疯狂科学(少儿版)

978-7-115-46456-9
作者: 【澳】雅克布•施特里克林(Jacob Strickling)
译者: 姚军
编辑: 刘朋

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在这本书中,超级科学发烧友雅各布通过简洁的文字和丰富的插图介绍了75个有趣的科学小实验,这些实验包括在火焰上烤海绵糖,用紫甘蓝做酸碱指示剂,利用自行车制造出摩托车引擎的轰鸣声,制作水瓶火箭,如何把熟鸡蛋装进瓶子中,等等。只要利用家中常见的物品和材料,就可以进行操作,简单易行,充满创意。

图书摘要

疯狂科学 少儿版

Make Science FUN

[澳]雅克布·施特里克林(Jacob Strickling)著 姚军 译

人民邮电出版社

北京

内容提要

本书作者雅克布·施特里克林是澳大利亚的一名科学教师,他从小就痴迷于各类稀奇古怪的科学实验,目前已有20余年的科学课程教学经验,并在YouTube和Facebook上开设有广受欢迎的Make Science Fun(科学真有趣)系列视频栏目。

本书通过简洁的文字和生动的图片介绍了70多个有趣的科学演示实验,包括所需材料和工具、安全注意事项、实验步骤以及原理解释等内容。这些实验都经过作者反复操作和演示,具有很强的趣味性,而且不需要专业的材料和工具,利用从家里找到的东西即可进行。

是否真的有趣?动手试试才知道!

其他

感谢我过去和现在所有的学生,谢谢你们的鼓励!

前言

我热爱科学,孩子们也是!

很高兴您选择了这本书,我敢肯定,它能帮助您的家人快乐地学到许多知识。本书的写作是为了激励很多家庭在家里一起“玩”科学。不需要新奇的实验室设备,不需要到商店里大花一笔,您所需要的是在家里就能找到的简单设备和材料。本书涵盖了绝对经典的科学实验和一些之前从未在书中看到的活动,每个人都可以从中得到快乐。只要这本书能够激励一个人为科学领域做出贡献、改善环境或者帮助同伴,那么我为此付出的努力就是值得的。

在我最初的记忆中,我对科学的奇妙之处有着莫大的兴趣。从蜡烛的燃烧到捕捉蚱蜢,我喜欢努力找出一切事物背后的科学原理。父母允许我游玩、探索甚至犯错,以此来鼓励我成长。他们总是保证我的周围有某本科学杂志或者一本引人入胜、图文并茂的科普书籍,随时可以翻阅。我们没有很多的钱去购买形形色色的科学工具,只能用在家里搜寻到的东西勉强应付。我不是在为家人表演魔术,而是演示科学!我最喜欢的把戏是“瓶子里的鸡蛋”“压扁罐头盒”和“从餐具下抽出桌布”。

老实说,我一直想当一名发明家,发明免费发电设备的想法一直在我的心中挥之不去。机械工程专业明显是为我而设的,它开拓了我的视野,使我得以去了解周围的世界是如何运作的,还为我提供了在学校中教授科学的极好机会。

安全提醒

从本质上说,科学可能是危险的。在进行本书中介绍的任何科学实验时,孩子们都应受到全程监控。3岁以下的孩子不能进行这些活动,因为许多活动都有发生窒息的危险。书中会指出各项活动的难度,如低、中或高。

不同的活动需要监护人不同程度的帮助(从很少到很多)。

对于每项活动还将指出一些明显的危险,但这些列表并不详尽,负有监护责任的成年人必须根据自身情况判断安全性。

我建议读者认真阅读完整个活动的描述之后再进行尝试,这将有助于了解所要做的事情,对潜在的危险有充分的认识。

在过去的20年里,我是一名充满热情的科学教师,专门教授物理和化学。YouTube上Make Science Fun频道的启动,使我可以接触到更多的观众,这是之前从未想象过的。这些视频在YouTube上已有200万次浏览量,在Facebook上有1700万次浏览量,另外还在一些电视节目、广播短片中播出过,我甚至还为此出版了这本书,生活从未如此令人兴奋!

好了,前进吧。请享受科学的乐趣!

第1章 厨房里的疯狂科学

在我的童年记忆中,最难以忘怀的就是当妈妈为家人准备晚餐时,我在厨房里做科学实验。我会拿出自己的“科学”箱子,它里面装满了旧报纸、蜡烛、马口铁罐、碗、玻璃缸和火柴等。我将报纸铺在餐桌上,划根火柴点燃以前剩下的蜡烛头,将蜡液滴在报纸上,制作一个蜡池并看着它向四周漫延。蜡液冷却凝固时会变得透明、半透明,最后不透明。我小心地从报纸上剥下一层凝固的蜡,令我兴奋的是,它已经印上了报纸的内容,我可以从蜡坑的底部看到新闻。

仅是看着蜡烛燃烧,就能让我入迷。实际上,迈克尔·法拉第(一位著名的科学家)就曾对燃烧的蜡烛进行100次单独的观察,并因此而闻名。为什么不看看你能进行多少次?将其变成有趣的游戏就更好了。将燃烧的蜡烛放在桌子中央,每个游戏者有5分钟时间,写下尽可能多的观察结果!

