七上八下-制作伽利略温度计

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1、七上八下－製作伽利略溫度計作者：805黃博嵩指導老師：杜雯華老師一、研究動機最近的理化課本正好講到熱與溫度，其中的一兩小節有提到溫度計。我們平常最容易看到的便是酒精與水銀溫度計，再者就是耳溫槍、液晶溫度計了。這時就有了疑問：如果定體積膨脹的水銀、酒精溫度計發明之前（當然耳溫槍、液晶溫度計就別提了！）人們是怎樣去思考溫度測量的客觀標準，或是試著使用別的原理來製作？於是我們就展開研究了！二、研究目的1.深入了解伽利略溫度計之原理。2.使用唾手可得的資源做出溫度計。3.比較所製造之兩種伽利略溫度計有何差性。4

2、.比較製造出來的溫度計與實際應用的溫度計有何差別。三、實驗器材五公升的寶特瓶附蓋的小玻璃瓶4個（約300ml）保鮮膜橡皮筋水熱水冰塊筷子美工刀大玻璃瓶（約2000㏄）裝泡麵的保麗龍碗圖釘4個剪刀酒精溫度計1支四、研究過程第一種溫度計1.先將約5公升的保特瓶切除上半部，成為一個小水桶。倒入自來水至水桶放置約一小時，控制常溫為33℃。2.將四個玻璃瓶標上A、B、C、D後，加入90ml的水。3.將A瓶染成黑色，B瓶為綠色，C瓶紅色，D瓶藍色後蓋緊蓋子，以方便區分。4.先放入A瓶至水中，微調使其剛好浮在水面下。

3、之後加入熱水，讓水變溫成40℃後再放入B瓶，依照A瓶的步驟再讓B瓶浮在水面下。5.之後，用冰塊將水溫降溫至20℃放C瓶，10℃放D瓶。6.開始測試，以6℃為最低溫度依序升溫，50℃為最高溫度依序降溫。第二種溫度計1.將保麗龍碗剪成四片長寬約3cm的正方形片，再將圖釘釘在正方片中央。2.將釘了圖釘的正方片標上A、B、C、D，放入裝了五分滿自來水的圓筒狀玻璃瓶中。（水溫為33℃）3.用剪刀剪正方片，使其能夠沉下去，才能造成變化。4.先放入A正方片至水中。之後加入熱水，讓水變溫成40℃後再放入B正方片。5.之

4、後，用冰塊將水溫降溫至20℃放C正方片，10℃放D正方片。6.開始測試，以6℃為最低溫度依序升溫，50℃為最高溫度依序降溫。五、實驗結果第一種溫度計（標紅色之溫度為該指標物到瓶底者）情況名稱從6℃加熱（小瓶子下沉）B瓶38℃~42℃A瓶30℃~34℃C瓶18℃~22℃D瓶7℃~11℃ABCD五、實驗結果第一種溫度計（標藍色之溫度為該指標物到水面者）情況名稱從50℃降溫（小瓶子浮起）B瓶43℃~47℃A瓶33℃~37℃C瓶20℃~24℃D瓶12℃~15℃ABCD五、實驗結果第二種溫度計（標紅色之溫度為該指

5、標物到水面者）情況名稱從6℃加熱（正方片浮起）B正方片37℃~41℃A正方片29℃~32℃C正方片19℃~21℃D正方片7℃~10℃ABCD五、實驗結果第二種溫度計（標藍色之溫度為該指標物到瓶底者）情況名稱從50℃降溫（正方片下降）B正方片42℃~44℃A正方片32℃~35℃C正方片20℃~23℃D正方片13℃~16℃ABCD六、結論1.從第一種溫度計的實驗中，我們可以知道，當溫度升高時，小瓶子會下沉，當溫度下降時瓶子會浮起。2.從第二種溫度計的實驗中，我們得知，溫度升高，正方片會浮起，溫度下降時則會下

6、沉。六、結論另外從實驗中我們可以知道：1.指標物欲從底部到水面，或從水面到底部的溫度差約為2~4℃2.兩種溫度計中任一指標物升溫和降溫時停止變化的溫度點之溫差約為1~3℃，也恰好與該指標物放置時的溫度約略相似。七、討論Q1：為什麼指標物有此浮沉現象？A1：這種溫度計並不單只是以酒精或水銀「熱脹冷縮」使其體積變化的原理來呈現的，而是加上以溫度的變化，使桶子中的水產生「密度」的變化，指標物才會在桶中造成浮浮沉沉的奇妙現象，這稱為「伽利略溫度計」。七、討論Q2：為何兩種溫度計的變化現象不同？A2：因爲氣體膨脹

7、量＞液體＞固體。而保麗龍所做成的正方片中含有空氣，溫度變化時，空氣的體積變化量大於水，小瓶子恰恰相反，所以兩者的變化情況才會不同。七、討論Q3：雖然這兩種伽利略溫度計都是以「桶中的水的質量不變，體積變化所以密度也跟著變化。」的原理來測知溫度的改變。但是其中有何差異及其優劣性？A3：以實驗數據來看，兩者相差不顯著。但第二種操作起來較方便，指標物也方便添加。七、討論Q4：這種溫度計與我們實際使用的溫度計的差別與其優劣性為何？A4：依我的論點來看，實際使用的溫度計的差異性比兩種伽利略溫度計低，但這是廢物利用下

8、的產物。七、討論要製作良好的溫度計，有四項要素1.體積小2.變化量固定3.靈敏4.精密度高，其實這兩種溫度計都不合格。市面上也有販售伽利略溫度計，以第一種較為常見，其中指標物都已精密的測量、調整過，而且裡面的玻璃球染上不同的顏色，價錢令人傻眼！小小一個，可能就要幾千塊。第一種溫度計精密製作的技術不是我能掌控的，我想我會朝第二種溫度計繼續發展。（如指標物材質、外圍控制之液體……等）八、參考文獻1.中華百科全書（7）台灣書局p.2192~219