PDF《科别：生活与应用科学》

科别:生活与应用科学组别:国小组作品名称: 漫步在云端 --- 我的梦想制造机 关键词:棉花糖、熔解、离心力 编号:080812 学校名称: 桃园县芦竹乡新兴国民小学 作者姓名: 陈中宽、陈渊文、简如君、游佩琳 指导老师: 姚甸京、陈淑W

1 漫步在云端 --- 我的梦想制造机 壹、研究动机: 这学期中我们学校办了一场盛大的校庆园游会,在园游会的众多摊子 中,最吸引小朋友的就是那像云一般白泡泡、幼绵绵的棉花糖了.

卖棉花 糖的摊子旁总是围著许多好奇的小朋友,大眼睛看著那卖棉花糖的阿伯 「变魔术」 .只见阿伯一手将一些糖放入棉花糖机的小洞中,另一手拿著魔 术棒(竹签)转呀转,一下子一支又膨又的棉花糖,就变出来了.让大家 都忍不住拿出点券向他购买,看著阿伯一支接著一支的卖出去,真是好好 赚喔! 我们几个人也凑了过去,想看个究竟,看看这一粒粒的糖,是如何变 成一丝丝的糖丝呢?这台不停旋转的机器到底藏有什麽秘密和机关呢?我们 边看、边吃、边讨论著,还记得在五年级的时候,我们就教过「热对物质 的影响」那时老师就是让我们煮糖并且观察砂糖受热以后的变化情形,另 外上到「电磁铁与电动机」的单元时,我们就讨论过电动机在日常生活中 应用的例子,像是脱水机、棉花糖机的动力来源都是靠内部安装的马达在 运转. 既然这些事情都是我们学过的,何不「学以致用」自己动手做棉花糖, 自己当老板?亲身体验那种完成棉花糖时漫步在云端的感觉呢?为了t解 棉花糖形成的经过,我们便想到要自己制作一部简易的「棉花糖机」--- 一部属我们的梦想制造机,更进一步的我们还要改变棉花糖的口味,创造 属於我们自己的「独家」棉花糖. 贰、研究目的:

一、探讨「棉花糖」的成因.

二、探讨影响「棉花糖」形成的各种因素.

三、运用日常生活中可得的材料,制作一部「棉花糖机」 .

四、学习如何改变「棉花糖」的口味,使科学生活化.

2 参、研究流程: 资料收集与讨论 棉花糖机的制作 形成及影响因素 结果与检讨 设计 组装 测试 完成 改进 肆、研究器材:

一、材料:特级一号砂糖、特级二号砂糖、精致细砂糖、红糖、冰糖、牛 奶糖、水果软糖、巧克力、食盐、醋、柳橙汁(100%纯果汁)、 葡萄汁(100%纯果汁).

二、器材:竹筷、天平、马表、温度计、酒精灯、烧杯、马达、电池组、 玻璃试管、弹簧秤、工业用酒精、铝罐、弹簧、水桶、塑胶绳… 等等. 伍、研究过程:

一、拜访制造梦想的阿伯 我们老师最常说的一句话就是「站在巨人的肩膀上,可以让我们看得 更远」,所以我们迈向梦想的行动的第一步,就是「站在阿伯的旁边,可 以让我们看到梦想」.只看著阿伯将一点点的白砂糖倒入制棉花糖机里, 然后再拿一支竹签在棉花糖出口等待,不一会儿功夫,只见那棉花糖出口 徐徐吐出白白的糖丝,然后阿伯开始有技巧的转动手上的那支竹签,只见 吐出来的棉丝依附在竹签上,越卷越大球,当吐完棉丝时,一支又膨又 的棉花糖就从阿伯的手上诞生了,接著再将制好的棉花糖套到长型的塑胶 袋上,末端再用小橡皮筋绑起来,就可以挂起来卖了.

