关键概念
密度
质量
体积
浓度
浮力
水
简介
你有没有想过为什么有些物体在水中漂浮而另一些物体会下沉?这与物体的密度和周围水的密度有关。如果一个物体的密度小于它周围的水,它就会漂浮起来。因为盐水的密度比淡水大,所以有些东西更容易在海洋中漂浮——或者在极咸的水体中,比如死海。你可以通过在自来水中加入盐来制造你自己的高密度水。事实上,如果你加入足够的盐,你可以使水的密度如此之大,以至于鸡蛋实际上可以在水中漂浮!在这个科学活动中探索这是如何运作的。
背景
如果你把一个鸡蛋放在一杯自来水中,它会沉到底部。这是为什么?因为鸡蛋的密度高于自来水的密度,所以它会下沉。密度是单位体积的材料质量。例如,标准条件下淡水的密度约为每立方厘米一克。
但是,如果你在水中加入足够的盐,鸡蛋实际上会浮回到水面!在水中加入盐会增加溶液的密度,因为盐增加了质量而没有改变太多的体积。
当在水中加入足够的盐时,盐水溶液的密度会变得高于鸡蛋的密度,所以鸡蛋就会漂浮起来!像鸡蛋这样的物体在水或其他液体中漂浮的能力被称为浮力。但是,到底需要多少盐才能使鸡蛋漂浮起来呢?在这个科学活动中,你将通过制作不同盐浓度的溶液来找出答案。
材料
一个鸡蛋
水
量杯
大容器,例如一个大碗或烹饪锅(它必须能够容纳至少三杯。)
半杯食盐
五个杯子,每个杯子至少能装16盎司
记号笔(如果你使用塑料杯)或不干胶胶带和笔(用于标记非一次性杯子)
三个用于混合盐溶液的勺子
用于鸡蛋转移的汤匙
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准备工作
将鸡蛋从冰箱中取出,使其升温至室温。务必在处理生鸡蛋后洗手,因为它们可能携带沙门氏菌。
将一杯半的水倒入你的大容器中。
将半杯盐加入大容器中并搅拌以溶解一些盐(它不会全部溶解)。
再向大容器中加入一杯水(总共两杯半),并搅拌以溶解剩余的盐。在你继续下一步之前,盐应该完全溶解。可能需要搅拌几分钟(五到十分钟),所以你可能需要耐心一些。你认为从一开始就使用高浓度盐溶液有什么重要意义?
将五个杯子在表面上排列,从左到右排成一排。将杯子标记为 1 到 5。如果你使用塑料杯,可以使用记号笔标记它们。如果你使用非一次性杯子,可以使用不干胶胶带和笔标记它们。
步骤
将你准备好的四分之三杯盐溶液加入 1 号杯中。
向 2 到 5 号杯中加入四分之三杯普通自来水。(5 号杯将是普通的自来水。)
将你准备好的四分之三杯盐溶液加入 2 号杯并混合。与 1 号杯相比,2 号杯中的盐浓度是多少?
将 2 号杯中四分之三杯盐溶液加入 3 号杯并混合。与 1 号和 2 号杯相比,3 号杯中的盐浓度是多少?
将 3 号杯中四分之三杯盐溶液加入 4 号杯并混合。与其他杯子相比,4 号杯中的盐浓度是多少?
使用汤匙将鸡蛋放入 5 号杯中。鸡蛋会漂浮吗?
使用勺子将鸡蛋取出并放入 4 号杯中。鸡蛋会漂浮吗?
对 3、2 和 1 号杯重复此过程。鸡蛋首先在哪个杯子中漂浮?如果鸡蛋在多个杯子中漂浮,你是否注意到它们漂浮方式有任何差异?这说明鸡蛋的密度是什么?
额外内容:在这个科学活动中,你算出了使鸡蛋漂浮所需的盐量,误差在两倍之内。你可以通过测试额外的盐水溶液来进一步缩小范围,以尝试确定鸡蛋的密度。为此,从鸡蛋首次漂浮的盐浓度开始制作溶液,然后像以前一样制作新的稀释系列。现在鸡蛋首先在哪个杯子中漂浮?这说明鸡蛋的密度是什么?
额外内容:使用更多的鸡蛋重复此活动,可能包括煮熟的和未煮熟的鸡蛋。你是否使用其他鸡蛋得到了相同的结果,或者不同鸡蛋之间存在一些差异?对于测试煮熟的鸡蛋与生鸡蛋,你应该先测试同一个生鸡蛋,然后在煮熟后进行测试,以调查任何差异。
额外内容:找出海水中含有多少盐。根据你的活动结果,你认为鸡蛋会在海水中漂浮还是下沉?
[中断]
观察和结果
鸡蛋是否在 1 号和 2 号杯中漂浮,但在 3、4 或 5 号杯中没有漂浮?
你很可能看到鸡蛋在 1 号杯中漂浮得最好,在 2 号杯中漂浮得稍微少一些(但一部分在水面上方),并且在其他杯子中没有漂浮。1 号杯含有你最初准备的未稀释的盐溶液,即半杯盐,总共两杯半水。当你的杯子号码增加时,2 到 4 号杯中盐溶液的浓度减半;例如,2 号杯中盐的浓度是 1 号杯的一半,而 3 号杯中盐的浓度又是 2 号杯的一半。(5 号杯含有普通自来水。)鸡蛋应该在 3、4 和 5 号杯中下沉,因为鸡蛋的密度高于这些杯中溶液(或普通自来水)的密度。1 号和 2 号杯中的盐比其他杯子中的多(1 号杯中的盐最多),这意味着这些溶液密度更大。鸡蛋应该在这两个杯子中漂浮(一部分在水面上方),因为这些溶液的密度高于鸡蛋。鸡蛋的实际密度介于 3 号杯中溶液的密度和 2 号杯中溶液的密度之间。
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