第一章游戲玩轉(zhuǎn)科學(xué)

抓住空氣

空氣無(wú)處不在

空氣無(wú)處不在，占據(jù)著每一個(gè)自由空間。空氣存在于水、動(dòng)植物和人類的體內(nèi)以及其他物體中。雖然空氣很輕，而且看不見(jiàn)，但我們?nèi)匀话l(fā)現(xiàn)和稱量空氣的方法。

在哪里我們可以發(fā)現(xiàn)空氣？

在水中保持干燥

你需要準(zhǔn)備：

● 1個(gè)干凈的大口玻璃瓶

● 1個(gè)乒乓球

● 1張紙

● 1個(gè)裝水的透明的碗或盆（比玻璃瓶高）

游戲步驟：

1.把紙放入玻璃瓶底。

2.把乒乓球放置在盆內(nèi)的水面上。

3.把玻璃瓶倒置，扣住乒乓球，然后把玻璃瓶用力往下壓，直到瓶口接觸到盆底。

發(fā)生了什么呢？

水沒(méi)有進(jìn)入玻璃瓶?jī)?nèi)，而乒乓球在盆底靜止不動(dòng)，幾乎還是干燥的。

原因解答：

玻璃瓶?jī)?nèi)的空氣阻止了水進(jìn)入玻璃瓶?jī)?nèi)，所以玻璃瓶里的紙沒(méi)被弄濕。如果把玻璃瓶垂直向上提出水面，你會(huì)看到，玻璃瓶?jī)?nèi)的紙幾乎沒(méi)有變濕，玻璃瓶?jī)?nèi)仍然保持干燥狀態(tài)。

4.把玻璃瓶再次浸入水中。

5.當(dāng)玻璃瓶口接觸到盆底的時(shí)候，稍微傾斜一點(diǎn)點(diǎn)。

發(fā)生了什么呢？

一串串空氣泡從玻璃瓶里跑出來(lái)，冒出水面，然后破裂。水進(jìn)入了玻璃瓶，乒乓球在玻璃瓶?jī)?nèi)向上漂浮，最后水把紙浸濕了。

原因解答：

玻璃瓶里的空氣找到了跑出玻璃瓶的路徑，并且向上升。現(xiàn)在，水進(jìn)入瓶?jī)?nèi)占據(jù)了玻璃瓶里空氣所占據(jù)的空間。

空氣有重量嗎？

稱量空氣

你需要準(zhǔn)備：

● 2根塑料棒，1根長(zhǎng)15厘米，1根長(zhǎng)30厘米

● 2個(gè)大小相同、顏色不同的氣球，稍微充氣

● 2罐飲料

● 1卷膠帶

● 1支鉛筆

游戲步驟：

1.用鉛筆在30厘米長(zhǎng)的塑料棒的中心點(diǎn)處做一個(gè)記號(hào)。

2.用膠帶把兩個(gè)氣球分別套在塑料棒的兩端。

3.把15厘米長(zhǎng)的塑料棒兩端分別粘在兩個(gè)飲料罐上，然后把30厘米長(zhǎng)塑料棒的中心點(diǎn)放在15厘米塑料棒上。

發(fā)生了什么呢？

30厘米的塑料棒仍然保持著平衡。

原因解答：

塑料棒兩端的兩個(gè)氣球重量相等。

4.把一個(gè)氣球取下來(lái)，打滿氣，然后把

它再套在30厘米塑料棒的一端，把塑料棒的中心點(diǎn)放在15厘米塑料棒的上面。

發(fā)生了什么呢？

充滿氣的氣球的那一端往下壓。

原因解答：

充滿氣的氣球里的空氣質(zhì)量比另一端的氣球里的空氣質(zhì)量大。

房間里的空氣

你需要準(zhǔn)備：

● 1把米尺（或1把軟尺）

● 1支筆和一張紙

● 1個(gè)體重計(jì)

