神奇的力学实验.doc_咨信网zixin.com.cn

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1.1 把环推出去你喜欢在别人面前表演一些小把戏吗？如果是的话，这第一个实验将提供给你一个最好的展示机会。在这里，你只需解决一个问题。你要做的只是：将纸环推出去，使硬币直接落进下面的杯子里。材料 * 2.5厘米×27.5厘米的纸条 * 硬币 * 胶带 * 杯子实验用胶带将纸条两端粘在一起，使它形成一个大环。把纸环放在杯口上，小心地把一枚硬币在纸环的最高处放稳。现在你已经做好了这个装置。为了使硬币落进杯子里，你需要用一个快速而有力的动作将纸环推出去。这些听起来可能比较简单，但是，先试试看！失败的原因如果你推纸环的外壁的话，这个易变形的环就会被压缩，顶部向上弹起，任何放在顶部的东西（例如你的硬币）都会被弹向空中并且远离你预定的目标。成功的原因为了达到预期的效果，你必须直接推纸环的内壁。这样，当你的手移动时，你要巧妙地绕开环的外壁，直接击打它的内壁。当你的手碰到纸环时，它使环的形状变平并且把它拖离杯子。由于硬币没有弹起来，所以它会直接落入下面的杯子里。一点提示当你给别人表演这个戏法时，不要告诉他们这里的奥妙。只要练习的次数足够多，你的手就会移动的很快，没有人能看出你推的是环的内壁，他们还以为你是在推环的外壁呢。 1.2 看不见的“胶水” 你看过将一块桌布拽走而没有移动上面的杯子、盘子的表演吗？或许你想知道，是不是有一些看不见的磁铁或者有黏性的东西把这些物体固定在桌面上了。其实，对大多数表演者来说，其中的诀窍仅仅是运用了力和运动的基本知识。材料 * 空的塑料容器（要有盖子） * 布实验在容器里装满水，将盖子拧紧，擦干容器表面并确认容器不漏水。将一块布放在一个平面上，比如书桌或者餐桌上，将装满水的容器放在布上。抓紧布的边缘，用平稳的力将布猛地拽出来。当你往外拽布的时候，你的手臂要和桌面保持同一高度。一旦你掌握了这项技巧，将容器里的水倒出来，再试一次。当容器是空的时候，表演这个节目是难了还是容易了？你能解释这是为什么吗？原理这个游戏的原理就是科学家们常讲的“惯性”。惯生是物体运动的阻力，所有的物体都有惯性，静止的物体要保持静止状态，运动的物体要保持运动状态。当布被从容器下面拽出来时，容器的惯性使容器保持在原来的位置上。物体越重，它具有的惯性越大。装满水的容器有比较大的质量，因此它比空容器具有更大的惯性。因为装满水的容器对变化有更大的阻力，所以它比空的容器更容易保持在原来的位置上。 1.3 弹出的扑克牌尽管刚才那个戏法非常精彩，但是它需要的道具不便于携带，下面这个游戏只要有口袋大小的道具就可以演示出与上一个实验相同的原理。材料 * 硬币 * 塑料扑克牌或者索引卡片实验将你的一只手攥成拳头，同时把食指伸出来。把一张扑克牌平放在你伸出的食指上，把一枚硬币放在牌的中心，用另外一只手将扑克牌弹出去。如果你将扑克牌弹出时能使它保持水平，就会发现只有扑克牌飞出去了，而硬币则稳稳地落在了你的指尖上。原理所有的物体（包括硬币）都有惯性。当你用手指弹扑克牌时，手指向前的运动被转移到扑克牌上，而不是硬币上，所以扑克牌飞出去而硬币留了下来。因为硬币没有被触动，它的惯性使它保持在原来的位置上。想一想假设扑克牌的表面不是光滑的，你粘一些沙粒或者砂纸在它的表面上，这样对硬币的运动会有什么样的影响？猜一猜。然后验证一下你的假设。 1.4 静态旋转众所周知，一些固体，像硬币啦、瓶子啦，它们都有保持原有的运动状态不变的性质。那么液体呢，也具有惯性吗？让我们用下面这个实验来演示一下。