核心概念
物理
化學
密度
液體
簡介
你可能知道當固體物體放入液體中時，它們可能會沉沒或漂浮。但你知道液體也可能沉沒或漂浮嗎？實際上，可以將不同的液體層疊放在彼此之上。關鍵是所有不同的層都必須具有不同的密度。你可以透過選擇幾種具有不同密度的液體，或者透過向一種液體中新增糖或鹽等化學物質來改變其密度，從而進行堆疊。如果你選擇有色液體或在每一層中新增食用色素，你甚至可以在一個杯子裡創造出彩虹般的色彩！想親眼看看嗎？在這個科學活動中，你將一層一層地堆疊幾種液體，並建立一個色彩繽紛的密度柱！
背景
物體是沉沒還是漂浮取決於其密度與放入其中的液體密度相比。所有型別的物質（包括固體和液體）都由許多不同的原子組成。根據這些原子的質量、大小及其排列方式，不同的物質將具有不同的密度。密度是每種化合物的特徵，定義為化合物的質量除以其體積。換句話說，在一定體積內物質越多，該物質的密度就越大。例如，一立方厘米的岩石比一立方厘米的木頭重得多。這是因為在相同體積的岩石中，物質比木頭多得多。
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液體也可能具有不同的密度。例如，室溫下淡水的密度約為每立方厘米一克。任何密度高於水的化合物（無論是液體還是固體）都會沉沒，而密度低於水的物質則會漂浮。你可以透過收集廚房中的幾種液體（如植物油、玉米糖漿、洗碗皂、水、外用酒精等）來親自測試一下。你認為其中哪一種會在水中沉沒或漂浮？在這個活動中找出答案！
材料
玻璃杯或杯子
水
食用色素
剪刀
橡皮筋（寬的）
一小塊蠟
冰棒棍
至少兩個帶有蓋子的小型透明罐子或透明迷你杯子（兩盎司）
永久性記號筆
美紋紙膠帶
三個湯匙
深色玉米糖漿
植物油
硬幣
紙巾
外用酒精、洗碗皂和其他液體（可選）
糖（可選）
準備工作
在可以容忍所有液體溢位的工作區收集所有材料。
在杯子裡裝滿自來水，並在水中加入幾滴食用色素。
請一位成年人幫助你剪裁併準備小塊（約0.5 x 0.5釐米）的橡皮筋、冰棒棍和蠟。
將兩個空罐子放在你面前（不帶蓋子），用膠帶和永久性記號筆將它們標記為“1”和“2”。
步驟
取一個乾淨的湯匙，將兩湯匙玉米糖漿倒入罐子1中。
用第二個湯匙，小心地將兩湯匙有色水倒入罐子1中，放在玉米糖漿的頂部。玉米糖漿頂部的水會發生什麼？它會混合還是保持分離？
使用第三個乾淨的湯匙，將兩湯匙植物油倒入罐子“1”中，放在有色水的頂部。你看到液體混合了嗎？油會發生什麼？它是漂浮在頂部還是沉到底部？
現在取空罐子2，加入相同的液體，但順序相反。首先倒入兩湯匙植物油。
接下來，在頂部加入兩湯匙有色水。這次水會發生什麼？它會留在頂部還是沉到底部？
用一個新鮮的湯匙，小心地將兩湯匙玉米糖漿倒入罐子2中，放在水的頂部。玉米糖漿是漂浮在其他液體之上嗎？與水和油相比，它會沉在哪裡？
等待一兩分鐘，讓所有液體在罐子1和2中沉澱。然後檢視兩個罐子，比較不同液體的分層方式。罐子1和2之間有區別嗎？你預料到這個結果了嗎？你認為為什麼會以這種方式分層？
現在拿起罐子1，用蓋子蓋上。小心地將其倒置，然後再次放在桌子上。觀察不同的液體。每種液體會發生什麼？倒置後它們是如何分層的？你知道會發生這種情況嗎？
幾分鐘後，將倒置的罐子1與罐子2進行比較。你現在看到分層有任何差異嗎？每種液體會發生什麼？
準備好你所有剪下來的物體和硬幣，然後將硬幣放入罐子2中。硬幣會發生什麼？
