液氮的乐趣外文翻译资料

液氮的乐趣

原作者 William T.Nolan 和 Thaddeus J. Gish 奥克兰社区学院

摘要：奥克兰社区学院开展了一项外教活动称之为“儿童科学日”的项目。这个项目旨在为6到13岁的儿童提供一个放松享受的环境来探索科学。

关键词：液氮实验 儿童 小组实验

在过去的四年里，奥克兰社区学院开展了一项外教活动称之为“儿童科学日”的项目。这个项目旨在为6到13岁的儿童提供一个放松享受的环境来探索科学。超过600名儿童和家长在最近的活动中分享项目。

学生按年龄分为三个小组参与活动。这些小组由来自科学专业的老师以及独立工作工场的志愿者来进行指导。在这篇论文中我们描述了年幼学生对于液氮实验的兴奋。出于安全考虑，我们仅接受12到13岁的学生。

液氮一直吸引着学生，我们可以生动地回忆起自己的好奇心被激发，我们作为化学学生我们第一次有机会与液氮观察示范经验的惊奇。我们决定尝试一下，让学生实际实验用液态氮。我们描述了以下几个简单简短的实验，12和13岁的学生可以在严密监督下进行安全。 虽然实验旨在刺激他们的好奇心，让他们多少产生对化学的兴趣，我们的主要目标是帮助他们学习一些基本的化学原理。实验室由六个小实验组成，学生约一小时完成。我们允许不超过20的学生参与，最多有十个液氮样品被学生实验用，因为液态氮的样品必须不时地在实验过程中使用，老师有一个助手是必要的。我们发现，最好是有两个助手；这使学生能够更加轻松地和学生交谈。

在开始之前，所有学生都有以下书面实验守则

bull;安全措施清单

bull;引导他们做实验的实验报告

bull;几个图来帮助他们理解物理和化学变化在实验观察中

bull;在实验中使用的关键术语

bull;氮的主要用途概述

我们帮助学生带化学防溅护目镜，然后熟悉安全措施列表，一个接一个，强调液氮极低的温度，我们将采取措施保证它的安全，每组学生给出一个300毫升烧杯。我们告诉他们，我们将在实验过程中添加液氮，我们展示了他们用折叠纸巾绕管为了避免冻伤。最后我们告诉学生，他们需要会做仔细的观察和记录他们的报告，使他们可以与别人交流，就像化学家在做他们的实验时一样。

实验一：物态变化

往烧杯中倾倒约150毫升的液氮；我们告诉学生注意回忆水的沸点。有趣的是，毕竟这是说如何在液氮冷。一些学生要求如果一些热水倒进烧杯。也许他们知道会沸腾的液体只有水，在很热的时候才会沸腾。

我们要求学生注意在暴露的玻璃烧杯口附近形成的白色固体，当我们问他们认为这些物质是什么的时候，几个学生告诉我们，白色固体是霜和水滴。这给了我们一个机会，如果是化学家会怎么做。我们指出化学家会做实验验证结论。他们能够想出更多的实验吗？

一个学生建议刮下一些白色固体，测量其融化的温度，看是否具有与水相同的温度。我们告诉他们，虽然这可能会很难做，也可以被收集一些雾，与水相比。

我们指出固体和白色的雾的观察是定性观察（没有测量），熔化和凝固温度的测定是定量观察。当他们做这个实验画了三相图，图纸帮助他们想象固体液体和气体。我们使用它们来帮助学生理解物态变化的概念，向他们表明分子中各原子的数量和类型（组成）保持不变，在不同物态间变化。

实验二：水的特殊性质

在这个实验中，我们的学生学习的一个重要的特殊性质，水在冻结的时候体积膨胀。他们被告知要加水试管直到大约管，用一块带标记的表面后，他们想起如何用折叠的纸巾来处理冷管，他们被指示慢慢降低试管到液态氮中持续大约一分钟。然后我们让他们取出试管和观察，报告水是否扩大或收缩，当它结冰时，高出了标记一点，指出他们所观察到的体积变化。水的这种变化是可以测量的。然后我们请一位志愿者解释这是什么。

浸渍一朵美丽的花，如康乃馨，有趣的观察学生如何作出反应，当他们发现花瓣的脆弱性。”我们告诉他们，记录他们的观察。

在这个实验中熟悉的现象观察：冷冻水膨胀和破裂的人体细胞的冻伤；在秋天中一年生植物细胞有相同的过程；所有的东西都能与水膨胀，因为它在路面裂缝中结冰，创造了举世闻名的坑洞。

实验三：神秘的液滴

接下来我们将利用这一难得的机会让学生观察一些液态氧的特性，我们让他们慢慢的把两个空试管放入液氮等待约有五分钟，我们问他们试管是否真的是“空”。学生没有困难的回答，氧和氮。我们提醒他们的气态水，在第一次实验中形成霜。我们提到他们呼出的二氧化碳气体和水，都是在他们的细胞中产生的物质。我们的学生将一个测试管和注底液滴。他们被告知要观察液体的颜色，在管形成霜冻使得有些难检测下降的淡蓝色的颜色。但他们发现它不冻结，并且很快消失。