材料 * 杯子 * 植物油 * 水 * 食物染色剂实验在杯子里倒上半杯水，小心地把油加进去，使水面上漂着薄薄的一层油，再滴入四滴食物染色剂。如图所示，色滴应该在假想的正方形的四个角上。把杯子放在桌子上，等里面的液体静止后，从上面抓住杯子，迅速地旋转1/4圈，液面上的色滴有什么变化？你能够解释你所观察到的现象吗？原理油和水是不相溶的。把油倒进水里，油漂在水面上，因此，当色滴加到油表面时不会流进油层下面的水中。由于食物染色剂不溶于油，所以色滴在油层上呈圆形小滴。尽管杯子旋转了1/4圈，但是小色滴（以及杯子里的其它液体）几乎保持静止，这是因为这些物质具有惯性，从而保持了它原来的静止状态。 1.5 旋转的鸡蛋 “你能看出这只鸡蛋是生的还是熟的吗？” “我怎么知道？难道我看起来像一个具有超自然能力的人或者厨师？” “那么你到底是干什么的呢？” “我只是一名理科班的学生。” “这正是你知道答案的原因！” 材料 * 熟鸡蛋 *生鸡蛋实验将一只熟鸡蛋和一只生鸡蛋并排放在桌子上，然后请一位朋友，让他通过鸡蛋的旋转来分辨一下哪只生鸡蛋、哪只是熟鸡蛋。首先，使一只鸡蛋旋转起来，在它转动的过程中轻轻地将它停下，然后放开鸡蛋，这时，你看到了什么？用另一只鸡蛋再做一次，这两只鸡蛋在旋转过程中有什么不同呢？原理惯性，当然还是惯性！为了了解惯性是如何发挥作用的，我们必须先看看生鸡蛋和熟鸡蛋都是由什么组成的。生鸡蛋的蛋黄和蛋清是液态的，旋转的时候，蛋壳和里面的液体一起转动起来。当我们把鸡蛋停下来时，只是蛋壳停止了旋转，里面的蛋黄和蛋清仍然保持转动的状态。因此，这时候如果松开鸡蛋的话，蛋黄会使鸡蛋重新转动起来。熟鸡蛋的蛋黄和蛋清是固态的，旋转的时候，蛋壳和蛋黄、蛋清一起转动。当我们把鸡蛋停下来时，里外都停了下来，这时候如果松开鸡蛋的话，它不会重新转动起来。想一想怎样利用惯性来判断一个容器里装的是水还是冰？ 1.6 精彩的捕捉魔术师、变戏法的人，以及其他表演者通常对物理知识掌握得比较好。在他们中间有一些人知道如何利用光学的原理使物体“消失”；另外一些人了解“加速度”，并把它运用到马戏团的表演中；还有些人熟悉热量的转换，并把它运用到与火有关的一些把戏中。喂，现在轮到你来表演节目啦！你不需要兔子、剑、或者燃烧的火把做道具，只要一堆硬币就足够了。材料 * 一摞硬币实验把这摞硬币稳稳地放在你的胳膊肘上，然后把手臂猛地向前伸出，在空中抓住硬币。原理像许多游戏一样，这个小把戏并不像看起来那么难，这是因为你有一个“助手”：惯性。当你的手臂猛地向前伸出时，硬币就悬在了半空中。由于惯性，它们不会移到一边或者很快往下落，相反，开始时它们下落的速度很慢，这时，你的手已经快抓到它们了，因此硬币没有足够的时间达到一个很快的速度，而这个相对较慢的运动使它们成为理想的空中捕捉目标。想一想留心观察一下魔术师或街头艺人的表演，你能判断出他们表演的戏法中哪些利用了惯性吗？ 1.7 空中接球在上个实验中，你已经学会了如何抓住一摞硬币，那么，再来试试用杯子接住玻璃球吧。你会发现，这次可有一定的难度了，特别是当你还没有掌握整个实验成败的秘密所在的时候。这里给你一个提示：这个秘密就是一定要利用——你猜到了？——惯性。好了，让我们开始吧，祝你好运！材料 * 几个玻璃球 * 杯子实验用你的中指、无名指和小拇指握住杯柄，用食指和拇指捏起一个玻璃球，手臂上扬把玻璃球抛向空中（注意要握紧杯子），在玻璃球下落的过程中迅速将杯子对准球。太棒了，接住啦！接下来可要加大难度喽！握住已经有一个玻璃球的杯子，用食指和拇指捏起第二个球。再做一次，接住它，好！杯子里有两个球了。注意如果你很幸运地用同样的方法接到了第二个球，那么，再试试第三个。