接下來，拿起橡皮筋，將其放入罐子2中。用冰棒棍將橡皮筋一直推到罐子底部。確保它不會粘在底部並且可以自由漂浮。然後放開。橡皮筋會沉在哪裡？它會漂浮在頂部、中間還是坐在底部？
現在將蠟塊放入罐子2中。再次，將蠟塊一直向下推入罐子，但要確保它不會粘在罐子的底部或側面。它應該能夠自由漂浮。蠟塊會發生什麼？它與橡皮筋相比會沉在哪裡？
最後，拿起冰棒棍，將其放入罐子2中。用勺子或冰棒棍將其淹沒，等待其沉澱在其中一層。冰棒棍片漂浮在哪一層上？
檢視你放入罐子2中的所有四個物體，並比較它們的位置。它們是都沉澱在相同還是不同的液體層中？如果它們在不同的層中，你認為這是為什麼？
最後，拿起仍然倒置的罐子1，用力搖晃。然後將其放回桌子上（這次是正面朝上）。觀察發生的情況約五到十分鐘。當你搖晃罐子時，是否有任何層混合？五到十分鐘後，分層看起來如何？
額外嘗試：使用三種液體（植物油、玉米糖漿和有色水），有六種不同的組合可以在彼此之上新增不同的層。嘗試所有組合，每次都更改新增不同液體的順序。你總會得到相同的分層結果嗎？
額外嘗試：在此活動中，你有三層不同的液體。你能找到其他可能形成第四層或第五層的家用液體嗎？一些可以嘗試的液體包括外用酒精或洗碗皂。你認為它們會在你的密度柱中沉在哪裡？
額外嘗試：你甚至可以使用相同的液體（例如水）製作密度塔。你只需透過向其中新增不同量的糖來改變其密度。嘗試三層不同的水層——每一層都具有相同體積的水，但其中一層新增一茶匙糖，一層新增兩茶匙糖，一層新增三茶匙糖。在每種液體中新增不同的顏色，以更清楚地看到這些層。哪一層在頂部，哪一層在底部？糖量如何改變水的密度？如果這次你搖晃罐子或將其倒置，會發生什麼？
額外嘗試：嘗試尋找可能在密度柱的不同層中沉沒或漂浮的不同物體。它們會在哪一層沉澱？
額外嘗試：你可以透過將相同體積的每種液體倒入不同的杯子中，然後稱量每種液體的重量，來找出三種液體的密度差異有多大。質量差異有多大？這些結果與你發現的液體分層方式一致嗎？
觀察和結果
你是否成功地將所有三種液體疊放在彼此之上，以建立一個色彩繽紛的密度柱？實際上，將三種不同的液體新增到罐子中的順序無關緊要；這些層最終總是相同的：玉米糖漿沉澱在底部，有色水在中間，植物油漂浮在頂部。這是因為玉米糖漿的密度是所有液體中最高的，約為每立方厘米1.4克，而水的密度在室溫下約為每立方厘米1克。植物油比水輕，密度約為每立方厘米0.9克，因此漂浮在水面上。即使你將罐子倒置，由於它們的不同密度，這些層也會重新排列到原始順序。如果你進行了額外的活動並稱量了每種液體的相同體積，你應該發現玉米糖漿最重，其次是水，然後是植物油。
你放入罐子2中的物體會根據它們自身的密度沉澱在密度柱中。橡皮筋可能沉澱在玉米糖漿的頂部，而硬幣一直掉到罐子的底部。蠟應該位於水層的頂部，而冰棒棍應該一直漂浮在植物油的頂部。最後，如果你用力搖晃罐子，你可能會觀察到植物油仍然分離並漂浮在頂部，但玉米糖漿和水層開始混合，並且不再容易分離。這是由於不同液體的可混溶性。如果液體的化學結構差異很大，使得一種是極性的，另一種是非極性的，它們將不會混合，並且始終保持分離。對於非極性液體油和極性液體水來說是這樣。另一方面，玉米糖漿具有與水混合的能力，因此可以溶解在水中。這就是你用力搖晃罐子時發生的情況。
你可以嘗試更多物體和液體來建立更多層；這僅僅是一個密度問題，它將決定它們在密度柱中沉澱的位置！
清理
你可以將罐子中的所有液體倒入下水道。清理任何溢位物。
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