观察结果可能包括以下内容。

1.烛芯顶部是黑色的。

2.烛芯底部是白色的。

3.火焰顶部是蓝色的。

4.烛芯底部聚集了液态物质,等等。

我可以连续几小时向一碗水里滴入蜡液,观察每一滴蜡液落下时的情景,碗中会溅起小水花,蜡液很快凝固。这样,我可以建成几百个“小岛”。然后,慢慢地滴入蜡液将“岛屿”连接起来,形成“大陆”。最后,所有蜡滴连接成一整块的“大陆”。从水中将其拉出来转个方向,将展现出漂亮的形状。

有时候,我会用一些冷水沾湿手指,然后高举蜡烛,慢慢地将蜡液滴在手指上。蜡液从空中落下时会稍稍变冷,然后在接触到手指之后快速凝固。这样,我的手指上将出现一层很厚的蜡。当它冷却变硬之后,转动手指,从这个“指模”中脱离出来。

此后,我用一些石膏灰泥填充蜡制指模。灰泥凝固之后,用蜡烛熔化蜡模,就可以得到一个手指的精确复制品(不夸张地说,这是完全的复制)。我将它当成战利品,放在自己的“宝盒”里。

将剩余的蜡烛保存在小马口铁罐里。在罐子快要装满时,我会将罐子放在自制的三脚架上,用烛火加热。罐子中的蜡烛将慢慢熔化,形成一个“池子”。

在蜡液中插入烛芯,就做成了新的蜡烛!

妈妈自始至终注视着我,但是没有给予任何指导或者帮助。她就是要让我玩,是的,那时候我认为这就是游戏。现在,我才意识到自己不知不觉地做了科学实验!我观察、学习加热和冷却、物理和化学变化、热传导、热对流、热辐射等过程。

厨房为家人提供了许多一起进行科学实验的机会,这就是本章篇幅最长的原因!不管你信不信,大部分家庭厨房的碗橱和冰箱里都装满了各种各样的设备和材料,你可以用它们和家人一起做一些奇妙的实验。

每个实验包括一个所需材料及配料列表、难度指示、所需辅助的程度以及可能出现的危险情况。在开始前,请完整地阅读活动内容,最重要的是注意安全!

紫甘蓝酸碱试剂

难度:中。

辅助:需要大人的一些帮助。

危险性:锋利的刀子可能导致割伤,热水可能导致烫伤。

材料和设备

● 一个小的紫甘蓝。

● 水。

● 小炖锅、刀和砧板。

● 滤网。

● 7个饮水杯。

● 不同的测试物质,如柠檬汁、醋和小苏打。

让我们从顶尖的实验开始!如果有一个实验是应该在家里和孩子一起尝试的,那不用说,就是这个经典实验。它是如此简单直接,结果又是如此具有戏剧性。孩子一定会恳求多做几次。

是酸性还是碱性?用这种紫甘蓝试剂测试厨房里的不同物质!

1.切碎大约一杯分量的紫甘蓝。(把剩下的紫甘蓝留起来,以后做一盘可口、健康的凉拌菜!)

2.用两杯水煮紫甘蓝,直到水变成深紫色。

3.用滤网过滤紫色液体并将其倒入一个碗里,让液体冷却,以免烫到你的手!(留在滤网里的固体在科学上称作滤渣,通过滤网的液体称为滤液。)如果你真的很聪明,可能已经为剩下的熟甘蓝找到了一个菜谱。它可能不会太美味,因为所有精华都已经被煮出来了。

4.现在,将澄清的紫甘蓝汁均匀地倒入7个饮水杯中。你的酸碱试剂就可以用来进行测试了。

开始玩吧!

在第一只杯子里挤进一些柠檬汁。哇!注意颜色的变化,在酸性物质中,紫甘蓝试剂变成红色。厨房里的其他物质中哪些可能是酸性的?为什么不试试醋或橙汁呢?

在新鲜的紫甘蓝汁中加入一些小苏打,看看它是怎么变成蓝色或绿色的!我们都知道,小苏打是碱性物质。

你可以用紫甘蓝汁测试家里的不同物质,看看它们是酸性的还是碱性的。将杯子按照酸性最强到碱性最强排列,这将是一个极其出色的科学展示项目!

你甚至可以考虑用碱性物质中和酸性。在醋中加入一些小苏打,看看试剂会不会变回原来的紫色。

这个魔术怎么样?在一个大杯子中放入少量白醋,然后念一两句咒语,在杯中倒入甘蓝汁。紫色的菜汁神奇地变成了红色!

为什么不把这项活动变成科学实验?计算出中和一勺小苏打需要多少醋。在试剂中加入一勺小苏打,慢慢加入醋,直到试剂恢复原来的颜色!现在,你已经用酸中和了碱。

还有其他物质可以用于制作试剂吗?可以尝试用茶叶、胡萝卜、蓝莓甚至黑莓代替紫甘蓝制作酸碱试剂。

冰冻果子露

孩子们喜欢一切和吃有关的东西,特别是甜食!放在嘴里会冒泡的那种酸甜可口的白色粉末是每个人的最爱,这就是冰冻果子露!我从同为科学教师的其他同事那里学到的一件事是,如果想要说服孩子进行科学实验,那么就做和食物有关的实验吧!

难度:低。

辅助:需要大人的一些帮助。

危险性:低。

材料和设备

● 白糖。

● 小苏打。

● 柠檬酸(在食杂店可以买到)。

● 额外增加风味的果冻(可选)。

● 茶匙。

● 碗。

1.在碗中加入4茶匙白糖。

2.在碗中加入半茶匙柠檬酸和半茶匙小苏打。

3.用勺子充分搅拌。

4.好了,现在可以做实验了。

口中的唾液含有水,水使柠檬酸和小苏打发生反应,生成二氧化碳。这些气体会发出奇妙的咝咝声!

小苏打本身的味道很可怕!它呈碱性,所以有一点儿苦味。和所有酸一样,柠檬酸的味道很酸(但是除了柠檬汁或者醋以外,不要品尝其他的酸)。糖提供了甜味,加入果冻,可以使冰冻果子露更好吃。

为什么不将这个活动变成科学实验呢?尝试不同的配比,找出冰冻果子露的最佳配方。

在水杯中放入一些冰冻果子露,并加入一些水,可以看到反应的发生。

你甚至可以尝试在杯中的冰冻果子露里加入一些洗涤液,观察更持久的气泡。但是不要吃,否则嘴巴中会真的起泡!

