丛书包括： 法医科学、化学、自然科学、环境科学、地球科学、人体科学、遗传科学、生态科学、海洋科学、太空与天文学、计算机科学、天气与气候等。每册书中有20项实验，各类实验配有插图和图解，便于抓住学生注意力，直观地传递信息。所有实验都会综合调动学生进行科学探究的各方面技能，诸如观察、测量、归类、分析以及预测等。通俗易懂，可作为教师的参考书，是创新型课堂探究活动的资源。
实验１ 水和土壤保持热量的性质
题 目
与土壤相比，水能够更长久地保持热量。
简 介
你是否有这样的经历：在一个寒冷的早晨，你踏出家门，发现外面的土壤已经冻结成固体。即使这样，附近的大的水域里的水可能还是保持着液体的状态。既然土壤已经冻结了，那么大的湖泊或者海洋里的水为什么还是保持着液体的状态呢？答案就在于水具有非比寻常的化学性质。水是一个两极分子，它的一端具有一个微弱的正电荷，另一端具有一个微弱的负电荷（参见图１）。就像小磁铁一样，一个水分子的负电荷会被另一个水分子的正电荷吸引。水分子之间的这些吸引力被叫作氢键。在本实验中，你将会了解到这些氢键是怎样影响水保持热量的能力的。
实验时间:５５分钟
实验材料
●２个大泡沫聚苯乙烯杯
●２支温度计
● 加热灯
● 量筒
● 土壤（大约１杯）
● 水（大约１杯）
● 电子秤或三梁天平
● 时钟或计时器
● 记号笔或标签
● 实验记录笔记本
安全提示
使用加热灯的时候，要特别小心。请仔细阅读并遵守本书“实验前必读”中的“安全准则”。
实验步骤
１．把土壤装到泡沫聚苯乙烯杯里，大约半杯。
２．按照以下步骤，称出土壤的质量：
① 把一只空杯放在电子秤上，称出它的质量，并记录在实验记录笔记本上。
② 把空杯拿走，再将装有土壤的杯子放在电子秤上。
③ 称出装有土壤的杯子的质量，然后把它记录在实验记录笔记本上。
④ 用土壤和杯子的总质量减去空杯子的质量，由此得到土壤的质量。
３．在空杯子中放入与土壤相同质量的水（１毫升水的质量是１克）。
４．在两个杯子中分别轻轻地插入一支温度计。
５．把两个杯子都放到加热灯下面，加热３０分钟。
６．当盛放水和土壤的杯子在被加热的时候，把数据表抄写在你的实验记录笔记本上，同时回答分析中的１和２题。
７．３０分钟后，关闭加热灯。读出温度计上面的温度。在数据表的横行标题为“起始温度”中记录土壤和水的温度。
８．在接下来的２０分钟内，每隔２分钟查看一下每支温度计的度数。并在数据表中的适当位置记录下温度。
９．回答分析中的３—７题。
分 析
１．为什么冬天的严寒会引起土壤中冰晶的形成，但是却不能让大的湖泊里的水冻结？写出假设并加以分析。
２．你认为为什么使用相同质量的土壤和水在本实验中是重要环节？
３．在你的实验中，哪一个温度变化大，是土壤还是水？
４．你的实验结果显示哪一种物质能够更长久地保持热量，是土壤还是水？
５．你的实验结果与你的假设有什么差别？
６．美国芝加哥（Ｃｈｉｃａｇｏ）市所在的伊利诺伊州（Ｉｌｌｉｎｏｉｓ）位于美国密歇根（Ｍｉｃｈｉｇａｎ）湖畔。在芝加哥，每年有一周的时间，当地的温度可能会达到－１０℃，但是密歇根湖却不会结冰。用你的实验结果解释其中的原因。
７．得出实验结果之后，你能理解土壤和水保持热量能力的区别是如何影响沿海地区的气候的吗？
实验中将会发生什么？
与大多数其他的物质相比，水能够更长久地保持热量。在自身温度不改变的状态下，某一物质保持热量的能力被叫作热容。热能是用卡路里来衡量的。１卡路里的热能能够使１克水的温度升高１℃。相比之下，只需要１／８的热能就能够使等量铁的温度升高１℃。由于相邻的水分子之间氢键的存在，使得水具有非常高的热容。热量直接影响着大多数物质的分子，使得它们振动并彼此分离。而水对于热量却有不同的反应，当水被加热时，最初的能量会使水分子之间的氢键分裂。在这段时间里，水仍然保持着原来的温度。当所有的氢键都被分离后，独立的水分子开始振动并分离，这时，水的温度开始上升。所以要使水的温度升高需要更多的热量。反之亦然；当水冷却的时候，水分子首先要形成氢键，这样就保持了水的温度。冷却减慢了水分子的运动，也减慢了水温下降的速度。正是由于水分子中氢键的存在，使水变热的速度变慢，冷却的速度也变慢。
与现实生活的联系
水保持热量的能力也影响着气候。因为与土壤相比，水能更长久地保持热量，所以海洋的温度在夜间波动很小，而且相对来说，比较温暖。而在附近的大多数内陆地区，温度下降幅度很大。在夜间，当海面上空温暖的空气上升后，陆地的冷空气会吹过来，引起海风。相反，在白天，陆地温度的上升速度比海洋温度的上升速度快。陆地上的温暖空气上升，海洋上空的冷空气就会吹过来。因此，在白天就会吹陆地风。
水保持热量的能力使沿海城市的昼夜温差比内陆地区的昼夜温差小。此外，这些沿海地区的气候温和，很少有温度极值。例如，在美国旧金山（ＳａｎＦｒａｎｃｉｓｃｏ）的沿海地区，夏天的平均最高温度是２０℃；而在离海岸线３２千米的内陆地区，夏天的平均最高温度是３１℃。然而气候是一个复杂的现象，其中一个原因就是在夏天海洋的温度上升速度没有附近的内陆地区快，所以沿海地区要比内陆地区更凉爽。
想要了解更多吗？
参见附录中“我们的发现”。
目录
实验前必读………………………………………………………………………… １
简介………………………………………………………………………………… １
实验１ 水和土壤保持热量的性质…………………………………………… ３
实验２ 学生自制气象站……………………………………………………… ８
实验３ 雪花是怎样形成的？ ………………………………………………… １５
实验４ 模拟厄尔尼诺现象…………………………………………………… ２０
实验５ 影响蒸发速度的因素………………………………………………… ２５
实验６ 空气中二氧化碳的来源……………………………………………… ３０
实验７ 当地生态系统中紫外线的强度……………………………………… ３６
实验８ 影响云形成的变量…………………………………………………… ４１
实验９ 哪一种头发能制作出最准确的湿度计？ …………………………… ４５
实验１０ 距离是怎样影响太阳能吸收的？ …………………………………… ５１
实验１１ 锋面碰撞……………………………………………………………… ５６
实验１２ 龙卷风是怎样形成的？ ……………………………………………… ６０
实验１３ 温度和气压…………………………………………………………… ６５
实验１４ 地形是怎样影响洪水暴发的？ ……………………………………… ７０
实验１５ 天气预报到底有多准？ ……………………………………………… ７６
实验１６ 一夜之间能产生多少露水？ ………………………………………… ８２
实验１７ 日落的颜色会随着天气情况而变化吗？ …………………………… ８７
实验１８ 常规温度标尺………………………………………………………… ９２
实验１９ 对流盒………………………………………………………………… ９８
实验２０ 日照强度…………………………………………………………… １０３
附录
实验环境的设置…………………………………………………………… １０８
我们的发现………………………………………………………………… １０９
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