原理第一个玻璃球是很容易被接到的，当它向上运动的时候，你只要把杯子放在它下面就可以了，剩下的事情就交给重力来完成好了，当杯子里有了一个球的时候，重复同样的动作，玻璃球就很难接到了，因为向上抛球的时候，杯子里的那个球也会被抛出去。要想接住第二个球就要掌握“下落——滑动”的诀窍。不要把第二个球向上抛，而是松开手指，当它下落的时候，迅速将杯子对准玻璃球，你会发现，玻璃球落入杯中的时候，杯子只往下移动了几厘米。想一想把一只体重计带进电梯，站在体重计上（不必担心其他乘电梯的人会怎么想），当电梯刚开始上升的时候，你的体重有什么变化？当电梯刚开始下降的时候，你的体重又有什么变化？ 1.8 弹射硬币这里有一道选择题。假设桌面上有四枚摞在一起的硬币，如果把第五枚硬币射向这摞硬币，并且恰好击中最下面那枚硬币的正中，结果会怎样呢？ a.第五枚硬币会把这摞硬币击倒； b.第五枚硬币将代替最下面的硬币； c.第五枚硬币将停在这摞硬币前，而最下面那枚硬币会被射出去。答案是…… 材料 * 五枚硬币实验把四枚硬币摞好，放在一个平滑的桌面上。在十几厘米远的地方在放一枚硬币，将这枚硬币弹出去，使它垂直地击中最下面那枚硬币的中心，力量不必很大，但是一定要击中最下面那枚硬币的中心。硬币倒了的原因如果你没有击中硬币中心的话，整摞硬币就会被击倒，这样偏离中心的碰撞会导致实验的失败。硬币不倒的原因当第五枚硬币和最下面那枚硬币发生碰撞时，第五枚硬币的能量会转移到那枚硬币上，因此那枚硬币会弹出去，其余的三枚硬币由于惯性而垂直地落下来。由于第五枚硬币所有的运动能量（动能）都转移到弹出去的那枚硬币上了，所以它没有“额外”的能量来取代最下面那枚硬币的位置，因此正确答案是：下面的硬币被击出去，而第五枚硬币则停在了落下的三枚硬币前。 1.9 上下翻飞的水你看过关于旋转的太空站的科幻电影吗？出乎我们意料的是，宇航员并不是完全失重的,相反，太空站的旋转产生了一种假重力，这种假重力使宇航员可以倚在太空站的墻上。虽然你没有机会建一个太空站（反正这本书里没有），但是下面这个实验可以让你有机会观察到旋转效应。材料 * 小塑料沙桶（孩子们在沙滩上玩耍时用的那种） * 半米多长的结实的绳子 * 一杯水实验如果你没有小沙桶的话，去向一个刚学会走路的孩子借一个吧，他不会丢掉自己的小沙桶的。剪一段半米多长的绳子，把绳子系在沙桶的提把上。检查一下绳子结，确信它不会松开，然后往桶里倒一杯水。到屋外的某个地方或者找一个不怕被水溅湿的地方，一定要使你周围有足够的空间，这样你和不会打到别人或者东西。现在抓住绳子的一端，提起桶，先轻轻地平稳地摆动小桶，使它做圆周运动，然后逐渐加大摆动的力量和角度，使桶“逐渐”上升，直到完全旋转起来，这时，桶里的水会怎样呢？原理旋转运动产生了一个类似力的效果，这个力把水保持在桶里。由于旋转产生的这个力比重力大得多，因此，即使当桶转到你头顶的位置而完全颠倒过来时，水也不会流出来。想一想在游乐场里骑旋转木马也是相同的道理。当你骑木马时，旋转产生的力使你贴在墙。 1.10 巧用惯性变戏法现在你已经能够表演那么多神奇的魔术了，再来一个怎么样？告诉你的观众，你可以随心所欲地把鱼坠上面的线或者下面的线弄断，至于究竟从哪里把线弄断完全由他们来决定，你只是照做而已。材料 * 50多克重的鱼坠 *结实的缝纫线实验首先把线剪成两根，每根大约15厘米长。把两根线都系在鱼坠的眼儿上，其中一根线固定在一个支撑物上，让鱼坠自由地悬挂着。抓紧另一根线，慢慢增加拉力，结果会怎样？线会从哪里断开？把断线换掉。这一次我们不再慢慢地住下拉，而是猛地向下拉，线又会从哪里断开？你能解释这是为什么吗？