篝火棉花糖

当你在厨房里享受野营的所有乐趣时,谁需要勇敢地去面对漏风的帐篷里的风雨之痛?为什么不在家里烹制篝火棉花糖!

难度:低。

辅助:需要大人的一些帮助。

危险性:热的棉花糖和明火可能导致烫伤或烧伤。小心肉串签子的尖头。

材料和设备

● 棉花糖。

● 木制肉串签子。

● 煤气炉(可以使用厨房中的煤气炉或者便携式野营煤气炉)。

1.将肉串签子浸在水中泡1小时,这样以后就不容易烧着。

2.将棉花糖串在肉串签子的一端。

3.在煤气炉的火焰上慢慢地烤棉花糖。

4.在吃之前确保棉花糖冷却!

在你第一次开始加热棉花糖时,它将开始熔化。这是一种物理变化,改变的只是状态。固态的棉花糖变成液态,这种变化很容易逆转。当热的液态棉花糖冷却后,它又会变成固体。

如果你继续加热棉花糖,将发生化学变化,这种变化会产生新物质。在本例中糖将焦化,但是很快就会开始燃烧,棉花糖上将产生褐色和黑色的碳化物质。化学变化很难逆转。我不建议吃烧焦的棉花糖,味道可能很可怕,对你也不好!

为什么不将这一活动变成科学实验?哪一种彩色棉花糖升温和烹制得最快?深色的棉花糖升温是否比白色的快?探索深色是否比浅色更容易吸热。

有弹性的鸡蛋

鸡蛋令人神魂颠倒,你可以用它们做很多实验和演示。这个实验很简单,不需要任何经验,只需要一点点耐心。

难度:低。

帮助:不太需要帮助。

危险性:没有明显的危险。

材料和设备

● 一个鸡蛋。

● 白醋。

● 一个水杯。

1.将一个鸡蛋(带壳)放入空的水杯中。

2.在杯子里加满白醋。

3.等待24小时。

你马上就会注意到在整个鸡蛋上形成小的泡沫。这不是一般的气泡,而是二氧化碳泡沫。哦,不!你加剧了温室效应和全球变暖!不过,不太严重。

一个化学反应正在发生。醋是一种酸(乙酸),它正在“吞噬”蛋壳。蛋壳由被称作碳酸钙的坚硬物质构成,和贝壳、珊瑚的成分相同!当酸与蛋壳发生化学反应时,将产生水、盐类和二氧化碳气体。

24小时之后,整个蛋壳已经溶解。蛋液现在只靠一张弹性薄膜包在一起。如果你把它丢到地上,它真的会弹起来。不过,别从太高的地方扔下,要不然就……试着用手电筒照亮它,可以清晰地看到蛋黄(这可不是开玩笑)。

为什么不把这一活动变成科学实验?尝试用柠檬汁甚至柠檬酸与水的混合物,观察蛋壳的溶解是会加快还是减慢。

有弹性的骨头

为什么骷髅不能从桥上跳下?困为它没有胆子!下一次你吃鸡肉时,别把所有骨头都扔了!可以用它们做一些科学实验。

难度:低。

帮助:需要大人监督。

危险性:如果刀子锋利,就要多加小心!

材料和设备

● 煮熟的鸡腿骨。

● 白醋。

● 一只碗。

● 一把刀。

1.尽可能地用刀将鸡腿骨上的肉和脂肪剔干净。

2.在碗中倒入醋,将鸡腿骨全部浸入其中。

3.等待24小时!如果骨头没有完全软化,用新鲜的醋替换原来的醋,再等24小时。

继续等待!有些化学反应很快,而这个反应则比较慢。醋是酸性物质,可与碳酸钙(骨头外层的坚硬物质)发生反应,产生水、盐类和二氧化碳。如果仔细观察,应该看到骨头上形成小的泡沫,这是二氧化碳气体的泡沫。一旦坚硬物质被酸溶解,剩下的就是为骨头提供韧性的弹性物质。骨骼是很奇妙的东西,因为它不仅强度很大,而且韧性同样很足。

拿起软化了的骨头,看看能不能打个结。结果令人难以置信!为什么不将这个活动变成科学实验?其他骨头是否也可以具有弹性?为什么不试试牛排和羊排上的骨头?

面团火山

每个孩子都必须至少制造一次火山爆发!制作一个火山并使其爆发从来都是全世界科学展览中最受欢迎的节目。在这个活动中,将用普通的面粉和盐制作一个火山,并使其喷发!

难度:中。

辅助:需要大人的一些监督。危险性:热的烤箱或者热的“火山”可能造成烧伤!

材料和设备

● 4杯普通面粉。

● 2杯盐。

● 1.5杯水。

● 1/4杯小苏打。

● 半杯醋。

● 不同颜色的油漆。

● 红色食用色素。

● 清洁液。

● 一个大碗和一个搅拌勺。

● 烤箱。

● 烤盘。

1.预热烤箱到150摄氏度。

2.将面粉、盐和水混合在一起,制作一个面团。不要一次加入所有水,因为你需要调整水的用量,使面团各部分达到一致的硬度。

3.在铺上锡纸的烤盘上,将面团捏成火山的形状,一定要在火山顶留下一个相当大的坑,以便在以后加入产生喷发效果的化学物质。

4.在烤箱里加热两小时左右,使火山硬化。具体时间取决于火山的形状,因此要经常检查,以避免面团烧焦。也可以在太阳下使面团火山硬化。

5.冷却后,可以将丙烯颜料涂抹在火山上,使它看上去像真的火山一样!