游戲步驟：

1.以米為單位，測(cè)量房間的大小，分別測(cè)量房間的長(zhǎng)、寬、高。

2.將測(cè)量得到的數(shù)據(jù)相乘，得出房間的體積（體積=長(zhǎng)×寬×高）。

3.科學(xué)家們經(jīng)過(guò)計(jì)算得出，1立方米空氣約重1．2千克。因此，如果用房間的體積乘以1．2，你就可以得出房間里空氣的質(zhì)量。

4.現(xiàn)在用體重計(jì)稱你自己的體重，與房間中的空氣質(zhì)量相比，哪一個(gè)更重呢？

發(fā)生了什么呢？

你會(huì)發(fā)現(xiàn)，房間中空氣的重量比你還重。

原因解答：

一個(gè)中等大小的房間里的空氣重量跟一位成年人的體重大致相等（約為70千克）。

空氣的壓力

大氣層是指包裹著地球的厚的空氣層（約為1000千米厚），它對(duì)人體和物體產(chǎn)生巨大的壓力，但是卻沒(méi)人注意到它——盡管壓在每個(gè)成年人身上的空氣達(dá)15噸！雖然我們?cè)谧约荷砩细杏X(jué)不到空氣的巨大壓力，但我們可以發(fā)現(xiàn)并測(cè)量到它，還能人為地增加空氣的壓力，并利用空氣的壓力來(lái)操縱機(jī)器，克服重力。

空氣能產(chǎn)生力嗎？

無(wú)形的力

你需要準(zhǔn)備：

● 1把尺子

● 1大張白紙

● 1塊木板

游戲步驟：

1.把尺子放在木板上，使它的1/3露在木板的外面。

2.把白紙放在尺子的上面，并使白紙平攤在木板上。

3.用力向下?lián)舸蚵对谀景逋饷娴某咦硬糠郑辜執(zhí)娇罩校ㄗ⒁獠灰昧^(guò)猛把尺子打斷）。

發(fā)生了什么呢？

紙阻止尺子跳起來(lái)。

原因解答：

空氣向下壓著白紙。因?yàn)榘准埖拿娣e很大，所以盡管向下?lián)舸虻牧α亢艽螅羌埫嫔系目諝庵亓孔阋宰柚顾饋?lái)。

空氣使水上升

你需要準(zhǔn)備：

● 1個(gè)盆

● 1個(gè)玻璃杯

● 清水

游戲步驟：

1.把玻璃杯放進(jìn)盛滿清水的盆中，使杯底朝上。

2.把玻璃杯向上提，但是不要使杯口離開(kāi)水面。

發(fā)生了什么呢？

玻璃杯中的水面上升了，比玻璃杯外的水面要高。

原因解答：

盆里水的表面上的空氣壓力把水推進(jìn)了玻璃杯里。如果玻璃杯的杯口離開(kāi)盆的水面，空氣就會(huì)進(jìn)入玻璃杯，并把玻璃杯里的水向外推出，玻璃杯就會(huì)變空。