原理当你慢慢向下拉线的时候，你克服了鱼坠的惯性，实际上，鱼坠的重量也加到了你的拉力上，这样，鱼坠上面的线比下面的线受到的拉力要大，因此鱼坠上面的线会断开。当你猛地向下拉线时，鱼坠的惯性产生了一个与拉力相反的阻力，这样，鱼坠下面的线受到的拉力比较大，所以，这一次是鱼坠下面的线断开了。 2.1 土豆“走钢丝” 女士们、先生们，请注意这只塑料杯的边缘，接下来大家看到的将是平衡与技巧的表演。一只土豆会令人难以置信地平衡在这个杯口上，不管杯子里有没有水，它都会待在那里。材料 * 两把叉子 * 牙签 * 小土豆 * 两个大杯子（一个装满水）实验把叉子插在土豆上，然后在土豆的底部插一根牙签。接下来，把牙签立在装满水的杯子的杯沿上。如果土豆不能保持平衡，相应地调整一下叉子的位置。慢慢地拿起这只杯子（当然要带着已经平衡了的土豆），然后把杯子里的水倒入另一只空杯子里。原理叉子插在土豆上，土豆的重心就发生了充化，稳定性也随之增强了。正如你在前面的实验里学到的那样，重心是一个物体平衡时的临界点。和画在纸上的“火箭”不同，土豆有一定的体积，所以平衡点在三维空间内。当土豆插上叉子后，又会产生一个新的重心，整个物体达到平衡时，这个重心正好在牙签的下方。这时再把土豆放在杯沿上，它会将重心移动到下面的平衡点上，这个平衡点正好位于牙签和杯沿的接触点上。试一试用风筝线做一个“钢丝”装置，试着用你的土豆再来一次。 2.2 向上“爬”的漏斗你听说过汽车自己往坡上行驶吗？是不是很不可思议？在接下来的这个实验中你将看到漏斗向坡上滚动。当然，漏斗不介被反重力施加了魔法，它们的运动是由于重心的不断变化而造成的。材料 * 两只漏斗 * 胶带 * 四本书 * 两根木棍（至少30厘米长）实验先把两只漏斗口对口放在一起，用胶带把它们固定住。用胶带将两根木棍的一端粘在一起，粘的时候要稍微分开，留有一定的活动余地。把三本书摞在一起，把木棍没有粘在一起的那端架在上面，另一端架在剩下的那本书上。把固定在一起的漏斗放在两根木棍之间较低的一侧，抓住木棍的另一端，慢慢地将它们分开，你会看到随着距离的加大，漏斗会沿着木棍向上滚动。这个游戏的目的是使漏斗“爬” 到木棍的顶端，你能做到吗？试试看！原理表面看起来，漏斗向上运动好像违反了重力定律，其实并不是这样的。当木棍之间的距离变大时，漏斗会产生一个新的重心，为了保持稳定，漏斗会轻微地下落并且向前转动。向前的运动使漏斗看起来好像正在向上“爬”，实际上，它们正在向下滑动。试一试我们再来表演一个反重力的游戏。用一个球代替刚才的漏斗，木棍也要再长一些，同时要用木头或者一些泡沫填充材料来做一个更稳定的底座。这个游戏的目的是使球运动到缝隙的顶端。 2.3 漂浮的香料你怎样识别碳酸饮料和无糖饮料？通常你能够尝出它们有什么不同。尽管厂商很希望他们生产的合成调味剂尝起来像真的糖一样，但是很遗憾，它们不像。大多数人通过品尝可以鉴别出合成调味剂，但是它们还有另外一种差别，这个实验就是通过看而不是品尝来鉴别它们。材料 * 一罐碳酸饮料（甜蔗糖型） * 一罐无糖饮料 * 装满水的鱼缸或者大碗实验把一罐碳酸饮料放进一个装满水的鱼缸或者大碗里，它是浮起来还是沉下去？现在把一罐无糖饮料放进去，有什么不同吗？原理物体的漂浮是由于力的平衡。使物体下沉的向下的力称为重力，重力的大小取决于一个物体内“填充”的物质的多少。使物体上升的向上的力称为浮力，浮力的大小取决于物体在液体里占据的空间的大小（即物体排开液体的体积的大小）。浸没在液体中的物体，当重力比浮力大时，物体下沉；当浮力比重力大时，物体上浮直至漂浮；当重力和浮力相等时，物体保持在和原来相同的位置上（称为中性浮力）。