核心概念
物理学
气体
压力
温度
体积
气体定律
引言
如果您有露营或在家制作烤棉花糖甜点后剩下的棉花糖，您可以将它们用于科学探索！您是否意识到这种粘性美味的零食主要是空气，被困在一种有弹性的物质中？您是否尝试过在不弄脏手的情况下膨胀棉花糖？您是如何做到的？它变得有多大？在此活动中，您将“吹胀”一些棉花糖——用空气。您可能“看不到”像空气这样的气体，但它能帮助棉花糖膨胀吗？准备好享受乐趣并感到惊讶吧！
背景
在日常生活中，我们观察到物质以固态、液态或气态存在。在固体和液体中，构成物质的粒子密集堆积。当它们被推到一起时，它们无法靠得更近，这使得固体或液体的体积或多或少是固定的。
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另一方面，构成气体的粒子会扩散并占据它们所拥有的所有空间。通常有很多机会将这些粒子挤压在一起并将它们包含在较小的体积中——或者给它们更多的空间并允许它们占据更大的体积。当被限制在较小的体积中时，这些粒子会更频繁地撞击墙壁，从而对墙壁产生更大的压力（称为波义耳定律）。当您保持相同的限制但增加温度时，这些粒子开始移动得更快，更剧烈地撞击墙壁，再次增加墙壁上的压力（盖-吕萨克定律）。当您设法保持压力恒定时，温度升高（或更剧烈的碰撞）将导致墙壁向外移动，体积膨胀（查尔斯定律）。
现在，这与棉花糖有什么关系呢？这种粘性的零食中有空气——这是一种气体——被困在一种有弹性的物质中。这种弹性允许气泡随着气泡内压力的变化而膨胀和收缩。气体定律会帮助我们创造一个巨大的棉花糖吗？试试这个活动来找出答案！
材料
棉花糖（常规尺寸的效果最佳。如果您使用窄口瓶，您还需要一袋迷你棉花糖。）
真空泵。（厨房真空泵或葡萄酒保鲜泵都可以。）
带盖的玻璃罐（可切割的）（或者，一个带有适合葡萄酒保鲜泵瓶颈的玻璃瓶）
剪刀（可能还有钉子），供成人用来在罐盖上切一个孔
可微波加热的盘子
刀
微波炉
准备工作
当使用带盖的玻璃罐和葡萄酒泵时，请一位成人在罐盖上打一个孔，以便真空泵紧密贴合。这将允许您使用葡萄酒保鲜泵从罐中抽出空气。（我们发现，先用钉子打一个小孔，然后将剪刀的刀片拧入小孔中，将孔扩大，效果很好。）
将棉花糖放入玻璃罐或瓶中，直到罐或瓶子大约半满。如果常规尺寸的棉花糖可以通过罐颈，请使用常规尺寸的棉花糖；如果需要，可以使用迷你尺寸的棉花糖。
将盖子放回玻璃罐上。
如果您稍后将使用葡萄酒保鲜泵，请将随附的瓶塞插入盖子上的孔中，或者如果您使用的是窄口瓶，则插入瓶颈中。将其放在一边。
步骤
将一个棉花糖放在盘子上，将其切成两半。这种物质看起来像什么？您是否看到棉花糖是一种泡沫，或者是一种气体（在这种情况下是空气）被困在固体中？
空气是一种气体，空气存在于罐子或瓶子中的棉花糖周围，正如我们刚刚发现的那样，也存在于棉花糖内部。空气（或任何气体）是给定空间内四处飞舞的微小粒子的集合。当它们移动时，它们会撞击它们的限制墙壁，将其向外推。您认为如果从棉花糖周围带走一些空气（或飞速移动的粒子）会发生什么？撞击棉花糖的空气粒子会减少吗？结果，棉花糖可能会发生什么？测试一下看看！
请一位成人使用真空泵从罐子或瓶子中抽出空气。您认为为什么泵只从棉花糖周围的空气中抽取空气粒子，而不是从棉花糖内部的气体中抽取空气粒子？您能看到棉花糖发生变化吗？如果能，如何变化？
现在，让一些空气流回罐中。您现在观察到了什么？您能解释为什么会发生这些变化吗？
在接下来的步骤中，您将研究一些不同的内容：如果您在微波炉中加热棉花糖会发生什么。您的预测是什么，您认为为什么会发生这种情况？
将一个常规尺寸的棉花糖放在一个可微波加热的盘子上。请一位成人将微波炉调至高火并加热棉花糖 20 到 30 秒。在棉花糖加热时，透过微波炉的窗户观察。您能看到棉花糖发生变化吗？如果能，如何变化？这与您预期的相同吗？
打开微波炉门，观察棉花糖冷却。（小心，不要触摸棉花糖——它会很烫！）棉花糖在冷却时如何变化？您认为为什么会这样？
额外：您能在厨房里找到其他可以替代此活动中棉花糖的泡沫物质吗？也许是巧克力慕斯或酵母面包的面团？您预计当您从周围抽出空气或加热它们时，它们会如何变化？
额外：下次您烤棉花糖时，请仔细观察并详细检查。它像在微波炉中那样在所有地方膨胀，还是只在侧面膨胀？您认为为什么会这样？您能否找到烤棉花糖会使其呈现棕色，而在微波炉中加热则会使其保持白色的原因？什么会导致这种颜色变化？烤过的棉花糖冷却后会变回白色吗？还是冷却后仍然是棕色的？如果您知道物理变化和化学变化之间的区别，您能否判断这种褐变是物理变化还是化学变化？
额外：询问一位成人是否可以给自行车轮胎放气。您观察到了什么？阀门中冒出的是什么？结果，轮胎会发生什么？使用自行车打气筒重新给轮胎充气。现在会发生什么？您能看到真空泵和自行车打气筒非常不同但又相关吗？
观察和结果
您是否看到棉花糖膨胀和扩张？这正如气体定律所预测的那样，如下所述。
棉花糖是通过将糖和水的溶液发泡到明胶中而制成的，将气泡困在基质中。明胶使棉花糖具有弹性。气泡中的气体会将黏稠的物质向外推，而棉花糖周围的气体（或空气）则将物质向内推，在您从袋子中取出的棉花糖的精确尺寸下达到稳定。
通过将棉花糖放入罐子或瓶子中并使用真空泵，您可以去除棉花糖周围的气体。当棉花糖周围可用的气体越来越少时，气泡中的气体会不断向外推。气泡膨胀，棉花糖膨胀起来。当空气流回罐子或瓶子中时，气泡需要在棉花糖外壁上不断增加的推力下屈服，因此它们会缩小回原来的大小。这说明了波义耳定律，该定律指出，当其他所有变量保持不变时，如果压力降低，则气体膨胀。
当在微波炉中加热棉花糖时，棉花糖内部的一些水分会蒸发，从而向气泡中添加气体。此外，较热的气体会以更大的力向外推。添加气体和加热都会导致气泡膨胀，从而导致棉花糖膨胀。这是意料之中的，了解以下两个气体定律（有关其他背景，请参见下面的“更多探索”）：道尔顿定律指出，当没有其他变量改变时，当添加更多气体时，气体膨胀；查尔斯定律指出，当没有其他变量改变时，当温度升高时，气体膨胀。
清理
如果您使用干净的设备，如果愿意，棉花糖可以安全食用。用肥皂水清洗所有设备。
更多探索 儿童物质状态，来自 Smart Learning for All
气体定律，来自普渡大学
棉花糖：展示物理学原理的完美媒介，来自 Smithsonian.com
甜蜜科学：制作棉花糖，来自大众科学
此活动由科学伙伴合作呈现
