0360101天氣的變化
01大氣中的水
1-1雲和霧
自然界中的海洋、湖泊和河川等地方有水外，水也會以水蒸氣的形態存在於空氣中。溫度的高低變化會使水的形態改變。當氣溫改變時，大氣中的水又有哪些變化呢？
大氣中的水會有水、雲、雨、霧、露、霜、雪等各種不同的形態在大氣中變化。
空氣中的水蒸氣，遇冷後可能會附著在灰塵、鹽粒等物質上，變成微小的水滴或冰晶，飄浮在空中，就是我們看到的雲。
高空中的水蒸氣附著在凝結核（灰塵、鹽粒、煙粒等微小顆粒）上，凝結成小水滴飄浮在空中，這些看得見的小水滴或冰晶就是「雲」。
空氣中的水蒸氣，遇冷後可能會附著在灰塵、鹽粒等物質上，凝結成小水滴，若發生在地面附近，且水平方向能見度不足一公里，稱為霧。
在接近地面形成的小水滴就是霧，當潮溼的空氣遇到冰冷的地面或水面時，空氣中的水蒸氣遇冷會凝結成小水滴，形成「霧」。
凝結核
水蒸氣冷卻凝結為小水滴時，空氣中必須有微小的顆粒供水蒸氣附著，這些微小的顆粒稱為「凝結核」。例如：灰塵、鹽粒、煙粒。
Q：在自然界中哪裡有水？
A：在自然界中的海洋、湖泊和河川等地方有水外，水也會以水蒸氣的形態存在於空氣中，但我們看不見水蒸氣。
雲和霧是空氣中的水蒸氣凝結而形成的，一起做個模擬實驗來觀察。
模擬水蒸氣的凝結
1.將熱水倒入100ml的量筒中約1/3高，再插入點燃的線香，使它產生煙粒。
2.將裝有冰塊和水的塑膠袋（冰袋）蓋住量筒上方。
（冰塊加一些水，可讓塑膠袋下垂，完全封住量筒開口）
3.移去冰袋，觀察量筒中的現象。
在量筒的上方放冰袋，袋中除了冰塊還要加一些水，讓冰袋可以稍稍下垂，增加冰袋與量筒的接觸面積。
討論
1.量筒內為什麼要加入熱水？
為了藉由熱水溫度高產生水蒸氣的速度較快來製造水蒸氣，模擬生活中的水蒸氣。
量筒上方覆蓋冰袋的目的是什麼？
要讓量筒內的水蒸氣遇冷降溫用。（藉由冰塊產生的低溫模擬高空中的冷空氣）
2.插入線香產生的煙粒有什麼作用？
提供讓水蒸氣凝結的凝結核。
3.根據實驗結果，雲和霧是怎樣形成的？
水蒸氣接觸冰袋降溫，凝結在線香煙粒所形成的凝結核上，產生白色的人造雲、人造霧。
1-2 雨、露、霜、雪
除了雲和霧外，生活中還有哪些是水造成的天氣現象呢？
還有雨、露、霜、雪等不同的形態。
查查看，這些現象的成因是什麼？
形成時的溫度和位置。
Q：是什麼原因造成天氣現象有這麼多種變化呢？
A：因為溫度的不同，導致水有各種不同的變化。
雲中的小水滴或冰晶聚集變大，愈來愈重時便會掉落到地面。小水滴直接掉落，或者冰晶掉落時融化成水，就是下「雨」。
小水滴大多數飄浮在空中，當有些小水滴聚集，這些較大且重的水滴會開始下降，而在降落過程中與其他小水滴碰撞，合併成為更大的水滴，最後降落到地面，就成為「雨」。
雲中的冰晶在掉落地面過程中，如果沒有融化，直接落到地面，就是下「雪」。
雲中的溫度過低，除了原有的冰晶外，雲中的小水滴也有可能再結成冰晶，當雲中的冰晶互相碰撞成六角形的雪花，落至地面仍未融化就是「雪」。
在晚秋及冬季清晨，很容易看見露水，而在高山上則容易看到霜。露和霜有什麼不同嗎？
露是液態，霜是固態。兩者形成時的溫度不同。
晴朗無風的夜晚，空氣接觸到溫度較低的物體或葉子，這時空氣中的水蒸氣，會在物體或葉子上凝結成小水滴這就是「露」。
清晨時，經常可以看到樹葉或路邊的車窗上有露水，在寒冷的冬天或高山上則容易出現霜。露水是液態的、透明的物質，霜則是白色固態的物質。
空氣中的水蒸氣遇到非常冷（低於 ０℃）的地面物，就會形成碎冰狀的結晶，這就是「霜」。
