核心概念
物理学
气压
密度
热容
温度
简介
炎热的夏天是去海滩并在凉爽的海水中降温的绝佳时机。但不仅仅是海水在海滩上具有降温作用。你有没有注意到，似乎总有一股凉爽的微风从海洋吹向海岸？风是从哪里来的？在这个活动中，你将构建一个海洋和海滩的模型来找出答案——这样你就会知道为什么会吹海风了！
背景知识
如果让你描述风，你可能会说它是空气从一个地方到另一个地方的移动。但是你有没有想过是什么使空气移动的？这一切都始于太阳加热地球表面。并非每个表面的加热方式都相同：有些表面需要更长时间才能变暖，而另一些表面则会立即变热。这是因为不同的材料具有不同的热容。热容低的表面会快速加热和冷却，而热容高的表面则需要更长的时间才能做到这一点。水的比热容较高，这意味着需要大量的热量才能提高其温度。另一方面，海滩沙子的比热容较低，在阳光下会很快变热，当你在沙滩上赤脚行走时，你可能已经注意到了这一点。但是，水和沙子的温度与风有什么关系呢？
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海滩上方的空气由于热沙而变暖。随着空气变热，它的密度会降低并上升。膨胀的空气导致气压下降（空气在特定位置对地球表面施加的压力）。暖空气上升，导致低气压，而冷而密集的空气导致高气压。在海洋上方，由于海水温度较低，空气会冷却下来。这导致空气变得更密集，形成局部高气压区。
海滩和海洋上方的气压差异是导致我们感知为风的空气运动的原因。为了平衡这两个区域的压力，来自高压区（海洋）的空气会冲向低压区（海滩），并取代上升的空气。这种气流的结果是从海洋吹向海滩的凉爽微风。海风的强度取决于陆地和海洋之间的温度差异。温度梯度越高，风就越强。在晚上，这种海风会变成陆风，因为日落后，由于其较低的热容，沙子会比水冷却得快得多。一旦沙子变得比海洋冷，气流模式就会反转。想亲眼看看吗？在这个活动中创建你自己的海风——不需要真正的海洋或海滩！
材料
两个大小相同的烤盘，最好是玻璃的
沙子（足够填满一个烤盘）
无风的工作空间
锅
炉子
香
打火机
成年人助手
冰水
热水
冰箱
大型纸板箱（可选，如果需要遮挡任何微风）
温度计（可选）
准备工作
将沙子放入锅中，并在成年人的帮助下在炉子上加热，直到摸起来很热（大约70至80摄氏度）。
步骤
将热沙放入其中一个烤盘中。小心地用手指感觉沙子。沙子有多热？
将另一个烤盘装满冰水。用手指感觉水的温度。水有多冷？
将烤盘彼此相邻放置在没有外界风的地方。你可以使用纸板箱来遮挡烤盘免受任何气流的影响。
确保烤盘上方没有空气流动。然后，在成年人的帮助下，点燃香。一旦它产生大量烟雾，将其放在沙子和冰水烤盘之间。观察烤盘上方烟雾的运动约一分钟。烟雾会往哪里去？它是吹向沙盘还是冰水盘？你能解释为什么吗？
倒空两个烤盘，让沙子冷却至室温。然后，在一个烤盘中装满室温的沙子，在另一个烤盘中装满室温的水。用手指感觉沙子和水的温度。两者的温度差别很大吗？
将两个烤盘再次彼此相邻放置在你的防风区域。使用同一根香，并将其放在两个烤盘之间。这次烟雾会往哪里去？
接下来，将装有沙子的烤盘放入冰箱中约10至15分钟。在沙子冷却时，在炉子上将水加热至约70至80摄氏度。在第二个烤盘中用热水替换室温的水。
一旦沙子冷却，水被加热，将烤盘再次彼此相邻放置在你的防风区域。
再次将香放在烤盘之间，并观察烟雾朝哪个方向移动。它是朝沙子移动还是朝水移动？你能解释为什么吗？
额外：使用水和沙子之间的其他温度差异重复此活动。需要多大的温差才能观察到海风或陆风？
额外：你在砾石海滩上的观察结果会有所不同吗？用鹅卵石代替沙子，然后重复该活动以找出答案！
额外：你的结果会受到外界风的影响吗？移除你的防风罩或在有风的区域重复该活动，看看你的气流是如何受到影响的。
清理
确保完全熄灭香。如果你获得许可，请将沙子扔到外面，或将其扔到垃圾桶中。用温水和肥皂清洁你的烤盘。
观察和结果
你能看到你如何创建了一个小海滩模型吗？装有沙子的烤盘代表海滩，装有水的烤盘代表海洋。你像太阳在海滩上加热沙子一样在炉子上加热了沙子。当沙子比水热得多时，你应该看到香的烟雾稳定地从水流向沙盘。这种气流是由沙子和水之间的温度差异引起的。热沙上方的空气会加热并开始上升，因为它的密度降低，从而形成局部低气压区。在冷水盘上方，空气会冷却并变得更密集，从而形成局部高气压区。为了平衡气压差异，空气从高气压区（水盘）移动到低气压区（沙盘），烟雾也随之被带走。
如果你消除温度差异，就像你在第二次测试中所做的那样，就不会产生气流。沙子和水上方的空气具有相同的气压，这就是为什么除非有外界气流，否则你不会看到烟雾朝着特定方向移动。在最后一次测试中，你创建了从沙子到水的陆风，这发生在晚上，当空气从海滩流向海洋时。在这种情况下，沙子比水冷，这会由于海滩和海洋上方的气压变化而反转气流。
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