碳酸饮料是一种碳酸水、调味剂和大量蔗糖的混合溶液。由于饮料中的蔗糖被溶解了，所以你看不见它，但是，你要以尝出来。像碳酸饮料一样，无糖饮料内也含有水和调味剂，而蔗糖则被除数少量的人工甜味剂代替了，这种甜味剂的味道很浓，因此只需要很少的一点点。这两种饮料的罐在浮力上几乎是相等的，然而，蔗糖使得碳酸饮料重一些，而无糖饮料里面虽然也含有少量的人工甜味剂，但是由于缺少蔗糖而略微轻一些。虽然这个差别比较小，但是，它足以使那罐碳酸饮料下沉，而无糖饮料则漂浮着。想一想想办法找出碳酸饮料内加了多少克蔗糖作为甜味剂？ 2.4 盐水的浮力 “怎么什么东西都沉不下去！” 盐湖里的水含有大量溶解的盐，这些盐使湖水具有“超”浮力。这个浮力太大了，以至于人几乎不可能沉下去！你是不是很想去盐湖观察一下这种特别的浮力？其实在你的厨房里就可以做到。下面上我来告诉你该怎样做。材料 * 生鸡蛋 * 自来水 * 勺子 * 两个高的塑料容器 * 半杯盐 * 量杯实验先在两个塑料容器里分别加3／4的水，在其中一个容器里加半杯盐。注意要边加盐边搅拌，等完全溶解之后再加入更多的盐，直到盐水完全饱和，无法溶解更多的盐为止。当然，你不必担心盐加得太多。将一个生鸡蛋小心地放进装淡水的容器里，鸡蛋会怎样？再拿出鸡蛋，把它放进装盐水的容器里，这次鸡蛋又会怎样？原理正像你所知道的那样，物体可以漂浮是由于重力和浮力之间达到了微妙的平衡。在这个实验里，物体没有改变，改变的只是它周围的环境。浮力的大小取决于溶液中溶解的“物质”的多少。溶解的物质越多，浮力越大。当你往水里加盐时，你不仅使水变咸了，而且还增加了它所产生的浮力。把生鸡蛋放在淡水中，它会下沉，因为鸡蛋的重力比浮力略微大一些。当同一个鸡蛋放在盐水里时，它会浮起来，这是因为虽然鸡蛋的重力保持不变，但盐水所产生的浮力变大了，这个较大的浮力抵消了鸡蛋的重力并且阻止它下沉。想一想设计一个实验，比较一下糖水的浮力和盐水的浮力。 2.5 自制的比重计比重计*是一种用来测量溶液的浓度的工具，很容易制作,用起来也很简单。现在让我们来做一个比重计，你可以用它来测量各种溶液的相对浓度。材料 * 吸管 * 防水橡皮泥 * 剪刀 * 三个高的容器 * 一枝做记号用的笔 * 盐 * 尺子 * 量杯实验剪一段大约10厘米长的吸管，在这段吸管上每隔0.5厘米做一个记号，然后在吸管的底部粘一团豌豆大小的防水橡皮泥。三个容器里分别倒入3／4的水，在其中一个容器里加大约1／4杯的盐，在另一个容器里加大约1／2杯的盐，搅拌一下，使盐完全溶解。把比重计放进清水里，观察并记录水平面在比重计上的读数。取出比重计，用自来水漂洗干净。把比重计放入加有1／4杯盐的溶液里，再次观察并记录水平面的读数。取出比重让，用自来水漂洗干净。最后，把比重计放进加有1／2杯盐的溶液里，观察并记录水平面的读数。原理和前面做过的鸡蛋漂浮的实验一样，这个实验同样揭示了溶解的物质的浮力之间的关系。溶解在水里的物质（在这个实验里是盐）越多，溶液的浮力就越大。浮力的增加用比重计浮出水面的高度来测量。盐溶解的越多产生的浮力就越大，因此比重计浮出水面的部分也越多。相比较而言，淡水产生的浮力最小。想一想汽车里的蓄电池含有一种危险的酸，测量它的浓度需要用一种防酸比重计。和刚才的做法一样，把比重计放进酸里，它浮出一定高度，浮出的这个高度就显示出酸的浓度大小。 2.6 密度“魔法” 唉，该出现的早晚会出现。前面我们已经讨论了“漂浮”问题，去没有提到“密度”这个词。我们用浮力和重力之间的平衡关系解释了漂浮，但是，还有另外一种描述浮力的方法，这就是我们即将用到的一个概念：密度。密度是指单位体积内含有的物质的多少。