核心概念
- 物质可以是固体、液体或气体。
- 冰融化是状态变化——固态的水变成液态的水。
- 材料各有性质，有些材料比别的更能减缓热的传递。
你身边的一切都是物质，而物质通常有三种形态：固体、液体和气体。水很特别，因为这三种你都能看到——冰是固体，水是液体，水蒸气是气体。冰融化并不是消失了，而是从固体变成了液体。这个变化之所以发生，是因为热量从较暖的房间传进了冰里。这一周你要设法把它拖慢。不同的材料——锡箔、棉花、纸巾——让热量通过的速度并不一样。能减缓热传递的材料叫作绝热材料，找出最好的那一种就是你的任务。
需要掌握的词
- 固体
- 能保持自己形状的物质，比如一块冰。
- 液体
- 会流动、并且随容器改变形状的物质，比如水。
- 气体
- 会扩散并充满空间的物质，比如水蒸气或空气。
- 状态变化
- 物质改变形态，比如固体融化成液体。
- 绝热
- 减缓热量从一个地方传到另一个地方的材料。
- 热
- 从较暖的物体传向较冷物体的能量。
实验： 冰块融化绝热挑战
先做预测
在动手拿材料之前，先写下你认为这个实验会发生什么，以及为什么。先做预测，才把动手变成科学。之后你要把预测和真正观察到的结果做对比。
步骤
- 1
提问：哪种材料能让冰块保持冻结最久？
- 2
用不同的材料分别包住每块冰。留一块什么都不包——那是你的对照组，用来做比较。
- 3
预测：把这些材料从保冷最好到最差排个序。把你的排序写下来。
- 4
公平测试：使用同样大小的冰块，全部放在同一个房间，并同时开始。
- 5
观察：每 10 分钟检查一次。注意哪些冰块化得最快，哪些还是固体。
- 6
记录哪种材料让冰保持冻结最久，以及每一种化出了多少水。
- 7
改进：拿你最好的材料，再加一层，或把两种材料组合起来，测试冰是否能撑得更久。
为什么会这样
房间比冰暖，而热量总是从较暖的东西流向较冷的东西。热量进入冰里，给固态的水足够的能量变成液态的水——这就是融化。棉花和泡沫这类好的绝热材料里充满了被困住的空气，而被困住的空气传热非常慢。所以里面的冰能更久保持低温。又薄又密实的材料让热量更快通过，那块冰也就化得更早。
工程师如何运用它
工程师到处都在用绝热：保温箱和保温杯里用它来保冷或保热，房屋墙体里用它来省能源，冬季外套里用它来留住体温。为具体任务挑选合适的材料，正是你在这个挑战里做的事。
你注意到了什么？
回头看看你的预测和结果，然后一起讨论这几个问题。
- 哪种材料绝热效果最好？哪种最差？
- 你觉得那块没有包裹的冰（对照组）为什么重要？
- 融化冰块的热量是从哪里来的？
- 这些材料里，你的冬装中有哪一种？
反思
写下哪种材料让冰保持冻结最久，并用一句话解释你认为它为什么效果最好。
小挑战
用手边的材料设计一个迷你「保温箱」，让冰块保持冻结最久。
想再深入一点吗？
测试冰块在阳光下还是阴凉处融化得更快。冰块大小要保持一致。
结束之前
- 我用不同材料准备了同样大小的冰块，还留了一块不包的作对照。
- 我预测了哪种材料效果最好。
- 我在一段时间里检查并记录了融化情况。
- 我能说出固体到液体的状态变化，并解释融化。
- 我改进了最好的绝热方案，并再测了一次。
做完实验和反思了吗？把本周标记为完成，就能记录你在这门 6 周课程中的进度。
实验笔记
一边做一边写下自己的科学笔记，它们遵循你这周用的同一个循环。笔记只保存在本设备上，不会发送到任何地方。你也可以打印本课，用手写。
你想弄清楚什么？
你原本以为会发生什么，为什么？
为了做到公平测试，你只改了哪一样？
你看到、听到或量到了什么？
把你观察到的当作证据。
你会改什么来让它更好用？
把发生的事画下来
画出你的实验或改进后的设计，并把你改动的部分圈出来。