活動(dòng)設(shè)計(jì)

活動(dòng)名稱 光帶

激光與其他類型的光不同，本次實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，我們將探索激光的一些特殊之處，并制作出非?？岬膱D案。

注意事項(xiàng)

即使是低功率的激光，如果照射到眼睛，也會(huì)造成傷害；只有在需要的時(shí)候才能打開(kāi)激光筆，并且需將其直接對(duì)準(zhǔn)墻壁；請(qǐng)成年人協(xié)助實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)條件及材料

激光筆（功率小于5 mW）

藍(lán)丁膠或橡皮泥

細(xì)鐵絲（25 號(hào)或更細(xì)即可）

木夾

桌子

墻

活動(dòng)步驟

（1）將桌子放置在距離墻壁幾米遠(yuǎn)的地方，并在桌子上清理出一片空間。

（2）將一小段細(xì)鐵絲插入一塊藍(lán)丁膠或橡皮泥中，使其能保持直立。

（3）將細(xì)鐵絲和橡皮泥放在桌子上靠近墻壁邊緣的地方。

（4）用木夾子夾住激光筆，并確保其處于開(kāi)啟狀態(tài)。

（5）將激光筆放在細(xì)鐵絲后方約5 厘米處，使其光束指向細(xì)鐵絲并映射在墻壁上（圖1）。

（6）仔細(xì)觀察墻上的光線（圖2），是什么樣子的？

活動(dòng)概述

激光（laser） 是“ 受激輻射光線放大（light amplification by stimulatedemission of radiation）”的簡(jiǎn)寫(xiě)，意味著它就像任何其他類型的輻射，比如可見(jiàn)光、紫外線（UV），甚至X 射線，只是以特殊的方式“排列”，并且所有波長(zhǎng)相同。

對(duì)于你周圍的混合光線，可以想象成一大群人在蹦床上跳躍，可以是充滿活力地跳躍（在蹦床上掀起小波浪），也可以懶洋洋地跳躍（在蹦床上掀起大波浪）。白光是各種不同波長(zhǎng)的混合光束，就像一群人同時(shí)以不同的方式跳躍。而激光中的光，就像所有人同步跳躍，在蹦床上同時(shí)以相同的距離發(fā)出波。

本次實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，激光照射到鐵絲上會(huì)發(fā)生衍射，輕微彎曲并散開(kāi)。想象一下，當(dāng)你站在海水中被海浪擊中時(shí)會(huì)發(fā)生什么——海浪會(huì)在你周圍散開(kāi)，然后重新匯聚在一起，繼續(xù)向岸邊沖去。

同樣的，當(dāng)激光光束被細(xì)鐵絲分開(kāi)時(shí)，也會(huì)發(fā)生衍射，然后再次匯聚在一起。由于所有的波都是相同的，使得它們會(huì)相互干擾，并產(chǎn)生一種亮斑圖案，其中不同波的波峰（山丘）和波谷（山谷）完美匹配。然而，彎曲也會(huì)導(dǎo)致一些波的波峰與其他波谷重疊，從而完全抵消波，形成暗帶，被稱為干涉圖樣。

現(xiàn)實(shí)生活中的科學(xué)

如果你知道在哪里看的話，就可以在很多地方看到干涉圖樣，也許你曾經(jīng)在肥皂泡表面看到過(guò)干涉圖樣。

氣泡本質(zhì)上是一層薄薄的水分子與一種表面活性劑（如肥皂）混合在一起。當(dāng)光線照射到氣泡上后，會(huì)從氣泡的外表面反射回來(lái)，這樣你就會(huì)看到閃亮的反光。然而，其中一部分光線也會(huì)穿過(guò)水層，發(fā)生彎曲，然后從內(nèi)表面反射回來(lái)。由于這些光線已經(jīng)被彎曲了，就會(huì)與從外表面反射回來(lái)的光線發(fā)生碰撞，部分波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生干涉。由于不同波長(zhǎng)的光線會(huì)呈現(xiàn)出不同的顏色，因此某些顏色會(huì)被加強(qiáng)，變得更亮，而其他顏色則會(huì)褪色，泡泡表面就出現(xiàn)了各種色彩鮮艷的條紋。

活動(dòng)名稱 褐變蘋(píng)果實(shí)驗(yàn)

為什么蘋(píng)果片會(huì)變成褐色？

本次活動(dòng)中，我們將測(cè)試常見(jiàn)液體的抗褐變能力，并探索褐變現(xiàn)象中令人驚訝的生物學(xué)原理。

注意事項(xiàng)

本次活動(dòng)需要使用鋒利的刀將蘋(píng)果切成片，請(qǐng)成人協(xié)助完成這一步驟。處理食物時(shí)，要洗干凈雙手并使用干凈的設(shè)備。