含有大量溶解物的溶液密度要大于没有任何溶解物的溶液。例如：盐水比一般的水密度要大，同样的，1升溶解了1／2杯盐的溶液要比１升只溶解了1／4杯盐的溶液密度大。既然你了解了密度这个概念，接下来让我们看看如何用密度来解释漂浮现象。当两种物质混合在一起的时候，密度较大的会下沉。比如：牛奶中的巧克力会沉淀到下面；而轻木则漂浮在水面上；灭火器中喷出的二氧化碳会在空气中下沉。材料 * 高的饮水杯 * 食用染色剂 * 茶杯 * 轻木片 * 玉米糖浆 * 塑料胶卷盒盖 * 烹调油 * 冰糖 * 水 * 硬币实验小心地将几十克玉米糖浆倒入高的饮水杯中，使玉米糖浆形成几指厚的一层。在一个干净的小茶杯中倒入大约230克水，然后在水中加几滴食用染色剂（这样水看起来会色彩斑斓），倾斜杯子，小心地把着色的水倒进饮水杯里，注意要使水沿着杯子内壁流下去，千万不要溅起来。留少量的着色的水在以后的实验中用。加入水后，再用同样的方法加入几指厚的一层烹调油。请你仔细观察一下这几层物质是怎样相互作用的，它们会混合在一起吗？还是会一层层分开？现在，在混合液中放一片轻木片、一个塑料胶卷盒盖、一块冰糖和一枚硬币，这些东西会漂浮在混合液的哪一层？原理你刚刚制成的混合液共分三层。由于它们的密度不同，所以各层是分开的，但时间长了也会发生混合现象（很可能是玉米糖浆和着色的水混合）。尽管如此，目前杯子里仍然是三层物质的混合液。由于混合液中没有发生原子之间的相互作用，因此，这种混全不是溶解。混合液中每层各自独立是因为它们有不同的密度。玉米糖浆的密度最大，因此在最底层；着色的水密度适中，因此它在中间；油的密度最小，所以浮在最上层。在放入混合液中的几种物质中，轻木片的密度比油小，因此它浮在油的表面；塑料胶卷盒盖的密度比水小，但是比油大，通过观察你就可以看到它浮在哪一层；冰糖密度比水大，但是比玉米糖浆小；硬币是它们中密度最大的，所以它沉到杯子的底部。你可能会说：“喂，等一等，玉米糖浆在最底层是因为它是最先倒进去的，同样的，不和油在哪一层也是和它倒入的顺序有关。” 你的想法有一部分是正确的。为了比较好地形成分层，这些液体确实是按顺序倒进去的，但是它们的位置却是由密度决定的。为了证明这一点，从油开始重新把这些液体混合在一起。 2.7 潜流在海洋的表面下有着强大的水流，与洋面的变化不同的是，这些看不见的水流浊风的作用引起的，它们的运动是由于密度的不同而产生的。事实上，这些洋面下的水流被称为“密度流”。当盐水蒸发或者像结冰一样结晶时，它会把溶解物——盐——留下来。这些“残留的盐”会溶解在剩下的水里，从而使这些水变得更浓。如果没和其他物质混合的话，这些密度大的水会经过那些含盐量较少的水而沉到下面，下沉的时候，会把周围的水分开，形成侧向运动的密度流。材料 * 盐 * 勺子 * 蓝色和红色的食物染色剂 * 两个茶杯 * 冰 * 两个干净的大水罐实验在一个茶杯里倒半杯冰水，加几滴蓝色的食物染色剂。在另一个茶杯里倒半杯自来水，尽可能多地把盐溶解在水里，然后在盐水里加几滴红色的食物染色剂。在一个水罐里倒半罐温水，然后加入着色的冰水，注入时要倾斜水罐，使冰水沿水罐的内壁缓缓流下去。观察一下当冰水加到温水里时会发生什么现象。冰水会浮在上面还是沉到底部？冰水和温水哪能个密度大？在另一个水罐里再倒半罐温水，加入着色的盐水，同样也要使盐水沿水罐的内壁缓缓流入。仔细观察一下当盐水加到温水里时会发生什么现象。盐水上浮还是下沉？盐水和温水哪个密度大？原理当水温较低时，它的小微粒（分子）的运动速度减慢，较低的速度使分子更近地聚集在一起，从而增加了水的密度，因此，当冷水倒进温水中时，冷水会沉到容器的底部。