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第23章 综合小实验(2)

相反,当周围的大气压强突然骤减时,人还会有生命危险。当飞机或飞船进入20千米以上的高空时,如果封闭的机舱突然破裂或漏气,即发生所谓“爆炸减压”时,人就会由于体内气体急剧膨胀而危及生命。宇航员登月时必须穿着宇航服,就是因为这种服装不仅具有提供氧气、调节温度、抵御宇宙射线等功能,还起着使人与外界完全隔绝,保持宇航服内具有一定气压的重要作用。

半球实验

操作难度:★★

实验方法:

1654年5月8日,德国科学家、马德堡市市长奥托·格里克当众做了一个轰动世界的实验。他定做了两个能够完全吻合的、直径30多厘米的铜半球。每个半球上都装有两个环,环上穿着绳子,绳子缚在马具上。每个半球都连着8匹高头大马。他先把两个半球合在一起,用抽气筒把球里的空气抽掉,然后下令向两个相反的方向驱赶马队。结果,16匹马用了很大的力气也没能把这两个半球拉开。直到16匹马在人们的用力抽打下,竭尽了全力才把这两个半球拉开。拉开的时候发出了很响的声音,像放炮一样。这就是举世闻名的“马德堡半球实验”,它生动地告诉人们,空气压强不但存在,而且还大得惊人。

其实,不用抽气筒也能做马德堡半球实验。取两只空的广口瓶,在其中一只的瓶口上涂一薄层凡士林,再把另一只瓶倒扣到这只瓶子的瓶口上,使它们吻合在一起。然后,两手各握一只瓶子,稍一用力,即可把它们分开。

现在,将这两只广口瓶开口向上放在桌子上。剪一块3厘米宽、8厘米长的卫生纸,往纸上滴8~10滴酒精。点燃卫生纸,并迅速把它放入瓶口涂有凡士林的那只瓶中。在瓶内的卫生纸即将烧完的时候,把另一只瓶再次倒扣到这只瓶上,使两个瓶口吻合在一起。待冷却后,你会发现,即使用很大的劲,也难以将它们拉开。因为合在一起的两只广口瓶内虽然不是真空,但里面气体的压强要比外界大气压强小得多了。

从眼药水瓶底部取一个大橡皮帽。从废自行车内胎上剪一条宽5毫米、长20毫米的小橡皮条。用补自行车内胎的胶水把橡皮条的两头粘到橡皮帽顶部。

注意,涂胶水前,应先用木锉或砂纸把橡皮条的两头和橡皮帽上准备粘橡皮条的部位打磨好,以增强胶水的黏合作用。黏合的面积要稍大一些,黏合后用手指把粘合部位用力压一压,以防脱胶。再取一块玻璃片,放入水中浸湿后取出。用大拇指按着橡皮帽顶部,把橡皮帽压到玻璃片上,松开手指,橡皮帽便被“吸”在玻璃片上了。

现在,请你用右手握住玻璃片,用左手往橡皮条中间挂砝码,一个接一个,已经500克重了,橡皮帽仍然不会掉下来。

知识延伸:

目前,市场上出售的各种带有“吸盘”的挂物钩都是利用这一实验原理制成的。是大气压强把吸盘“钉”在镜子或其他光滑表面上,使它们能承受较大的拉力而不脱开。

巧取硬币

操作难度:★★

实验方法:

在一只底部平坦的瓷盘中央,放一枚1分的硬币。再往瓷盘中缓缓倒入清水,直到水面刚能淹没硬币的上表面为止。现在,请你用手指把此硬币从水中取出来,但手指不能碰水,水也不能离开瓷盘。你能行吗?

其实,这事并不难办到。取一只干燥的玻璃杯,杯口向上放在桌面上。点燃一张长6~8厘米、宽约3厘米的纸片,并把它放入杯中。在纸片即将烧完时,手握杯子底部,迅速将玻璃杯倒扣在瓷盘中。随着“嘶”的一声,盘里的水一下子都被吸到玻璃杯中,硬币则完全暴露在空气中,此时你便可轻而易举地把它拿到手了。不仅手指没碰到水,而且水也没离开瓷盘。

水怎么会乖乖地集中到杯子里去的呢?这是大气压强在起作用。纸片燃烧后,杯子里空气的压强远小于外界大气压强,杯口周围的水一下子被压到了玻璃杯中。

做完这个实验,你可能会想,如果容器中的水很多,这个办法显然就不适用了。那时该怎么办呢?

桌上放着一只玻璃烧杯和一根细玻璃棒,玻璃棒的长度比烧杯的深度短1厘米左右。往烧杯中倒入清水,到水面比杯口略低时为止。取一个塑料瓶盖,开口向下放入水中,放掉大部分空气后,瓶盖便沉到杯底。仍然不允许手指侵入水中,你能设法将瓶盖从杯底取出吗?