空氣只會(huì)向下壓?jiǎn)幔?/p>

比水更強(qiáng)大的力量

你需要準(zhǔn)備：

● 1個(gè)杯口光滑的透明玻璃杯

● 1張風(fēng)景明信片，或者1張明信片大小、表面光滑的卡片

● 少量清水

● 1個(gè)用來(lái)做實(shí)驗(yàn)的水池

游戲步驟：

1.將玻璃杯裝滿清水。

2.小心地把明信片光滑的一面放在玻璃杯的杯口上。

3.用手指按住明信片，將玻璃杯倒過(guò)來(lái)。

4.把手從明信片上拿開(kāi)。

發(fā)生了什么呢？

明信片仍然附著在玻璃杯口，而且玻璃杯中的水也沒(méi)有流出來(lái)。

原因解答：

明信片下方的空氣壓力比玻璃杯中的水的重量更大，這就是明信片能承受住水的重量讓水無(wú)法流出來(lái)的原因。

氣壓痕跡

環(huán)繞地球的空氣會(huì)壓垮我們嗎？

你需要準(zhǔn)備：

● 橡皮泥或雕塑黏土

● 1個(gè)裝滿水的、用軟木塞封口的玻璃瓶

游戲步驟：

1.把橡皮泥弄軟，然后把它捏成一個(gè)很厚的、與玻璃瓶底形狀相同的圓形底座。

2.把玻璃瓶放在橡皮泥底座上，使它保持直立。

3.把玻璃瓶拿起，然后把它顛倒，再豎立在橡皮泥底座上。

發(fā)生了什么呢？

玻璃瓶正放在橡皮泥上留下的痕跡比倒著放留下的痕跡淺。

原因解答：

正放的玻璃瓶底座占用的面積大，可以分散玻璃瓶的重量。相反，當(dāng)把玻璃瓶倒放的時(shí)候，相同的重量集中在一個(gè)更小的面——瓶嘴上，產(chǎn)生了比之前大得多的壓力，因此留下的痕跡自然也就更深。人體所產(chǎn)生的壓力同樣有賴于接觸面的大小，這就是為什么雪橇能夠防止滑雪者陷入雪里的原因。

擠壓空氣

你需要準(zhǔn)備：

● 1個(gè)去掉針頭的注射器

游戲步驟：

空氣可以被壓縮嗎？

1.把注射器的活塞拉起，使注射器里充滿空氣。

2.用一個(gè)手指堵住注射器的口，用力向下推活塞，然后放開(kāi)活塞。

發(fā)生了什么呢？

活塞仿佛被一種看不見(jiàn)的力量推擠，向上彈起，然后停住。你會(huì)感覺(jué)到有一股強(qiáng)大的推力擠壓著你堵住注射器口的手指。把你的手指拿開(kāi)，活塞就會(huì)回到最初的位置。

原因解答：

空氣被壓縮了，因?yàn)榛钊麎旱每諝庵徽紦?jù)了一個(gè)很小的空間。壓縮增加了空氣的壓力——擠壓容器內(nèi)壁和你的手指的那股力量。活塞回到最初的位置是因?yàn)楸粔嚎s的空氣膨脹并從注射器口流出，隨后，空氣壓力減小，然后活塞下落。

“噴氣式”氣球

你需要準(zhǔn)備：

● 1根繩子

● 1卷膠帶

● 1個(gè)中號(hào)氣球

● 1根吸管

游戲步驟：

1.將繩子穿過(guò)吸管，在房間內(nèi)尋找兩個(gè)相同高度的點(diǎn)，并把繩子拉直，將兩端緊緊系在這兩個(gè)點(diǎn)上。

2.將氣球充氣，并用手指夾緊氣球嘴。

3.用膠帶把氣球粘在吸管下方，然后把氣球拉到繩子的一端。

4.用手指拉住氣球嘴，然后松開(kāi)。

發(fā)生了什么呢？

氣球帶著吸管飛快地向前滑去。

原因解答：

當(dāng)充氣的氣球封閉時(shí)，氣球里面的空氣壓力均勻地作用于氣球內(nèi)壁。當(dāng)氣球被松開(kāi)以后，氣球內(nèi)部的空氣膨脹，在后部產(chǎn)生一個(gè)推力，推動(dòng)氣球向前。

熱空氣和冷空氣

在大氣中有大量的冷空氣和熱空氣移動(dòng)，氣象衛(wèi)星將這些情況拍成照片，供氣象學(xué)家們進(jìn)行分析，以便預(yù)報(bào)降雨和臺(tái)風(fēng)。這些大量的空氣就像風(fēng)一樣，依靠大氣的反應(yīng)和太陽(yáng)的熱量，圍繞著地球持續(xù)流動(dòng)。