3 有时,阿伯会加入其他颜色的糖,就可以制作出各种颜色的棉花糖, 当然也有一支棉花糖上有多种颜色的彩色棉花糖,也就是分批倒入各种颜 色的糖即可制作出一枝彩色的棉花糖. 在享用这入口即化的棉花糖之余,也不忘记请教阿伯一些商业机密, 想问问看这神奇的棉花糖究竟是如何制作出来的,阿伯(用台语)说:「这 真简单啊,你就把糖放入去机器中央的洞内底,啊这下脚有瓦斯在烧嘛, 糖就会融去,啊中央这粒有马达在给伊转,直直转、直直转啊,糖丝就会 从旁边的细孔喷出来嘛,你阁用长签仔把伊接起来就好啊」 阿伯讲的很容易,我却得有点吃力,满脸疑惑的看著阿伯,阿伯似 乎也看出我不太能理解他的话,便说:「阿伯,无读册啦!干那会晓做,阮 无晓讲、无晓解释啦!无汝去问您老师啦!」虽然脑袋里装了一些似懂非懂 的解答,至少,从阿伯的口中我们得到了一些讯息,那就是: 1. 阿伯所用的糖是一般日常用的白砂糖,那些有颜色的糖是由白砂糖 加上一些色素做成的. 2. 一粒粒的白砂糖要变成棉花般的糖丝糖需要靠底下的瓦斯加热. 3. 要靠马达转动一个有很多小洞的铁盒子,受热熔化后的糖浆才会从 洞里面「喷」出来,形成糖丝.

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二、 糖会变「态」喔! 棉花糖的主要原料是砂糖,我们就把砂糖拿来加热,观察并且纪录 砂糖加热后的变化状况: [实验一] 观察糖的熔化 操纵变因:加热的时间 控制变因:容器、加热温度、加热火力. 应变变因:精致细砂糖的变化 器材:卡式炉、石绵心网、温度计、马表、精致细砂糖

50 公克. 方法: 1.取精致细砂糖

50 公克装入加热容器中加热. 2.用烹饪专用温度计(最高可到

200 度)测量砂糖温度变化的情形 . 3.加热到材料完全熔化成为液态、沸腾后将火熄灭. 4.观察并纪录砂糖加热后的变化情形. 实验结果:结果发现如下列表一所示: 表一砂糖加热熔化的观察纪录 时间(分)

0 30 1'

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30 2'

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30 3'

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9'

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温度(℃)

25 28

30 40

49 62

74 82

94 113

127 137

200 203

200 198

200 200

200 200

200 观察记录重50 克,白色结晶状白色结晶状底部略有融化需要搅拌避免烧焦淡黄色半透明液态出现开始冒小泡泡有白烟底部已熔成糖浆大部分熔成糖浆、表面仍有砂糖颗粒已经全部熔成糖浆,搅拌时仍可见细小颗粒已经全部熔成糖浆呈现琥珀色颜色转为褐色开始滚烫冒出许多泡泡在数秒内温度急速上升冒出许多烟冒烟、味道呛鼻颜色成黑褐色颜色成黑褐色、浓稠的糖浆不断的滚烫、冒大泡泡黑褐色的糖浆、有呛鼻的焦味快烧乾了、不断冒出浓烟实验停止、重44 克5020

40 60

80 100

120 140

160 180

200 0

3 0

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3 0

9 '

9 '

3 0

1 0 '

时间(秒) 温度(℃) 图一 砂糖加热熔化的温度纪录 讨论: 1.由上表我们可以知道,原本是固态、结晶状的砂糖在温度上升到 40℃时, 便有熔化的现象产生,等到加热到 100℃-120℃时,碗里的砂糖会全化 成液态的糖浆,而到了 150℃左右时,糖将开始沸腾而出现烧焦味,而 此时温度便在几秒钟之内急速上升至 200℃左右(温度计的最大值,实际 的温度可能比 200℃还高),糖浆也逐渐烧乾. 2. 因为糖是一种碳水化合物,也就是由碳、氢、氧三种元素所组成.糖加 热之后熔化变成糖浆,再继续加热,氢和氧会结合变成水蒸气跑掉,剩 下来的是黑色的碳.所以白砂糖经过加热后,会起种种的化学反应呈现 褐色便成焦糖,最后成为碳化的硬块. 3.呈现液态的糖浆在离开火源、停止加热之后,便开始凝固.我们用筷子 沾糖浆,发现可以拉出细细长长的糖丝,原本热热软软的糖丝约过 2-3 秒后就转为冷、硬的固态糖丝了.如果和棉花糖的糖丝相比较,我们所 拉出的糖丝比较硬而且也比较粗.