学生不理解这是氧。许多学生认为它是水。我们请他们回答几个问题，引导他们得出结论，它不可能是水。我们要求他们回忆液态氮的温度和在水结冰的温度。我们提醒他们在之前的实验中水冻结的如此迅速。

因为在这个年级的学生不了解气压的意义。涉及一种液体的沸点，我们不讨论沸点的概念，我们只是告诉他们，因为在液氮测试管的温度很低，气体的空气中的氧分子转变为液体状态，当他们撞上墙壁，帮助学生画出过程，我们帮助他们画出气态氧分子转变为液体状态。

实验四：熟悉的化学变化

在这一点上，学生只观察到的物理变化，我们决定让他们进行一个涉及化学变化的实验，我们可以指出在这两个重要类型的实验。我们让学生放第二支试管进入液氮，插入一个燃烧的木夹板旁直到附近的液态氧，凝结在它的表面，并描述他们发生了什么。

我们帮助学生形象化化学变化，绘画很难提供一个氧分子转变为二氧化碳和水分子的过程，我们给他们画那些改变的产品，我们介绍的术语，强调反应物和产物的化学本质上的变化形成新的物质，我们把他们的注意力转移到反应物分子中原子和新模式的产物分子中指出类似的模式发生变化时，在木板中发生化学反应。

最后，学生将燃烧的木板放在液氮烧杯口，观察氮气不能支持燃烧，并记录他们的观察。

实验五：气体的体积与温度之间的关系

我们给了每组学生一些气球，充满气，使他们正好能进入16cm干燥器的碗。我们让他们在颈部打个结，使气体不会泄露，然后放在碗里。

接下来，我们告诉学生轮流浇少量（5毫升）液态氮，等待几秒之后。气球的体积有显著变化，之后停止倒入液氮，让气球在碗里，使它变回房间温度。学生记录他们的观察，气体的体积随温度降低而减小，反之亦然。

学生们非常关注气球，对这些温度的急剧变化。他们想重复实验；但我们夺回他们的注意力时，我们告诉他们，是时候尝试一些冰淇淋了。

实验六：柠檬冰激凌能够多冷，顺滑，轻和美味？

最近文章描述的用液氮制作速溶冰淇淋激发我们的想象，我们相信，这也在提醒他们，所有的食物包括化学品是年轻学生所感兴趣的，我们强调，他们不应该在实验室中品尝任何东西，除非他们的指导老师说，这样做是安全的。然后我们告诉学生，我们将展示如何在短短几分钟内使用液氮做冷的，光滑的，轻的，在密歇根州最美味的冰淇淋。

这也有了另一个机会来强调实验在化学中的重要性，我们告诉学生，许多化学家对别人实验的说法持怀疑态度，要自己亲自检查结果。所以我们告诉他们，这样做是安全的，品尝一个冰激凌不是一个坏主意并且看一下是否真的如我们所说的那么好。

我们使用一个能简单而生产良好的冰淇淋的配方。配方：2夸脱2%牛奶，3杯糖，1 .5杯鲜榨青柠汁（我们从5只柠檬榨的汁），一勺新年的碎柠檬。除了青柠汁都混合在一个大木碗中。青柠汁边搅拌边加入液氮。约3升的液体氮连续缓慢地从一个新的，干净的液氮保存器中取出，缓慢加入并且不停搅拌。

在我们做冰淇淋时，我们告诉学生，因为液氮的温度是如此之低，冰晶没有太多时间形成，产生的冰淇淋会很顺滑，他们是否回忆起沸腾的液态氮的温度？在这个时候，我们也告诉他们液氮会产生大量的气泡，消除气泡需要长时间的使用电动或者手动搅拌。

三到四分钟我们完成了我们的冰激凌，整个“实验”与配方生产了足够的冰激凌，分给了每个学生一个蛋卷冰淇凌勺子，勺子和盘子，唯一的问题是我们遇到的是劝说学生离开实验室去下一个实验场地。

他们不情愿地离开，我们给每一个有兴趣的学生一张证书，签字并注明日期，上面注明了他们的名字，等级，和已经进入的学校。这张证书证明了他们在“没有冻伤的耳朵，鼻子，手指，脚趾的情况下”完成了液氮实验，他们现在是“能够研究更多的化学并且分享所有的快乐和乐趣，由此，学生们很容易受到这些小化学成功的鼓舞。

鸣谢

感谢Christine Ridgway，对学生液态氮的实验进行拍摄，Nancy Thompson帮助准备实验中使用的材料。特别感谢Carol Lubin，继续教育协调员，其规划和组织能力都使奥克兰社区学院的“儿童科学日”获得了巨大的成功。

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