6.为使火山喷发,在山顶的火山坑里加入小苏打。

7.在小苏打中混入少量清洁液和红色食用色素。

8.在火山坑中快速倒入醋,你将看到红色的泡沫溢出,就像岩浆一样从火山的两侧快速流下。

在这个化学反应中,醋和小苏打混合生成二氧化碳。气泡形成了类似岩浆喷发的效果。

为什么不将这一活动变成科学实验?计算出与一汤匙小苏打发生反应所需的醋的量。1/4杯?半杯?可以通过实验求出!在化学中,这一做法有个花哨的名称——化学计量。化学计量是求出与某种反应物发生反应所需的另一反应物精确数量的一种化学方法。大部分化学系学生都认为,化学计量令人头疼!

没有蜂蜜的蜂巢

蜜蜂喜欢蜂蜜,我也一样。你怎么样?不管相信与否,不需要蜂蜜就能够制作这个蜂巢!秘诀就是蜜蜂的膝盖! [1]

难度:高。

辅助:需要大人的严密监督。

危险性:注意热的炉子、熔化的糖和热的蜂巢,多加小心!

材料和设备

● 半杯白糖。

● 一茶匙小苏打。

● 一个平底锅。

● 一个木匙。

● 炉子。

● 锡纸。

● 烤盘。

1.将半杯白糖放在平底锅中,在炉子上加热。

2.轻轻搅动白糖,直到完全熔化。

3.当糖熔化时,快速地将一茶匙小苏打洒到熔化的糖的表面。

4.将小苏打和熔化的糖完全混合,它将涌出气泡!

5.在烤盘上铺上锡纸,将冒泡的混合物在锡纸上铺成薄薄的一层(0.5厘米厚)。在品尝之前冷却10分钟,这将是你生命中最长的10分钟!

一旦蜂巢冷却,它就会变硬,此时可以品尝了。真是美味!

糖的熔化是物理变化,一旦开始变色,化学变化就发生了。加入小苏打时,会发生一种特殊的化学反应,这称作分解反应。来自糖的热量导致小苏打分解,其中一种成分是二氧化碳气体。二氧化碳气体使糖冒泡,形成蜂巢。

自发面粉中含有小苏打。在烤箱中加热用自发面粉制作的食品时,小苏打发生分解反应,产生二氧化碳,导致蛋糕或者面包膨发。谁曾想厨房里发生了这么多化学变化!

为本书实验这一配方的学生在蜂巢的顶部涂上了一层薄薄的巧克力并将其带到班上。她的同学和我都喜欢得不得了,太好吃了!

发面团

使用自发面粉不是在烤箱中制作面包的唯一方法。你也可以让乳酸菌这种微生物帮助面包膨发。

乳酸菌是一种单细胞生物,可以从食杂店买到干粉形式的酵母,其中就含有乳酸菌。乳酸菌细胞此时处于静态,等待激活。为了激活它们,可以加入温水,乳酸菌细胞开始展现出更多的生物特性,例如移动和繁殖。(但是,要看到这一切需要显微镜!)

通过下面这种麻烦的实验可以看出糖的多少是否会影响乳酸菌发酵的速度。

难度:中。

辅助:可能需要大人的监督。

危险性:热的烤箱可能导致烫伤。

材料和设备

● 一包干酵母。

● 温水。

● 3杯普通面粉。

● 3勺糖。

● 一个饮水杯。

● 4个碗。

1.将一茶匙酵母粉放入一杯温水中,激活干酵母。

2.混合面粉和含有酵母的水,制作硬面团。

3.现在将面团分为4等份。

4.将第一份面粉留下来暂时不用,这是实验中保持不变的部分,它将使你看到其他部分的变化效果。

5.将半汤匙糖和一汤匙水混合后加到第二份面团中,并充分揉捏。

6.将一汤匙糖与一汤匙水混合后加到第三份面团中,并充分揉捏。

7.将1.5汤匙的糖与一汤匙水混合后加到第四份面团中,并充分揉捏。

8.现在将4份面团放在不同的碗里,将碗放在温暖的地方,每隔10分钟左右观察一次。

糖的量对面团样本有何影响?发生了什么情况?通过发酵过程,乳酸菌将糖转化为酒精和二氧化碳,二氧化碳气体导致面团样本因为气体所占据的空间而膨胀。

为什么不进一步实验找出使面团发酵最快的合适糖量呢?你甚至可以在烤箱里烘烤面团,看看它的味道怎么样!

会游泳和潜水的葡萄干

什么东西没有手或脚,但是仍然可以潜水和游泳?当然是一杯汽水里的葡萄干!在这个好玩而又简单的科学活动中,我们将探索浮力问题。

难度:低。

辅助:不需要太多帮助。

危险性:葡萄干可能给3岁以下的孩子带来窒息的危险。

材料和设备

● 一杯柠檬水或者其他汽水。

● 葡萄干或者提子干。

将一些葡萄干或者提子干放入汽水中,观察发生的情况。

葡萄干一进入水中就会开始下沉。干果含水量低、含糖量高,因此葡萄干的密度大于汽水的密度,它在汽水中会沉没。

但是,请等一下!汽水中溶解的二氧化碳气体开始在干果上形成气泡。当气泡足够多时,葡萄干开始上浮。看起来,它们似乎在水面上游泳!

葡萄干浮出水面之后,小气泡从中释放出来,导致葡萄干又开始下沉。这一过程不断重复,直到汽水“平静”下来,没有更多溶解在其中的二氧化碳。

为什么不把这项活动变成科学实验?其他的哪些干果会像葡萄干这样游泳和潜水?为什么不试试蔓越莓?在完成实验的时候,你甚至可以吃掉你的实验品!