空氣加熱、冷卻會(huì)發(fā)生什么？

加熱空氣和冷卻空氣

你需要準(zhǔn)備：

● 1個(gè)氣球

● 1個(gè)空小口玻璃瓶

● 1個(gè)裝滿熱水的盆（注意別被燙傷）

游戲步驟：

1.將氣球稍微充氣，并將它套在玻璃瓶口上。

2.握著玻璃瓶，將其豎立在熱水中1～2分鐘。

發(fā)生了什么呢？

氣球發(fā)生了膨脹。

原因解答：

跟其他物質(zhì)一樣，空氣也是由分子構(gòu)成的，而分子是由微小的、運(yùn)動(dòng)的粒子組成。熱量使得這些分子分開(kāi)了，這意味著玻璃瓶?jī)?nèi)的空氣發(fā)生了膨脹，因此需要更多的空間，所以瓶?jī)?nèi)空氣進(jìn)入了氣球，并且使氣球膨脹。

3.打開(kāi)水龍頭，用涼水沖玻璃瓶。

發(fā)生了什么呢？

氣球慢慢地縮小了。

原因解答：

因?yàn)橛隼洌諝馐湛s了，分子之間相互靠近了。因此，空氣占據(jù)玻璃瓶?jī)?nèi)的空間變小，使氣球內(nèi)的氣體進(jìn)入玻璃瓶，氣球變小。

神奇的玻璃杯

你需要準(zhǔn)備：

● 1個(gè)玻璃杯

● 1本書(shū)

● 1塊表面光滑的木板

● 冷水和熱水

游戲步驟：

1.將木板輕輕地斜靠在書(shū)上，用涼水清洗玻璃杯，然后將玻璃杯底朝上倒放在木板的最高點(diǎn)。

2.用熱水沖洗玻璃杯，再把它杯底朝上倒放在木板的最高點(diǎn)。

發(fā)生了什么呢？

用冷水沖洗過(guò)的玻璃杯沿著木板慢慢向下滑行，最后停住。而用熱水沖洗過(guò)的玻璃杯會(huì)很快地向下滑行，然后跌落。

原因解答：

玻璃杯內(nèi)的空氣被熱水加熱后，發(fā)生膨脹，使得玻璃杯非常輕微地從木板上面抬升，因此它能夠不受阻力地很快滑下木板末端。

螺旋

冷空氣和它受熱時(shí)質(zhì)量相同嗎？

你需要準(zhǔn)備：

● 1張正方形的紙（邊長(zhǎng)至少為13厘米）

● 1支鉛筆

● 1把剪刀

● 1根大約20厘米長(zhǎng)的繩子

● 1個(gè)熱源，比如一個(gè)很熱的散熱器，或者一個(gè)電鍋（在成年人的監(jiān)督下使用）

游戲步驟：

1.如圖所示，用鉛筆在紙上畫(huà)螺旋圖形，然后用剪刀沿著螺旋形的線將紙剪開(kāi)。

2.在螺旋形的中心穿一個(gè)小孔，用繩子穿

過(guò)小孔并打一個(gè)結(jié)固定住。

3.將螺旋條懸掛在熱源上。

發(fā)生了什么呢？

螺旋條開(kāi)始自己旋轉(zhuǎn)起來(lái)。

原因解答：

空氣被熱源加熱并上升，當(dāng)上升的空氣接觸到螺旋的時(shí)候，會(huì)從螺旋條中間穿過(guò)，擠壓螺旋條并使之旋轉(zhuǎn)。

熱量如何在空氣中傳導(dǎo)？

空氣循環(huán)

你需要準(zhǔn)備：

● 薄紙條

● 1把剪刀

● 1根細(xì)繩

● 1卷膠帶

注：這個(gè)實(shí)驗(yàn)必須在冬天一間溫暖的房間里進(jìn)行。

游戲步驟：

1.用膠帶把紙條粘在一條至少1米長(zhǎng)的細(xì)繩上。

2.如圖所示，用另外兩塊膠條把繩子的末端固定在窗戶的兩個(gè)下角。

3.打開(kāi)窗戶，使它剛好拉緊繩子。現(xiàn)在，開(kāi)始仔細(xì)觀察紙條的運(yùn)動(dòng)情況。

發(fā)生了什么呢？

紙條朝房間內(nèi)彎曲。

原因解答：

冷空氣進(jìn)入房間，把紙條壓向房?jī)?nèi)。

4.現(xiàn)在，重復(fù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)。這一次，把繩子的末端粘在窗戶的兩個(gè)上角。

