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超能力大師 I---自由沈浮
by yangsp, 2011-09-25 09:32:11, 人氣(3434)

中學化學示範實驗

Chemical Demonstrations for High School


國立彰化師範大學理學院化學系 提供

【策劃者:楊水平】  【製作者:周士元 E524012


超能力大師 I---自由沈浮

簡介

把自製的浮沉氣球組放入裝滿水的透明寶特瓶中,再用一隻手握住寶特瓶外緣,施力程度不同便可控制裡面氣球的上升或下降,再配合另一隻手的比畫及口中的喃喃自語,就形成足以吸引學生注意力的"超能力表演"了

示範步驟

1. 把氣球和吸管用黏土組合好,如圖一所示
2. 取一透明寶特瓶(約 2000 mL),仔細地注入水至全滿,將步驟 1 的氣球組放入裝滿水的寶特瓶中
3. 將寶特瓶蓋緊,用手施加壓力在其外壁,以測試氣球組是否容易操縱;利用黏土調整氣球組的重量,最好讓操作者在演示時不必用太大力氣就能控制氣球組的沉浮,如圖二和圖三所示
圖一 圖二
圖三

溶液和器材

1. 氣球一個
2. 吸管一支
3. 黏土一塊
4. 2 L 寶特瓶一個

原理和概念

1. 根據帕斯卡原理,液體的一部份受到壓力時,壓力會傳到液體中的任意一點,且壓力的大小不會改變;所以在寶特瓶外壁施加壓力後,壓力會傳遞至瓶中的氣球組
2. 由波以耳定律,壓力增大會使氣體體積縮小;因此,增大的壓力讓氣球中的空氣體積縮小,而且氣球組的重量幾乎不變,因而整個氣球組的密度變大,浮力就變小,即發生下沉的現象;將外壁的壓力減低時,氣球中氣體體積恢復原來大小,因而整個汽氣球組的密度減小,浮力就變大,便又浮了起來

教學提示

1. 在引起學生動機後,可以讓他們思考為什麼會有這種現象,之後再用透明試管及打了洞的試管塞再演示一次,讓學生知道試管內的水位和試管內的空氣體積之間的關係
2. 試管組的沉浮可以用來輔助說明潛水艇的浮沉方法
3. 可以將此示範實驗更改為活動教學,讓每一位同學動手做實驗

問題和參考答案

1. 試指出氣球組下沉的原因
答: 在寶特瓶壁受壓力之後,氣球組中的氣體體積變少(波以耳定律),部分瓶中的水便由下端開口處進入氣球組中,使得氣球組的體積變小、重量幾乎不變,因而整個汽氣球組的密度變大,浮力就變小,結果就下沉了
2.  如果汽球組底端的吸管開口被封住了,是否能觀察到沉浮的現象?
答: 因為水無法進入氣球組中,整體的密度改變不太大,浮力也就不變,因此也觀察不到浮浮沉沉的現象了

參考資料

1. Summerlin, Lee R. and Ealy, Jr., James L., Chemical Demonstrations: a Sourcebook for Teachers, 2nd Ed., 1988, Volume 2, p 22, Washington, D.C.,  American Chemical Society.
2. 陳偉民天才小玩子2000 年 4 月初版,頁 61-65,台北,幼獅文化事業股份有限公司
3. 後籐道夫著,施雯黛譯,77個簡易好玩的科學魔術2000年初版,頁184、頁185,台北,方智出版社股份有限公司

適用程度

國民小學 ˇ國民中學 ˇ高級中學 大學普通化學

安全

 示範這個實驗必須戴安全眼鏡及可丟棄的手套。
 示範這個實驗實行適當的風險評估是老師的責任。

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