用化学方法为气球充气

当你可以做一些科学实验时,为什么要用令人厌烦的常规方法吹气球?

难度:低。

辅助:需要大人辅助。

危险性:没有明显的危险。

材料和设备

● 白醋。

● 小苏打。

● 气球。

● 黑色记号笔。

● 塑料瓶。

● 漏斗。

● 大汤匙。

1.用记号笔在气球上画一个笑脸。

2.在塑料瓶中倒入一杯白醋。

3.用漏斗往气球中小心地加入3汤匙小苏打。

4.小心地将气球连接到塑料瓶上,不要让小苏打洒到白醋中。

5.准备好之后,将气球翻过来,把其中的小苏打倾倒到瓶子里。

小苏打与酸发生反应时,会产生大量二氧化碳。这些气体将很快充满气球,你在气球上画的笑脸会越来越大!反应结束之后,你就可以小心地扎紧气球。

用嘴吹好另一个同样大小的气球并扎紧。现在,将两个气球抛向空中,哪一个下落得更快?你为什么会觉得充了二氧化碳的气球先落地?因为二氧化碳的密度大于空气。

我曾经看到过一次很酷的演示,有个家伙提着一个充满二氧化碳的水壶向碗中燃烧的蜡烛上倾倒,随着碗中二氧化碳浓度的升高,蜡烛被看不见的气体给扑灭了。魔术!嗯,这实际上是科学。

气球会不会燃烧

谁都知道橡胶很容易燃烧。事实是不是总是如此?试试这个活动!

难度:中。

辅助:需要大人监督。

危险性:火焰温度很高,可能导致烧伤。如果气球中的橡胶着火,将很危险。

材料和设备

● 蜡烛。

● 火柴。

● 一些气球。

● 水。

1.为气球充气并扎紧。

2.慢慢地将气球靠近蜡烛的火焰……嘭!这一点儿都不意外!

3.在另一只还未充气的气球中倒入1/4杯水。

4.为气球充气并扎紧。

5.手持气球靠近蜡烛的火焰上,确保火焰只触及水所在的气球底部。

这次气球没有爆!是的,它无论如何都不应该爆炸!

发生了什么?气球中的水阻止橡胶过度升温,因为橡胶的温度没有升得很高,所以它不会熔化,也就不会爆炸。

小心,别让气球在火焰上待太长时间……气球中的水会越来越热,在气球最终爆炸的时候,可能会烫伤你的皮肤。

在将气球的底部放在火焰上一会儿之后,你注意到了什么?它是不是变黑了?这是蜡在氧气不足的情况下燃烧所形成的炭黑。信不信由你,炭黑就是固态的碳,和钻石的成分一样!因此,当你燃烧蜡烛时,实际上产生的是钻戒的成分!可以试试,将炭黑作为化妆品涂在鼻子和脸颊上。

气球戏法:转硬币

这实际上不是一个戏法,但是很惊人、很好玩!这项活动还启发我思考一些关于太空和人造重力的问题。

难度:低。

辅助: 需要大人监督。

危险:对于3岁以下的儿童,硬币可能造成窒息。

材料和设备

● 几枚圆形的小硬币。

● 一只圆形的气球。

1.在气球中放入一枚小硬币。

2.为气球充气并扎紧。

3.单手持气球,将绳结抓在手掌中。

4.快速旋转气球,使硬币沿着气球内表面转动。

硬币旋转得越快,它在气球内表面上就爬得越高。如果停止旋转气球,硬币就会慢下来,在气球中的高度也不断下降。

当你旋转气球时,硬币在气球里“飕飕”作响,就像科幻作品中的某种反重力装置!它有点儿像一个太空站!硬币正在经历圆周运动,而气球对硬币施加了向心力。

为什么不和朋友们比赛?每位参赛者尽可能使硬币快速旋转,然后同时停止旋转气球。谁的硬币保持旋转的时间最长,谁就赢了!

试一试不同形状的气球或者巨型气球如何?硬币在哪里转得最快?是气球中截面较小的地方还是最大的地方?何不自己动手试试?

生鸡蛋还是熟鸡蛋

这是一个杰出的鸡蛋科学实验,即便不是专家也能做到。如何在不剥开鸡蛋的情况下,说出它是生的还是熟的?牛顿第一运动定律就是答案。

难度:低。

辅助:煮鸡蛋时需大人监督。

危险性:热水可能导致烫伤。

材料和设备

● 一个生鸡蛋。

● 一个熟鸡蛋(将鸡蛋放在装有冷水的锅里,将水煮沸后保持5分钟即可)。

● 平底锅。

● 一个盘子。

1.用手快速转动盘子上的鸡蛋,然后松开手。鸡蛋应该在盘子上自由旋转。

2.用手抓住鸡蛋使其突然停止旋转,然后立即放开,观察发生的情况。

3.对另一个鸡蛋重复第1步和第2步。

你是否注意到其中一个鸡蛋在你放开手之后又开始旋转了呢?那么,哪一个是生鸡蛋,哪一个是熟鸡蛋?如何确定?

重新开始旋转的鸡蛋是生鸡蛋!为什么?当鸡蛋第一次开始旋转时,鸡蛋里的一切(蛋壳、蛋黄和蛋白)都在旋转。当你快速抓住生鸡蛋然后放开时,实际上只使蛋壳停止了转动。根据牛顿第一运动定律,鸡蛋内部的液体在继续旋转,所以放开之后,液体的旋转造成整个鸡蛋又开始转动!

当你阻止熟鸡蛋转动时,一切(蛋壳和内部煮熟的固体)都停止转动。所以,当你放开鸡蛋时,它的内部没有任何运动,也就不会再次旋转。

惯性是运动的物体保持运动状态、静止物体保持静止的趋势。牛顿第一定律以更技术性的方式解释了惯性:除非受到外力的作用,否则物体将保持静止或者保持同向同速的运动。

这一演示的最大好处是,结束以后可以吃掉煮熟的鸡蛋!