在实验2.5中，你已经了解到盐水比自来水密度大，因此，你可以很清楚地看到盐水涌入自来水中并且在底部形成界线鲜明的一层。试一试改变一下实验方法，把自来水倒进半罐冰水里，再把自来水倒进半罐盐水里。 2.8 漂浮的石头你认为在哪里可以找到漂浮的石头？在童话故事里？还是科幻电影里？不妨到药店去试试吧，你也许会觉得不可思议，但这是千真万确的：大多数药店都在卖可以漂浮的石头。材料 * 浮石（在药店或者化妆品店里可以找到） * 装满水的小容器（比如玻璃杯）实验把一块浮石放进装满水的小容器里，石头是浮起来还是沉下去？原理浮石是一种由火山喷出的物质，它无论看上去还是摸起来都像硬泡沫一样。溶化的岩石内部充满了沸腾的气体，当岩石迅速冷却下来的时候，岩石内部聚积了大量的气泡，这就形成了浮石。浮石内的气泡使它变得非常轻。由于它里面有这些气泡，所以如果把岩石的密度和空气的密度平均起来，你会发现它的平均密度比水还要小，因此浮石会浮在水面上。 2.9 浮石的替代品包括浮石在内的一些材料能够聚集轻浮的气泡，甚至很普通的一片铝箔也能够容纳足够多的空气而漂浮起来。下面就让我们来看看这个现象是如何产生的：材料 * 一小块方形铝箔 * 玻璃杯 * 水实验将铝箔弄皱，做成一个和玻璃球差不多大小的不规则的球形，要让球里有很多空隙，这样空气才可以进到里面。将铝箔球扔进盛水的玻璃杯中，球浮在水面上。现在把球按到水面下，晃动球，直到球的表面看不到气泡为止，松开手，这时球会沉到水底。原理整个铝箔球的密度决定了它的浮力。刚被弄皱时，球内有很多的角落和空隙，里面充满了气泡，这些气泡降低了整个球的密度，使得它的密度比水还要小，因此，球能够浮在水面上。当球内的气泡被晃出去后，整个球的密度变大了，随着密度的增大，铝箔球开始一沉。 2.10 任意沉浮的意大利面条当某个东西下沉时，它还会浮上来吗？嗯，当然不总是这样，尤其是当它沉没的时候。在下面这个实验时我们将要演示一种自由上浮和下沉的圆柱体——意大利面条。材料 * 一把没煮的意大利面条 * 一罐或者一瓶汽水 * 干净的高塑料杯子实验在塑料杯里倒半杯汽水，然后把意大利面条折成2厘米~3厘米长的小段，放进椒子里，仔细观察10分钟，看看它们的变化。原理汽水是一种溶解了大量二氧气化碳气体的饮料。在溶解过程中，二氧化碳分子被分开、分散，并且混入水分子中。当汽水瓶敞着口的时候，汽水表面的压力使二氧化碳气体从溶液中溢出来，形成小气泡。当二氧化碳气泡附着在意大利面条的表面时，就会产生一种“特别的推举力”。当附着的气泡增多时，气泡和面条段的整体密度减小，最后，足够多的气泡会将面条托到汽水的表面。当面条浮到液面上时，事情发生了变化。一些气泡会破裂，其他的气泡会分散开。随着气泡的消失，面条的整体密度又会变大，很快，它因为密度变得比水大而沉了下去。想一想你听说过“潜水员病”（俗称“弯腰病”）吗？这是一种痛苦的不适应症状，它发生在潜水员快速浮出海面的时候。潜水员工作的时候使用水下呼吸器，他（或者她）呼吸的是被压缩了空气，同陆地上的空气一样，也是主要由氮气和氧气组成的。潜水过程中，吸入的氮气溶解在潜水员的血液里。当潜水员向上浮时，周围的压力减小，这使得溶解在血液中氮气溢出来（就像二氧化碳从打开的汽水中溢出来一样）。这些从血液中溢出的氮气形成了小气泡，聚集在潜水员的关节附近，从而引起剧烈疼痛，有时这种症状甚至是致命的。潜水员经常由于疼痛而弯着身子，这就是“弯腰病”这个名字的由来。 2.11 浮沉子一个喷雾式香水瓶和一个浮沉子是两种不同的东西，但它们都遵循一些基本的物理原理。当你压喷嘴时，你施加了一个力，这个力作用在瓶子里的香水上，受挤压的液体沿着管子上升，在通过喷嘴时形成薄雾状。