其实这也不难。手持玻璃棒一端,把另一端插到瓶盖上方1.5厘米处。然后,让玻璃棒在水中缓缓打转,使瓶盖上方的水也跟着旋转起来。逐渐加快玻璃棒的转动,你便可看到原来躺在杯底的瓶盖徐徐向上升了起来。此时,你应一边减小玻璃棒深入水中的深度,一边加快瓶盖上方的水的旋转,“引导”瓶盖继续上升,直至盖顶露出水面时,用左手的拇指和食指把它捏住,取出水面。

旋转塑料瓶盖上方的水,沉在杯底的瓶盖为什么会浮起来呢?

知识延伸:

原来,液体和气体一样,流动越快,压强越小。当玻璃棒在瓶盖上方打转时,盖子上面的水由静止变为运动,对盖子的压强随之减小。但盖子下面的水依然静止不动,对盖子的压强保持不变。随着盖子上方的水旋转加快,水对盖子向上的压力不断增大,瓶盖便慢慢浮了起来。直升飞机就是利用这一原理飞上蓝天的。

神奇的纽扣

操作难度:★★

实验方法:

这是一个很好做、很有趣的小实验。准备好一只衬衫上用的扣子。然后将碳酸饮料(含CO2)倒入一只玻璃杯中。再将纽扣放入杯子,纽扣立即沉到杯底。

过2分钟,向扣子轻轻地说;“来吧,来吧!快起来吧!”扣子慢慢地就从杯底浮到了水中。

不一会儿再说:“好了,你回去吧。”扣子马上又听话似地回到了杯底。多么神奇啊!

知识延伸:

其实用任何轻小的东西都可以做成这个实验。当扣子沉到杯底时,二氧化碳的气泡马上在扣子上聚集,当二氧化碳气泡在水中的浮力大于扣子的重力时,扣子就会慢慢浮上水面,到了水面,二氧化碳气泡逐渐走到空气中了,当扣子的重量大于浮力时,就又沉到杯底。因为饮料中含有大量的二氧化碳气,扣子回到杯底后,又会有二氧化碳气泡聚集其上,于是上面的现象又一次出现。直到二氧化碳气基本跑完为止。

要想使实验效果好,就要反复地做,掌握好扣子上下的时间。这一点很重要。

牛顿摇篮

操作难度:★★

实验方法:

做一个牛顿摇篮需要:一个鞋盒,五个有穿孔的玻璃球或钢球,二支铅笔,线和火柴梗。

剪五根30厘米长的线,每根线中间缚上一小段火柴梗。把线的两头同时穿过玻璃球的孔,使玻璃球紧靠火柴梗,并且把两根线在玻璃球上面打个结,这样,就把玻璃球固定在火柴梗和线结之间。

把五个球的各两根线,分别系在两支铅笔上,使每支铅笔上的五根线互相平行,球与球之间刚好互相接触。为了使线固定在一定的位置上,在铅笔上系线的地方,用小刀刻一个小缺口,然后再把线系在缺口中间。

把鞋盒切成两半,在两边相同位置各剪两个缺口,两个缺口相距10厘米,把两支铅笔架在纸盒的缺口上。这就是“牛顿摇篮”。

如果把任何一边的第一个球向外拉起,放手让它自由地摆回,你就能看到一个奇怪的现象:当这个球撞击到和它相邻的那个球时,它一动也不动了,而另外一边的第一个球却弹了出去。当那个球摆回时,这一边的第一个球又弹出去。于是,这排球的两个边球一来一往地轮流弹起来,摆动越来越小,最后停止下来。

在这个装置中,中间的三个球始终不动,好像没有用似的。其实它们是传递力的。第一个球摇摆回来产生的力,通过它们一个一个往边上传,由于最边的球是自由的,所以就弹了出去。

知识延伸:

弹球、克朗棋等许多游戏都是利用这个原理。你还可以试试,把两边的边球同时拉起来,放手后,会发生怎样的情形?把一边的一、二两个球一起拉起来,让它们摆回去,又是怎样的情形呢?

酒瓶吞鸡蛋

操作难度:★★

实验方法:

挑一只稍小一点的鸡蛋,煮熟后放入冷水中浸一会儿,再剥去蛋壳,放在碗内备用。取一只空啤酒瓶,竖直放在桌子上。再裁一张1厘米宽,6~8厘米长的纸条。用火柴点燃纸条的一端,并把它塞入瓶内,然后迅速将碗里剥好的鸡蛋小头朝下立在瓶口上。随着瓶内火焰熄灭,白烟升起,只听“噗”的一声,鸡蛋被吞进啤酒瓶的肚子里了。惊奇之余你还可发现,掉在瓶底的鸡蛋远不是想像的那样粉身碎骨。

知识延伸:

原来,由于纸条在瓶内燃烧,使得瓶内气体的压强远小于外界的大气压强。

立在瓶口的熟鸡蛋便受到了从四周指向瓶内的大气压力作用,煮熟了的鸡蛋具有一定的弹性,于是就被压进了瓶内。

还可做一个显示大气压强作用的小实验。取一只干净的空汽水瓶,灌满冷开水,用一根麦秆或塑料吸管,你便可轻易地将水吸入嘴中。现在,用一只中间穿有一根细玻璃管的橡皮塞,把盛满冷开水的汽水瓶口塞紧,使橡皮塞与细玻璃管及瓶口之间都不漏气。请你再用嘴吸玻璃管,还能把水吸上来吗?为什么?