在下面几个活动中,我们将探索牛顿第一定律。

经典的抽桌布戏法

在这个经典的科学演示中,桌子上摆着塑料和金属餐具,如盘子、碗、刀叉和杯子。试着将桌布从下面抽出来,希望餐具能够待在原地不动。

难度:中。

辅助:可能需要大人监督。

危险性:餐具可能摔落。

材料和设备

● 一张结实的桌子。

● 有光滑表面的大号桌布,桌布必须超出桌子的边缘。

● 塑料餐具。最好从较重的塑料盘和碗开始。这一演示并不容易,有可能摔坏餐具,因此,一定要使用塑料物品!

● 金属刀叉。

● 装满水的塑料杯。

1.在桌子上摆放盘子、碗、刀叉和杯子。

2.紧紧抓住桌布的一边。

3.从1数到3,从水平方向快速拉桌布!

4.餐具可能留在原地,希望如此。

记得牛顿第一运动定律吗?除非受到不平衡力的作用,否则物体将保持静止状态。

在这个例子中,唯一的不平衡力是桌布和餐具之间的摩擦力。如果桌布很光滑,这个力就将非常小,如果快速抽出桌布,该力的作用时间很短,这意味着餐具将基本上留在相同的位置。

本演示可能需要练习之后再向朋友和家人炫耀!先从不容易破碎的餐具开始,千万不要摔坏了传家宝!

经典戏法:鸡蛋入瓶

下面这个经典戏法可以达到戏剧性的效果。

难度:中。

辅助:需要大人监督。

危险性:燃烧的纸可能导致烧伤。

材料和设备

● 几个煮熟去皮的鸡蛋。

● 一个玻璃瓶,其颈部直径略小于鸡蛋。

● 一些纸张。

● 火柴。

1.为了这个经典的科学演示,将纸卷起来以便快速插入玻璃瓶中并通过瓶颈掉落下去。

2.点燃纸张,然后将燃烧着的纸张插入瓶中,使其掉落到瓶底。

3.在纸张还在燃烧的时候,将一个去皮的熟鸡蛋放在瓶口,小头朝下。耐心等待和观察。鸡蛋可能随着热量的产生上下跳动。纸张很快就会停止燃烧,在瓶子里的空气冷却下来之后,鸡蛋将被空气压力推入瓶中,令人瞠目结舌!

大部分人都以为自己可以解释鸡蛋被推进去的原因,但是多数都错了!他们会相信真空将鸡蛋“吸入”的错误理由。但是如果真空表示“什么都没有”,那么它怎么能够“吸入”什么东西呢?我常常告诉学生,没有任何“糟糕”[2]的科学。

人们还可能会说,随着瓶内气体的冷却,外部的气压将鸡蛋推进瓶中。这很接近正确答案,但还不完整。实际上,在纸张燃烧时会产生一些蒸汽,这些气体将把鸡蛋向上推。当蒸汽冷凝成液态时,瓶子内部的压力下降,低于瓶子外部的气压。正是这一气压差戏剧性地将鸡蛋推入瓶中。

要知道气压有多强大,你甚至可以利用它来压扁饮料罐。由于涉及高温蒸汽,这一演示风险很大,所以我们不在本书中描述。在YouTube上可以找到很多“压扁饮料罐”的视频。但是,风险自担!我已经警告过你了,我喜欢有趣的科学,但是也希望保证安全!

不可思议的管弦乐团

我敢打赌,你从没有想过在厨房里拥有一个管弦乐团。机会来了,是时候演奏一些美妙的音乐了。这些设备制作起来如此简单,而发出的声音如此动听,真是让人难以置信。

难度:低。

辅助:需要大人的一些帮助。

危险性:没有明显的危险。

材料和设备

● 从烤箱里取出的烤架(确保它已经冷却)。

● 120厘米长的线。

● 剪刀。

1.将线剪成两段。

2.将烤架上的金属条平行排列,在烤架顶部两侧各绑上一根线。

3.用两根线提起烤架,使其悬在半空中,将两根线的一端分别放在左右耳中。

4.让另外一个人用手指敲击烤架。

振动通过线传入你的耳中,发出动听的声音。这个声音是由烤架上的不同金属条产生的不同频率的振动组合而成的。

这些振动的组合能够产生很好听的声音。运用你的想象力,这是不是像一个管弦乐团?所有声音都是由振动产生的。声音在空气中通常以压缩波(纵波)方式传递。我想在这个活动中,烤架和线上传递的声音是横波和纵波的某种组合。

魔泥欧不裂

是时候捣点儿乱了!厨房就是用来捣乱的,不是吗?下面的“菜谱”可以让孩子们玩上好一阵子。

难度:低。

辅助:需要大人监督(特别是在你不想天下大乱的时候)。

危险性:没有明显的危险。

材料和设备

● 500克玉米粉。

● 一个大塑料碗。

● 水。

● 食用色素(只是为了好玩)。

1.在一个大碗中倒入一杯水,加入你喜欢的食用色素。

2.一边在水中放入玉米粉,一边用勺子或者手搅匀。

3.不断加入玉米粉,直至难以快速搅动(但是仍然可以慢速搅动)。你的魔泥制成了!这种东西有时候叫作欧不裂。

你应该可以慢慢地刮出一小块魔泥,在手里快速搓动,但是在你停下时,它将变成液体,从你的指缝之间流回碗中。(如果不小心,就会掉到地板上!)

