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水的相變與循環

化學建議年齡: 10–14

水為什麼能離開液面,又怎樣變回小水滴?

從粒子運動和能量轉移解釋蒸發、凝結、降水與匯集怎樣連接成循環。

學習目標

  • 用粒子模型區分液態水與水蒸氣。
  • 把蒸發和凝結與能量轉移聯繫起來。
  • 根據溫度變化預測相變方向。

開始前

  • 知道物質由微小粒子構成。
  • 會讀攝氏溫度和簡單箭頭圖。

互動科學實驗

  1. 1蒸發
  2. 2凝結
  3. 3降水
  4. 4匯集

正在準備互動模型…

正在準備互動模型…

定性教學模型:數值和圖示用於比較趨勢,並非精密測量。

邊觀察,邊解釋

依次完成四步。按鈕會把互動模型切換到對應觀察狀態。

  1. 水吸收能量時,粒子平均運動更快。液面上一些粒子能夠克服相互吸引而成為看不見的水蒸氣;蒸發在沸點以下也能發生。

    你的任務: 提高溫度,觀察離開液面的粒子數量怎樣變化。

  2. 水蒸氣向較冷環境轉移能量後,粒子運動減慢並聚集成液滴。可見的雲滴是液態水,不是水蒸氣本身。

    你的任務: 增加濕度或降低溫度,觀察液滴在哪裡形成。

  3. 液滴碰撞、合併並長大;當重力作用足以使它們下落時就形成降水。下落是位置變化,不是新的相變。

    你的任務: 觀察小液滴怎樣合併,指出開始下落前發生的變化。

  4. 落下的液態水在低處匯集。物質沒有消失;當水再次獲得能量,液面上的蒸發又可開始,使過程循環。

    你的任務: 沿箭頭追蹤水回到液面的路徑,說明循環中哪些過程改變了物態。

把現象連成解釋

蒸發不是沸騰

蒸發只需液面上一部分粒子具有足夠能量,所以可在許多溫度下發生。沸騰則在達到相應壓力下的沸點時,液體內部也形成氣泡。

守恆與循環

相變不會把水變成另一種物質。粒子的排列和運動改變了,H₂O 仍是 H₂O;在封閉模型中總粒子數保持不變。

檢查理解

1一杯水沒有沸騰,水量仍緩慢減少。最合適的解釋是?
2冷杯外出現小水滴,最可能發生了什麼?
3凝結時,水向周圍環境怎樣轉移能量?

可列印學習單

先獨立完成練習頁;答案和解釋在獨立一頁。

化學

水的相變與循環

姓名:________________日期:________________

水為什麼能離開液面,又怎樣變回小水滴?

  1. 一杯水沒有沸騰,水量仍緩慢減少。最合適的解釋是?
  2. 冷杯外出現小水滴,最可能發生了什麼?
  3. 凝結時,水向周圍環境怎樣轉移能量?

解答頁

水的相變與循環

  1. 液面上部分粒子有足夠能量進入氣體

    蒸發可在沸點以下發生;離開的仍是 H₂O 粒子。

  2. 空氣中的水蒸氣凝結

    附近水蒸氣向冷杯轉移能量,聚集成液滴。

  3. 水向周圍釋放能量

    氣體變液體時,水把能量轉移給較冷的周圍環境。