人工造云

操作难度:★★

实验方法:

同学们都知道,天上的白云是由许许多多的小水滴集聚在一起形成的。你想不想自己动手制造一团白云呢?

取一只带橡皮瓶塞的医用生理盐水瓶,一只打气筒和一根给篮球打气时用的打气针头。打开瓶塞,往瓶内倒2毫升清水。用打气针头刺穿橡皮塞,然后把插着针头的橡皮塞紧紧塞住瓶口。再把打气筒的皮管口接到针头的衔接口上。左手按住盐水瓶,右手握着针头和皮管口,请一位同学帮你用打气筒往瓶内打气,打3下就足够了。打完后迅速拔出橡皮塞。只听“嘭”的一声,你和同学可能被吓一大跳。不过请放心,绝对安全。等你们定下神来,再仔细看看瓶内,瞧,一团白云在瓶内形成了。

知识延伸:

原来,往瓶内打气时,瓶内气体压强增大,温度升高且含有较多的水蒸气。迅速打开瓶塞使瓶内气体突然膨胀,温度急骤下降,留在瓶内的水蒸气便凝结成许许多多的小水滴,正是这些小水滴聚集成了一团白色烟雾。

红日和蓝天

操作难度:★★

实验方法:

宇航员在航天飞机上看到的天空始终是漆黑一片,没有白天和黑夜的区别,太阳就像挂在黑色天幕上的一个通红的大火球。我们虽然没机会上天,却能在一间干净的暗室里看到这一现象。

取一支手电筒,用一张圆形黑纸遮住发光玻璃的表面,别让它漏出一点光来。用刀尖在此圆形黑纸的中央,开一个直径为5毫米的圆孔。合上手电筒的开关,让一束光线从小孔中射出,照在贴在墙上的一张黑纸上。你站在手电筒射出的光束侧面,能看到黑纸上有一圆形的亮斑,却看不见照亮它的光束。暗室中除了这一亮斑,四周依然是一片漆黑。

生活在地球表面的人们看到的蓝天和红日又是怎么回事呢?我们还是在暗室中通过实验来观察一下吧。

取一台书写投影仪,用一张大的黑纸遮住投影仪的发光玻璃面,使其不漏光。取一个玻璃量筒,越长越好。在量筒内倒满凉开水,再滴入6~8滴鲜牛奶,用玻璃棒搅匀。用剪刀在遮投影仪的黑纸中央开一个直径和量筒内径相同的圆孔,并把量筒置于这一圆孔上。打开投影仪的开关,让投影仪发出的光从量筒底部照亮量筒内的稀薄牛奶溶液。

此时,若从上往下俯视量筒内的溶液,你会看到它是橙色的;而在量筒侧面观察,便看到这溶液呈浅蓝色。

显然,射入稀牛奶溶液中的一束白光,从不同的角度看去颜色是截然不同的。如果把投影仪中的白炽灯当作太阳,量筒中的溶液当作大气层中的空气,你就不难明白怎样才可看到蓝天和红日。

知识延伸:

有兴趣的同学还可再做一个实验。把量筒换成一个1000毫升的大烧杯,并盛满清水。换一张遮住投影仪发光玻璃面的黑纸,并在黑纸中央开一个直径5厘米左右的圆孔。在玻璃烧杯内的清水中滴入3~5滴红药水,用玻璃棒搅匀,再将烧杯置于黑纸的圆孔上。打开投影仪开关,便可见烧杯中有一圆形的光柱。俯视时,光柱是红色的;而侧视时,光柱却呈绿色。

会预报天气的图画

操作难度:★★

实验方法:

关节炎患者经常对别人说:“这几天又要变天了”,也就是说天要下雨了。为什么得了关节炎的人能知道天要下雨呢?原来,晴天时,空气很干燥,湿度小;快要下雨的时候,空气中的湿度变大,会引起病人的关节痛,于是关节炎病人就知道什么时候要变天了。

但是对于一个健康的人来说,除了气象预报外,他要知道什么时候天晴,什么时候下雨,或者说,现在空气中的湿度是大,还是小,除了凭感觉以外,还可以有什么办法呢?

有一种既简便,又有趣的办法,那就是制作一种气候图片。找一张吸水性比较好的白纸,在纸的下半部用水彩画出绿色的草原。再用另一支毛笔把1M氯化钴溶液均匀地涂刷在白纸的上半部,然后把这张图放在炉火上烘烤,或者把它放在酒精灯火焰上微热,直到纸的上半部变成蓝色为止,如果蓝色不深,可以再涂刷和烘烤几次。这时,你所画的气候图片就变成了蔚蓝色的天空下展示出一片茫茫的大草原。这蔚蓝色的天空就是无水氯化钴(CoCl2)显示出来的颜色。

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