2013年12月2日

科學遊戲-物性-試管彩虹

細雨過後,抬頭一望,在太陽的另一側偶爾會看到高掛在天上的美麗彩虹

我們是否也可以把色彩繽紛的彩虹裝起來欣賞呢?當然可以,而且在家也可以自己做出不同的層次!雖然這個科學遊戲和實際的彩虹成因完全不同,但是吸引目光的效果不惶多讓,而且隨心所欲。因為過程中只需要利用理化第一章至第二章所學到的科學知識就能將不同顏色的液體分層,就能自製色色分明的效果。

科學遊戲其實可以是科學探究的過程。我是這樣做的,先請學生們調製出一大杯飽和食鹽水溶液,從操作過程與小組討論中觀察他們對於飽和的定義是不是清楚,其實可以發現即使是學過定義的學生,對於真正進入操作階段還是有段距離,只是每個人銜接所需要的鷹架是大是小而已。
各加入兩滴食用色素染色,成為等體積而濃度迥異的食鹽水溶液
切記要將順序排列好,不然添加的順序不對會使得色彩變調

待確認每組的飽和溶液真的無誤後,再將這些飽和食鹽水分裝稀釋。我提出的要求是要將飽和食鹽水溶液分成四小杯,第一杯是飽和食鹽水溶液40毫升,也就是完全不需要動腦筋,直接分裝就好;第二杯是稀釋過的食鹽水溶液40毫升,但是是由30毫升的飽和食鹽水加10毫升的純水;第三杯同樣是稀釋過的食鹽水溶液40毫升,但是是由20毫升的飽和食鹽水加20毫升的純水;第四杯依然是稀釋過的食鹽水溶液40毫升,是由10毫升的飽和食鹽水加30毫升的純水。

這時候就是討論時間了,討論什麼呢?基本上,學生可以用量筒量出液體的體積,用電子秤量出純水與各次分裝用的飽和食鹽水溶液的重量,在算出重量百分濃度後,可以發現雖然不是等比例,但濃度之間的差距卻是接近的。如果想要重溫密度概念的話,也可以再從這個點切入,進行螺旋式的學習。
左邊是過於混合的失敗作品,一開始沒有耐心的話,就時常會出現這種情形
如果將各層液體慢慢地沿著內壁流進去,效果就會好得多

調配出各種不同濃度的食鹽水後,再將其染色,顏色的配法因人而異,各有喜好不同,但還是建議對比程度高的顏色相間搭配比較好。在這裡也必須提出我選擇食用色素的主要原因,其一,和其他選用顏料的科學同好來對照的話,食用色素更能夠顯現出交界處色料因為混合而出現的變色效果;其二,食用色素的用量少,對於重量百分濃度而言,加入一、兩滴染色的影響其實不大,不會使重量改變劇烈,但顏料可就不能這樣被忽視掉,所以這是我控制實驗變因的小撇步。
黃色層與藍色層的交界處出現了些微綠色,不用說明,做了就能印象鮮明
而綠色層與黃色層的交界處較無這樣的現象,知道為什麼嗎?

使用滴管將四色食鹽水溶液由濃度大的開始緩緩流入試管,接著再逐次將濃度較小的溶液沿著試管內壁流進去,就可以在管內形成美麗的彩色分層液體。沿著傾斜的試管讓食鹽水慢慢滑入,可適度調整並降低液體往下流動時的衝力,減少不同濃度食鹽水發生混合現象。而且,操作時的「耐心」才是實驗最高技巧啊!
綠色層與紅色層的交界處出現了不可忽視的黑色色帶,是目前最明顯的
這不是光的三原色,而且查一下顏料三原色與色輪就可以知道了

混合物會因組成物質比例的不同,使得物理性質出現差異,調製的食鹽水濃度不同,其密度就不一樣,密度大者會沉在下方,密度小的會在上層。雖然還有其他的方法可以將液體分層,像是油、酒精、水與糖漿或蜂蜜,利用物質的物理特性同樣能做出層層分明的效果,但想要簡便不麻煩的話,還是推薦這一味,因為完成之後,靜置四~五天後,效果依然分明。
看!我把天空的彩衣裝進來囉!

4 則留言:

  1. 2011年3月
    我也曾帶小四的學生在校內科學園遊會做這項活動
    簡單又漂亮

    孩子小,所以只教簡單的密度概念
    他們秤鹽(天平秤重量)、量水(容量)、調製溶液、加顏料
    再自己動手"滴"出6種彩色的分層液體
    然後在園遊會當天指導闖關者
    小四學生可以做得很棒喔

    高市大同國小林倍如

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    1. 高雄市科學園遊會這幾年也都有出現這個活動。
      這是個磨耐性、操作細膩的實驗,也是清楚顯現操作者個性的時刻。
      簡單的成功也能帶來很大的成就感。

      謝謝林老師的分享^_^

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  2. 老師你好,請問可以使用普通玻璃杯嗎?使用寬口瓶,有點失敗,想請問原因。

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    1. 一般來說,滴管離液面近一點,慢慢地滴入(或流入)比較容易成功。使用試管是因為在相同體積下,截面積小的試管所增加的高度比較大,而寬口瓶所增加的高度小。操作時間一拉長,人為干擾的變數就多,所以建議使用截面積較小的試管。

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