實(shí)驗(yàn)條件及材料

2 個(gè)蘋(píng)果（要確保它們屬于同一類型）

鋒利的刀，便簽紙，蘋(píng)果汁，檸檬汁

含糖的糖漿，比如金黃糖漿（golden syrup）或楓糖漿

3 個(gè)碗，5 個(gè)小盤(pán)子，計(jì)時(shí)器

活動(dòng)步驟

（1）準(zhǔn)備好5 個(gè)小盤(pán)子，并在每個(gè)盤(pán)子上貼好標(biāo)簽，內(nèi)容包括對(duì)照、水、蘋(píng)果汁、檸檬汁和糖漿（圖1）。

（2）準(zhǔn)備3 個(gè)碗，在第一個(gè)碗中倒入半杯水，在第二個(gè)碗中倒入半杯蘋(píng)果汁，在第三個(gè)碗中倒入半杯檸檬汁，并在手邊準(zhǔn)備好糖漿。

（3）請(qǐng)一位成年人幫你把蘋(píng)果切成小片，至少需要15 片才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（4）在貼有“對(duì)照”標(biāo)簽的盤(pán)子里放3 片蘋(píng)果片；將3 片蘋(píng)果片放入水中浸泡至少30 秒，取出后放在標(biāo)有“水”的盤(pán)子里；將另外3 片蘋(píng)果片放入蘋(píng)果汁中浸泡至少30 秒，取出后放在標(biāo)有“蘋(píng)果汁”的盤(pán)子里；再將3 片蘋(píng)果片浸入檸檬汁中至少30 秒，取出后放在標(biāo)有“檸檬汁”的盤(pán)子里；最后將3 片蘋(píng)果片放在標(biāo)有“糖漿”的盤(pán)子里，然后在蘋(píng)果片上抹上糖漿，可以用手指涂抹，確保糖漿覆蓋蘋(píng)果片的整個(gè)表面。

（5）找一個(gè)安全的地方放置這些蘋(píng)果片（圖2），確保遠(yuǎn)離饑餓的寵物和家人。

（6）將定時(shí)器設(shè)置為3 個(gè)小時(shí)，隨后你可以把碗清理干凈并收拾其他食材。

（7）計(jì)時(shí)結(jié)束后，再次用肥皂清洗雙手，用冷水沖洗涂抹了糖漿的蘋(píng)果片以去除糖漿，然后將它們放回標(biāo)有“糖漿”的盤(pán)子里。

（8）觀察一下，哪些蘋(píng)果片褐變最嚴(yán)重？試著將盤(pán)子按蘋(píng)果片變成褐色的程度從高到低排列（圖3），你覺(jué)得哪種液體防褐變最有效？

（9）記錄下所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果后，就可以自由地吃（或堆肥）你的蘋(píng)果片了。

活動(dòng)概述

蘋(píng)果片為什么會(huì)變成褐色？這其實(shí)是生物學(xué)和化學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物。

與所有生物一樣，植物及其果實(shí)也是由細(xì)胞構(gòu)成的。細(xì)胞里含有DNA、蛋白質(zhì)和許多其他化學(xué)物質(zhì)。當(dāng)你切開(kāi)一個(gè)蘋(píng)果時(shí)，就會(huì)切開(kāi)它的細(xì)胞，并將細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)灑遍整個(gè)蘋(píng)果，其中包括一種名為多酚氧化酶（簡(jiǎn)稱 PPO）的蛋白質(zhì)。

PPO 是一種特殊的蛋白質(zhì)，我們稱其為酶。酶可以加速化學(xué)反應(yīng)而不會(huì)被消耗掉，這就意味著它們可以一遍又一遍地加速相同的反應(yīng)。PPO 會(huì)加速空氣中的氧氣與水果中其他化學(xué)物質(zhì)之間的反應(yīng)，這種反應(yīng)會(huì)向這些化學(xué)物質(zhì)中添加氧氣，然后這些化學(xué)物質(zhì)就會(huì)變成褐色，科學(xué)家將這個(gè)過(guò)程稱為“酶促褐變”。

有幾種方法可以減緩酶促褐變反應(yīng)。

你可以加一些酸性物質(zhì)破壞PPO 酶，這就解釋了為什么酸性的檸檬汁可以明顯減少褐變。蘋(píng)果汁的酸性比檸檬汁低，但比水高——那么你浸泡在蘋(píng)果汁中的切片比浸泡在水中的切片褐變程度低嗎？

你也可以通過(guò)去除其中一種化學(xué)物質(zhì)終止反應(yīng)。比如用糖漿涂抹蘋(píng)果片表面，會(huì)阻止氧氣進(jìn)入蘋(píng)果，這就解釋了為什么糖漿覆蓋的蘋(píng)果片沒(méi)有像實(shí)驗(yàn)中其他蘋(píng)果片那樣變成褐色。

你可能也見(jiàn)過(guò)其他水果變成褐色，比如香蕉、牛油果和梨。在其他食物中，酶促褐變可能是一件好事，比如茶、咖啡和巧克力。事實(shí)上，科學(xué)家在他們測(cè)試的幾乎所有陸生植物中都發(fā)現(xiàn)了PPO 的存在?？茖W(xué)家并不完全確定PPO 的作用，但是他們認(rèn)為這可能是一種針對(duì)食草動(dòng)物和細(xì)菌的防御措施。

（NiNi 編譯）