發(fā)生了什么呢？

紙條朝房間外彎曲。

原因解答：

冷空氣從窗戶的下部進(jìn)入房間的同時(shí)，熱空氣從房間的上部向外逃逸，把紙條壓向房外。

保存熱量

你需要準(zhǔn)備：

● 3個(gè)一樣的帶蓋玻璃瓶

● 羊毛巾

● 幾張報(bào)紙

● 1個(gè)與三個(gè)玻璃瓶一樣深的盒子

● 熱水

● 可以在水里使用的溫度計(jì)

游戲步驟：

1.將第一個(gè)玻璃瓶用羊毛巾裹起來(lái)。把第二個(gè)玻璃瓶放在盒子里，并用揉皺的報(bào)紙把它包起來(lái)，第三個(gè)玻璃瓶則不用任何東西包裹。

2.將三個(gè)玻璃瓶都裝滿熱水，然后測(cè)量出每個(gè)玻璃瓶的水溫，蓋上蓋子。

3.把三個(gè)玻璃瓶放在一個(gè)寒冷的地方（如陽(yáng)臺(tái)上或一個(gè)寒冷的房間）30分鐘。

4.用溫度計(jì)測(cè)量哪個(gè)玻璃瓶里的水的溫度下降最少。

發(fā)生了什么呢？

水溫下降最多的是沒(méi)有包裹的那瓶水，而水溫下降較少的則是盒子里圍著皺報(bào)紙的那瓶水和用羊毛巾包裹的那瓶水。

原因解答：

羊毛巾和報(bào)紙能保存熱量，并且使瓶子與冷空氣隔絕了，這延緩了水溫的下降。

熱空氣和冷空氣產(chǎn)生的壓力相同嗎？

誰(shuí)在擠壓塑料瓶？

你需要準(zhǔn)備：

● 1個(gè)有蓋的1．5升空塑料瓶

● 熱水

游戲步驟：

1.將塑料瓶裝滿熱水。

2.等待幾秒鐘后，將塑料瓶里的水倒空并迅速蓋上瓶蓋。

發(fā)生了什么呢？

你會(huì)發(fā)現(xiàn)，塑料瓶變扁了，就好像有一雙手在擠壓瓶身！

原因解答：

塑料瓶里的空氣因?yàn)槭軣崤蛎涀冚p，因此對(duì)內(nèi)壁產(chǎn)生的壓力比瓶外空氣對(duì)外壁的壓力小，所以，塑料瓶外的空氣擠壓瓶子，使之變扁。

風(fēng)有多大的力？

空氣的推力

你需要準(zhǔn)備：

● 1張卡片

● 1支鉛筆

● 1把剪刀

● 1個(gè)圖釘

● 1根小木棍

游戲步驟：

1.如圖所示，把紙剪成圖中的形狀。

2.把圖中的陰影部分折起來(lái)，做成風(fēng)車。

3.把風(fēng)車的中心點(diǎn)用圖釘釘在小木棍上。

4.確保風(fēng)車能夠自由地旋轉(zhuǎn)。拿著小木棍，使風(fēng)能吹到風(fēng)車。

發(fā)生了什么呢？

風(fēng)車飛快地旋轉(zhuǎn)。

原因解答：

空氣吹到卡片上時(shí)，就會(huì)對(duì)著卡片聚集一起，但是被卡片的4個(gè)角阻擋了。風(fēng)對(duì)卡片的4個(gè)角的推力讓風(fēng)車不斷旋轉(zhuǎn)。風(fēng)車房和風(fēng)力農(nóng)場(chǎng)里風(fēng)力機(jī)器的工作原理與此相同。風(fēng)吹在可以被推動(dòng)的阻礙物——帆的表面，可以使它轉(zhuǎn)向。在風(fēng)力農(nóng)場(chǎng)里，風(fēng)能被轉(zhuǎn)化為電能。