但是，如果在带喷嘴的瓶子里放一个玩具潜水艇，这时再挤压这个瓶子会怎样呢？请你继续往下读。材料 * 带气囊的医用玻璃滴管 * 水 * 容量1升~2升的塑料饮料瓶（要带盖子的）实验往饮料瓶里加水，加到瓶口附近为止，在玻璃滴管中吸入1/3的水，把滴管放进瓶子里。如果需要的话，还可以在瓶子里再多加点水，然后拧紧瓶盖。抓住瓶子，稍微用力，增加挤压力，观察滴管中气泡的变化。继续挤压，你很快就会明白为什么这个装置叫“潜水者”。原理当你挤压瓶子的时候，你施加了一个力，这个力的作用在瓶子里的水上。由于水不容易被压缩，因此这个力通过水传递到滴管内，这样，力就作用在了气泡上。和水不同，空气很容易被压缩。在这个力的挤压下，气泡体积开始收缩时，它受到的浮力就会减小。当浮力小于滴管的重力时，滴管开始下沉。试一试用铝箔做一个浮沉子，让你的设计不仅能够按照要求上浮和下沉，而且能够稳定地停留在容器内的任意位置。 2.12 自己浮上来的胶卷盒潜水艇能够自由地下沉和上浮，这是它的重力和浮力平衡的结果。尽管船体的重量几乎是一定的，但是浮力是在增加或者减少的。潜水艇有一个组成部分叫做沙囊液体体舱，液体舱可以开关。潜水艇需要潜水时把液体舱打开，随着水流入舱内，潜水艇的浮力减小，潜艇下沉。当潜水艇需要浮出水面时，将压缩的空气注入液体舱内，这股强劲的气体把水排出潜艇，这样潜水艇就获得了很大的浮力，从而浮出水面。材料 * 有盖的胶卷盒 * 30克左右的重物（例如：鱼坠） * 绳子 * 手钻 * 胶带 * 大碗 * 1/4茶匙发酵粉 * 水 * 勺子注意接触发酵粉时要小心，吞咽、吸入发酵粉，或者发酵粉进入眼睛都是有害的。另外，在盒上钻孔时要请大人来操作。实验让大人用手钻在胶卷盒的底部钻六个小孔（每个小孔的直径大约是0.3厘米）。把绳子的一端系在鱼坠上，另外一端用胶带固定在胶卷盒的底部，然后在胶卷盒子中加入大约1/4茶匙的发酵粉，用盖子封严。把盒子和鱼坠放入一个盛水的大碗里，当胶卷盒中充满水时，它的浮力减小，开始下沉，这时松开它，继续观察。在以后的几分钟里，释放出来的气体会使情况发生逆转。原理盒子刚开始进水的时候会下沉，然而，在以后几分钟里，进入盒子里的水和发酵粉混合产生了二氧化碳气体。当气体上升到盒子顶部时，这里的水从盒子下面的孔中被挤出去。一种物质被另一种物质代替的现象称之为“置换”。当比较多的水被置换后，浮力会变得很大，从而把盒子带到水面上来。 2.13 混凝土船轮船船体是用混凝土制造的吗？虽然这个问题看起来有点儿不切实际，其实并不然。成千上万的轮船船体都是用混凝土制造的，实际上，用混凝土作为船体材料并不比用钢铁看起来更可笑。你想知道为什么轮船用比水重的材料制造却能浮在水面上吗？是什么使它们不沉下去呢？材料 * 防水型铸造用黏土或者花匠用的软黏土 * 几枚硬币 * 小水池 * 水实验滚一个黏土球，把它轻轻地放在水面上，松开手，会怎么样？现在将黏土做成一艘小船。为了使实验具有真正的挑战性，你要把黏土做成一艘可以装几枚硬币的船。原理到现在为止，我们用两种概念解释了漂浮：1）重力和浮力的平衡；2）密度上的差别。现在我们讲与漂浮有关的第三个概念：排水量。当你做在浴盆里时，水面会上升，这是因为你的身体占据了水的空间。当你坐下时，你排出（或者说取代）了等体积的水。当你排出水后，你受到一个向上的力，力的大小等于你排出的水的重量。轮船的船体同样可以排水，设计的时候要使它能排出足够量的水，从而保持整艘船（船体、甲板、桅杆等）漂浮在水面上。

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