當空氣中的小水滴遇到非常冷的地面物（溫度低於０℃），會凝固為碎冰狀的結晶，就是「霜」。
露和霜都是水蒸氣變成的，但是形成時的溫度不同，形態也不相同。
想一想，怎麼在教室裡製造類似露和霜的物質？
利用鋼杯、碎冰、水、鹽和溫度計實驗。
製造露和霜
1.在杯內加入碎冰和少許的水並測量冰水的溫度。
2.在杯內加入50克的鹽，並用湯匙攪拌。
3.測量溫度並觀察鋼杯外壁變化。
討論
1.製造露的實驗時，將碎冰加入水中的目的是什麼？
加碎冰可以使水的溫度降低。
2.製造霜的實驗時，加鹽前後容器內的溫度有什麼不同？
加鹽後，容器內的溫度降更低。
3.製造露和霜實驗時，鋼杯外壁分別出現什麼？
製造露的實驗，鋼杯外出現的是液態的露，製造霜的實驗，鋼杯外壁出現白色、固體的霜。
摸起來有什麼感覺？
露摸起來是液態的小水滴，而霜摸起來是固態的，而且冰冰、硬硬的。
Q：為什麼在杯子內加鹽可以降溫？
A：因為鹽溶解時會吸熱，可以讓杯子內的水溫下降，使空氣中的水蒸氣在杯壁上凝固成類似霜的東西。
水蒸氣降溫會變成水、露或霜。那麼水降溫後有什麼變化？
由液態的水變成固態的冰。
從前面的實驗中知道，只要溫度降到0 ℃以下，水就會結成冰。教室裡沒有冰箱，要怎樣快速降溫來製冰？動手做做看。
可以模仿上一個實驗加鹽試試看。
因為溫度不夠低，溫度必須低於0℃，塑膠滴管裡的水才會結成冰。
可以利用冰塊降溫， 代替冰箱。
水的結冰實驗
1.杯中加入碎冰、鹽，並測量溫度。
觀察加鹽前的溫度。
2.把裝了水的塑膠滴管倒置放入杯中。
觀察加鹽後的溫度變化。
3.靜置約10分鐘後取出塑膠滴管，觀察管內水的變化。
觀察塑膠滴管裡的水是否已經結成冰。
討論
1.這個實驗加鹽的目的是什麼？
可以使杯內冰和水的溫度下降至低於0℃， 使塑膠滴管裡的水結成冰。
2.塑膠滴管中的水在什麼情形下才能凝固成冰？
當溫度降至低於0℃， 塑膠滴管內的水會變成冰。
此時杯內的溫度比0℃高或低？
杯內的溫度比0℃低。
1-3 水的循環
水從海面、河面上蒸發成水蒸氣，水蒸氣於高空中凝結成雲，雲飄散到各地，以雨或雪等形式降落地面，形成河水或冰，有些則滲入地下，最後水又流入大海中。溫度的變化使水不斷重複蒸發、凝結、凝固及融化，這個過程就稱為水循環。
水遇熱蒸發成水蒸氣後，藉著熱空氣上升的力量，才能使水蒸氣上升並在空中遇冷變成雲（小水滴或冰晶），之後以雨或雪的形式，再降落到地面，水會以不同的形態在自然界中不斷循環。
水是造成天氣變化的主要因素，它以固、液、氣三態在自然界中不斷的變化循環，使地球產生了各種不同形態的天氣。
Q：水的循環變化是怎麼產生的？
A：因為溫度不同會使水的形態改變，由前面實驗可知當水的溫度降到低於0 ℃就會形成冰、霜、雪，溫度高於0 ℃會形成水、露、雨等形態。
地下水的秘密
在山林間，有時可以看到泉水源源不絕的湧出，這些水是平時存在於地層中的地下水，其實地下水（淡水）含量比河川及湖泊多出許多，是重要的水資源。
地下水通常會在土壤或是岩石的孔隙中緩慢流動，主要來源是雨水，當雨水滲入土壤或岩石的孔隙時，遇到地底的不透水層時，就會停止往下滲，並逐漸累積，成為含有地下水的含水層，其頂部則稱為地下水面。
Q：地下水是不是都是淡水？
A：原則上地下水為雨水滲透累積，應該都是淡水，但是在海邊的地下水，可能會因為與海水接觸而被鹹化，所以沿海地區的地下水可能會是鹹水。
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