—水和冰的變化~

    水遇冷會變成冰稱為”凝固

    把水倒入不同形狀的容器,水的形狀會改變;把冰塊倒入不同形狀的容器,冰的形狀不會改變

    冰塊放入等量的冷水與熱水中,在熱水中的冰塊溶化的比較快

    水的三態

    氣態水蒸氣:沒有固定形狀,會隨著容器不同而改變;肉眼無法看見

    液態:沒有固定形狀,會隨著容器不同而改變;肉眼可以看見

    固態:有固定形狀,不會隨著容器不同而改變;肉眼可以看見

    水在生活中的應用:喝水,刷牙,澆花

    水蒸氣在生活中的應用:將食物蒸熟,燙平衣服

    冰在生活中的應用:保鮮食物

     

     液態的水…

     

    固態的冰…

     

    在冷凍庫冰過的杯水…

     

    比較冷凍庫與冷藏庫的杯水,哪一杯產生的小水珠較快…

     

    冷藏庫的杯水瓶壁產生的小水珠比冷凍庫的杯水慢…

     

    冷凍庫的杯水瓶壁產生的小水珠比冷藏庫的杯水快…

    實驗結果…

     

    把水倒入不同容器,水的形狀就會改變…

     

    把冰放入燒杯中,冰的形狀不會改變…

     

     

     

    救生員浮沉子,出動!

    【未來少年‧梅期光創意科學實驗室】救生員浮沉子,出動!

     

    浮沉子成品使用示範

     

    實驗器材:

           寶特瓶1個

           迴紋針1盒(常見一般大小即可)

           透明膠帶1卷

            剪刀1把

            筆蓋(或類似筆蓋大小,一邊有一缺口之蓋子)

    原理說明:

        沉浮子浮在水面時,其重量與沉浮子內部的空氣所提供的浮力互相平衡,壓寶特瓶時,因為水的壓力增加,水會進入沉浮子而減少其內部空氣的體積(空氣的粒子數沒有減少),浮力因而降低,沉浮子就會沉下去。反之,放鬆寶特瓶,水的壓力降低時,沉浮子內部空氣的相對壓力較大,會將水擠出,使沉浮子空氣體積增加,浮力也增加了。

    操作步驟:

    1.剪一小段吸管(約6公分),再對摺。

    2.將迴紋針套進對摺的吸管管口,使吸管不會張開,就完成了沉浮子。

    3.將水盆或杯子裝水,把做好的沉浮子輕輕放入。

    4.調整沉浮玩偶只浮出水面一點點(不要超過0.2公分)。

    (1)如果浮出太高,可以再加迴紋針或是把吸管剪短一些。

    (2)如果沉下去,可以把迴紋針減少一根再試。

    5.將寶特瓶裝滿水,放入做好的沉浮玩偶,旋緊瓶蓋後,用手壓寶特瓶,沉浮子就會沉下去;放鬆,沉浮子就會浮上來喔。

    在教學時,建議教師先做好一個成品,以示範方式讓學生觀察其沉浮現象,「驚訝」的效果會相當不錯。接著說明其製作方法與注意事項,尤其要提醒學生沉浮子不可以露出水面太高,否則會發生無論如何用力都無法沉下去的狀況,換言之,沉浮子露出水面越少,越容易沉下去。