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三、无形的助手 ---「离心力」 在「观察糖的熔化」的实验中,我们观察到原本是颗粒结晶状的砂糖 如果要变成糖丝的话,需要经过加热才会熔化,然后再藉著外力加以「拉长」才能使砂糖成为糖丝.但是,棉花糖的制作并不是用手拉出来的,况 且单单用手也拉不出这麽多而且蓬的糖丝. 在访问卖棉花糖的阿伯的时候,我们观察到棉花糖机是靠著马达带动 一个有洞的铁盒子,糖浆才会从洞里面「喷」出来然后形成糖丝.这制作 棉花糖的过程,让我们联想到「脱水机」,这个和脱水机运用离心力将衣 服中的水分脱出的运作情形有些相似,因此,我们便做了以下的实验想要 来探讨什麽是「离心力」. [实验二] 材料:小马达、小片纸板、细绳、3 号电池. 方法:在马达转轴上用细绳绑上一块小纸板 (如图二所示),之后启动 马达. 图二 实验二所用之器材 结果与讨论: 1. 马达静止时,小纸板与地面呈现近垂直的角度,当马达转动 时,小纸板开始飘起,马达的转速越快,小纸板飘得越高, 而最大的角度也几乎与地面呈平行. 2. 在此实验中,我们看到小纸片因离心力而飘起但是无法观察 到纸片被「拉」出去,或是绳子被拉长的情形.

7 图三 启动马达后,小纸片因离心力而飘起. [实验三] 材料:水桶、塑胶绳、弹簧两条. 方法:将小水桶的提把先套上两条弹簧,并将细绳系在弹簧上(图四). 实验时先在小水桶中盛一些水,再把细绳牢抓在手中,然后使盛 水的小水桶快速的旋转. 图四 实验三所用之器材

8 结果:1.在快速旋转之下,小水桶中的水并不会被甩出来,同时会感觉到 一股向外的拉力. 2.我们可以明显的观察到弹簧被离心力拉长的情形(图五). 图五 当旋转水桶时,弹簧会因为离心力的作用而有拉长的现象. [实验四] 材料:空铁罐、筷子、橡皮筋. 方法:1.在空铁罐的侧面底部钉出一排的小孔. 2.在罐口穿过一支竹筷,并在筷子的两端套上橡皮筋(图六). 3.实验时,在罐子里装一些水,提起罐子,向同方向旋转 几十次使橡皮筋扭紧,再放开手使罐子快速旋转. 图六 实验四所使用的器材

9 结果:1.当罐子静止时,罐子中的水只会慢慢的向下渗出来. 2.当罐子在旋转时,罐里的水会被甩出来,罐子旋转的速度越 快,所甩出的「水线」与地面也更为平行(图七) . 图七 罐子在旋转时,罐子所甩出的「水线」与地面较平行. 实验小结: 1. 由以上的三个实验,我们可以知道,物体在旋转或做圆周运动时, 会产生一股向外甩出的力量. 2. 从图书馆及网路上所搜寻到对於离心力的进一步说明: 「当物体做 圆周运动时,因其运动方向随时改变,故物体本身具有之惯性将会 产生一惯性力.而其惯性力之方向为远离圆心,此一力量即是称为 离心力」 . 3.由实验四我们可以推论得知,糖浆在高速转的棉花糖机中,会因为 离心力的作用,会从容器旁边的小洞喷出来,遇到空气后温度降低 而凝固,形成糖丝.

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四、我的梦想制造机 --- 棉花糖机的制成 从访问卖棉花糖的阿伯到煮糖浆以及对於离心力的探讨后我们可以 知道,棉花糖之所以能由结晶的糖粒变成细丝状,首先要把糖加热溶解 成浓稠的糖浆,加热过后的糖浆,需要靠外力去「拉」他,才会成为细 丝状,从观察中发现,棉花糖机的中间有一个高速旋转的铁罐子,加入 砂糖后,制造棉花糖的机器,会以高速旋转产生离心力,此时,糖浆受 到离心力,就会像脱水机脱水的原理一样往外喷射出去,而且经过细孔 或网子时,会变成细细的 糖浆注 ,并且接触到空气后急速冷却,就 成了细丝状的固体,此时,只要拿一根竹棒把这些丝 黏集 起来,就 成了蓬的棉花糖了. 因此,想要做出棉花糖,必先要有一部棉花糖机,经过了数次的讨 论、设计、组装、测试、改进…,逐步完成我们的棉花糖机器,我们分 为以下三区介绍:

(一) 中心区: 组装过程与想法: 原先是利用铁质的小瓶盖以及罐头盒在其底部四周用铁钉打上 小洞,作为中心装糖浆、射出糖丝................