用勺子快速捅一下魔泥,感觉像是固体。如果慢慢地插入勺子,魔泥的表现又像液体,会淹没勺子。

魔泥就是所谓的非牛顿流体。牛顿流体的例子之一是水。当你给水施加一个推力时,它会流动,推力越大,水流动得越快。水遵守牛顿第二定律:物体的加速度(速度增加的快慢)取决于所受外力的大小。

魔泥不遵守牛顿第二定律,是一种非牛顿流体。施加的外力越大,它的流速越慢!为什么不试着用拳头猛击魔泥?当你短促有力地挥拳时,就像打在一块木头上!

我很好奇,在一个气球中装满魔泥,当你挤压甚至重击它时,它有何表现?为什么不自己动手试试?

旋涡状的牛奶艺术品

这个好玩的活动令人陶醉,孩子们的手肯定会搞得五颜六色,但那是以科学的名义!

难度:低。

辅助:可能需要大人的帮助。

危险性:没有明显的危险。

材料和设备

● 1升全脂牛奶。

● 食用色素。

● 洗涤剂。

● 餐碗,越浅越好。

● 两根棉签。

1.在餐碗中倒满全脂牛奶。

2.在牛奶中滴入几滴不同颜色的食用色素。

3.在棉签的一端蘸上洗涤剂。

4.将棉签蘸有洗涤剂的一端浸入牛奶中。

见证奇迹的时刻到了!牛奶开始流动并产生漩涡,食用色素开始翻滚、混合,白色的牛奶更映衬出缤纷的颜色。

到底发生了什么?嗯,我也不是很确定!我想这一定和牛奶的乳化作用(胶状的液体)有些关系。洗涤剂改变了表面张力,并且……我也不知道!这种令人目瞪口呆的现象是怎么发生的?为什么你不和孩子们一起提出自己的解释?你也许还能想出证明解释的方法。在最糟糕的情况下,你还可以上网搜索一下!

密度塔

这个实验不简单,我可以保证厨房里会乱七八糟!如果希望掌握这个密度塔的做法,就需要一根玻璃吸管。从根本上说,你可以按照密度从大到小的顺序在一个杯子中加入9种液体。如果操作正确,就会得到一杯层次分明的液体,否则只能得到一杯混乱的黏液!

难度:高。

辅助:需要大人帮助。

危险性:没有明显的危险。

材料和设备

● 蜂蜜、玉米糖浆、巧克力糖浆、枫糖浆、全脂牛奶、洗洁精、加入红色食用色素的水、植物油、原生橄榄油。

● 一个大水杯。

● 一根玻璃吸管。

1.小心地在大水杯中倒入两汤匙蜂蜜,注意不要让蜂蜜触碰到杯子内壁高出液面的地方,如果发生这种情况,请洗净杯子重来一次。

2.用玻璃吸管很小心地按照上面列出的顺序加入各种液体。关键是要小心,不要干扰到下面几层液体。很不幸,添加每种液体之前都需要洗净并晾干玻璃吸管。

你有望得到一个令人叫绝的、由不同液体构成的密度塔。含糖的液体密度最大,因此处于底层。油脂的密度最小,处于顶层。这是一个很难完成的活动,我已经警告过了!

牛奶石

我爱牛奶。这真是一种妙不可言的液体,有那么多令人惊奇的用途!可以直接饮用,也可以添加美味的巧克力粉,变成一种美食。牛奶是巧克力奶和冰淇淋的关键成分,是所有奶酪的基础材料。在这个活动中,我们甚至打算用它制作骰子!

难度:中。

辅助:需要大人的一些帮助。

危险性:加热牛奶的时候要小心。

材料和设备

● 一杯全脂牛奶。

● 一汤匙白醋。

● 食用色素。

● 微波炉。

● 细滤网。

● 碗。

● 纸巾。

1.在微波炉中加热一杯全脂牛奶30秒。

2.在牛奶中加入一汤匙白醋,再加入几滴你喜欢的食用色素。

3.搅拌均匀,将会形成一种叫作酪蛋白的固体。继续混合,直到不再产生更多的固体为止。

4.用细滤网分离固体(凝乳)中的液体(乳清)。

5.将凝乳块包在纸巾里,吸干剩下的液体。

6.将这些固体物质塑造成你想要的任何东西!它有一些脆弱,所以必须将其挤压在一起。你可以制作骰子、纽扣、小玩具,甚至可以使用巧克力模具来进行制作。

7.放置几天,将其晾干。它们将变得极其坚硬!

酪蛋白是牛奶中的主要蛋白,白醋使酪蛋白从液体中分离出来。酪蛋白有许多奇妙的用途,例如制作奶酪、油漆、胶水和塑料。

塑料标签赛艇

这是又一个经典实验,简单而又令人称奇。在实验中,你可以看到面包袋塑料标签在一碗水里竞速。

难度:低。

辅助:需要大人的一些帮助。

危险:没有明显的危险。

材料和设备

● 一碗水。

● 面包袋标签。

● 洗涤剂。

1.让面包袋塑料标签漂浮在一碗水中。

2.在标签中间的小孔里滴一滴洗涤剂。

提示:你可能需要使用勺子在标签中央滴入一滴洗涤剂。

塑料标签将争相游往碗的另一侧。

洗涤剂导致水的表面张力发生变化,这迫使洗涤剂从面包标签上的小缺口中流出,有点儿像喷气推动的小艇!

但是,这场竞赛只能进行一次!如果想要再来一次,就必须用清水将碗里的洗涤剂洗干净。

惊恐的胡椒粉

表面张力能产生一些迷人的现象。如果你会使用胡椒研磨机,就可以轻松地完成这个科学戏法!

难度:低。

辅助:可能需要大人的一些帮助。

危险:没有明显的危险。

材料和设备

● 一碗水。

● 装入胡椒的胡椒研磨机。

● 洗涤剂。

1.研磨胡椒,并将其洒到碗中的水里。胡椒粉应该漂浮在水面上,形成均匀的一层。

2.在水中央滴入一滴洗涤剂。

胡椒粉好像变成了幽灵,它们争相离开碗中央,在那里留下一块很大的圆形区域。现在,如果你想要得到科学的解释,恐怕就会失望了。你必须自己做一些研究。我知道这和水的表面张力有很大关系,洗涤剂对表面张力有很显著的影响。但是如果需要更详细的解释,那只能自己去网上查询了!

记住,这本书的目的是“让科学更有趣”,而不是“完整地解释科学”。

空心蜡烛

怎样制作一根空心蜡烛?当然是利用科学!

难度:低。

辅助:可能需要大人的一些帮助。

危险性:蜡烛的火焰可能造成烧伤。

材料和设备

● 一个大碗。

● 较粗的圆形蜡烛。

● 火柴。

● 水。

1.点燃蜡烛,并将熔化的蜡滴在碗底,然后将蜡烛粘到碗底。

2.在碗中注入水,直到靠近蜡烛顶部。

3.点燃蜡烛,耐心等候。

这将花费很长的时间!固态的蜡因为火焰的热量而熔化,然后蜡液沿着烛芯上升,在靠近火焰时变成气体,实际上燃烧的就是这种气体。

当蜡烛的外壁被水包围时,它们不会熔化而保持固态。这使得蜡烛内部熔化并最终烧掉,留下一个空洞。多棒的效果!

水位上升

下面是我一直以来最喜欢的科学演示,这也是我将其作为厨房科学压轴戏的原困。这个演示并不那么壮观,但是很迷人。我最喜欢的一点是,大部分人认为这个解释很简单,但是他们错了。实际上,即使你为科学教师、科学工作者甚至教授做这个演示,我几乎可以肯定,他们对此的科学解释很有可能只是部分正确。这个简单的演示背后有着深刻、复杂的科学原理。好了,到底是什么神秘现象?试一试这个蜡烛实验!

难度:中。

辅助:可能需要大人的一些帮助。

危险性:蜡烛的火焰可能造成烧伤。

材料和设备

● 一个碗。

● 一支细的生日蜡烛。

● 火柴。

● 一个干净的大玻璃瓶(细颈)。

● 食用色素和水。

1.将蜡烛粘在碗底。(提示:碗底必须擦干,蜡才能附着在上面。)

2.在碗中加入水和一些食用色素,液面靠近蜡烛顶部。

3.点燃蜡烛。

4.将瓶子倒过来套在蜡烛上,瓶口贴紧碗底,使蜡烛位于瓶子中央。

小心观察!蜡烛似乎将水吸进瓶中!蜡烛最终会熄灭,瓶中的水面继续上升。

好了,现在是时候试着解释发生的现象了。大部分人会说,蜡烛消耗了氧气,导致水被吸入瓶中。这有一部分是正确的,但是也有一部分大错特错!确实,氧气占我们周围空气的大约20%,水也似乎上升相应的比例,但是这只是巧合。重复这一演示。这个实验可以一次又一次地重复,只需要每次使用吸管在瓶子中吹入新鲜空气。不要将烛芯打湿,否则就没办法点燃它。

认真观察,我的意思是非常认真!当你第一次将瓶子倒过来套在蜡烛上时,水不会立刻开始上升。实际上,水位先下降!如果烛火消耗氧气,为什么会出现这种情况?这是因为蜡烛燃烧所起的化学反应远不止消耗氧气。实际上,和所有碳水化合物的燃烧反应一样,燃烧蜡烛会消耗氧气,但是会同时产生水蒸气和二氧化碳气体(以及热量)。产生的气体体积实际上大于消耗的气体体积。一开始,超量的气体将水位压低,流出瓶外(大部分人没有注意到这一点)。产生的热量还使瓶子中的空气粒子更快地移动,增大了瓶中的压力,这也是水被压出的原因。

那么,为什么水面又开始上升呢?燃烧反应产生水蒸气之后,这些气体立刻开始冷凝,恢复成液态水,在瓶子里形成小的水滴。这就是瓶子的内部变得潮湿的原因。随着水蒸气的冷凝,瓶子内部的气压下降,外部的气压将水压入瓶中。是的,水不是被“吸”进瓶中,而是被“推”进来的。

别急,继续观察!当蜡烛熄灭后,水位开始快速上升。这是因为瓶子中没有更多的热量产生,空气中的粒子冷却,运动减缓,气压下降。最重要的是,反应产生的所有其他水分子完成冷凝过程,气压下降到最低点。为什么不为学校里的老师做这个演示呢?看看他们能不能解释。在他们提到水被“吸入”瓶中的那一刻,你就抓住他们的小辫子了!

[1].英语中蜜蜂的膝盖(Bee’s Knee)指的是出类拔萃的人。——译注

[2].英语中“糟糕”与“吸”(sucks)是同一个词。——译注

后记

希望你阅读本书时能得到和我写作时一样多的乐趣!如果你想要更多地享受科学的乐趣,为什么不访问YouTube的Make Science Fun频道,订阅我的频道,成为激动人心的科学社区中的一员?实际上,本书中的每项活动、展示和实验都在该频道上出现过。只要在YouTube上用本书活动标题(见“实验项目中英文对照”)和“Make Science”搜索就可以了。提示:先看看视频,再和孩子们一起活动,他们会觉得你是个天才!

如果你需要更多的科学知识,而且孩子还很幼小,那么为什么不访问我的第二个YouTube频道Science For Kids呢?我真的很喜欢制作科学视频!

好了,祝大家顺利、安全,不要忘记“科学很有趣”。

雅各布·施特里克林

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