【4M】Weater Station 科學女孩-天氣觀測站

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展現STEAM教育的理念：Science、Technology、Engineering、Art、Math。
4M的產品注重於親手操作，不論是組裝機械、自製小飾品、收集材料進行實驗，從操作中獲得跨領域的知識，培養面對問題的勇氣，讓知識得以被實踐。
4M產品設計的基礎，就是要帶給孩子們四種不同心智體驗，激發創造力，引導想像力，啟發知識，感受學習的樂趣。

【4M】Weater Station 科學女孩-天氣觀測站
天氣變幻莫測，與我們的生活息息相關。為了預測天氣，及時做好準備，科學家們每日仔細的紀錄天氣，從中找出規律，才能讓天氣預報更加精準。現在就透過【天氣觀測站】的五個天氣實驗，收集資料，認識天氣的變化。成為氣象專家指日可待！

適合年齡 : 8 歲以上
包裝尺寸 : 約 24 x 28 x 6 cm

請參照英文說明書之圖示。

A. 安全訊息
1.操作本產品時，請大人指導協助。
2.本產品適合 8 歲以上兒童。
3.本產品內含細小零件，請盡量遠離 3 歲以下兒童，以免誤用而發生窒息等危險

B.內容物
A.有種子槽的基座
B.透明罩 X1
C.水循環背景 X1
D.風向儀 X1
E.風速杯 X3
F.塑膠長管X1
G.降雨量筒 X1
H.漏斗蓋 X1
I.溫度計 X2
J.廣用試紙
K.指南針
L.溫度計底座 X1

C.組裝天氣觀測站 
‧什麼是天氣
天氣，是指生活環境中的㇐些自然現象。包括了溫度、降水、日照、風力、風向、雲、閃電、......等等。在這個天氣觀測站中，我們準備了五個實驗，帶你觀察其中幾種天氣現象的變化。準備要成為㇐位天氣小專家了嗎？
‧如何組裝
參考圖示，將各部分零件組合起來。 將㇐個溫度計裝在溫度計底座上，然後插入基座中。再用透明罩將溫度計㇐起罩進去。將水循環背景卡插入透明罩的背後。將風向儀上裝上三個風速杯(注意三個要同方向)、指南針、以及剩下㇐個溫度計。然後將風向儀下方插入塑膠長管後，再將塑膠長管的下方插入基座中。將漏斗蓋罩上降雨量筒上，然後將降雨量筒裝到基座上。現在你的天氣觀測站就完成了。 
‧天氣觀測站如何運作
你的天氣觀測站可以用來測量風、降雨、以及溫度。 風向儀用來測量風。風速杯會被風吹而轉動，風速越強，旋轉越快。風向儀上的箭頭會指著風吹的方向，配合指南針就可以看出現在的風向朝哪裡。觀察風向前，記得先轉動觀測站，讓指南針的箭頭對準南北極。
降雨量筒用來測量降雨量。漏斗蓋會收集降雨進入量筒中，同時減少蒸發。 溫度計則是用來測氣溫。溫度計中的特殊液體會隨著溫度增加而伸長，同樣氣溫下降就會縮短，因此而能標示出現在的氣溫。 
‧故障排除 
◆如果風向儀或風速杯無法順利旋轉，試著搖動箭頭或風速杯，使他們稍微鬆動㇐點。或用砂紙將接合的位置打磨平滑㇐點，或在接縫處加入㇐點潤滑油。 
◆如果觀測站容易被風吹倒，試著在基座或是透明罩中加㇐些水，同時確定觀測站放置在平坦的地方。 
◆如果指南針不會轉動，試著輕敲指南針。 
◆如果下雨時降雨量筒無法收集到雨水，請檢查是否有物體遮蓋了天氣觀測站。

D.風
風，其實就是空氣的流動。如果空氣受到土地的加熱而變溫暖，密度就會下降，因此這團暖空氣就會上升。接下來的實驗會帶你觀察空氣上升。
1.風速杯可以測量風速，雖然沒有刻度可以讓你量測風速，但藉由觀察風速杯的旋轉速度，你可以評估現在狀態是：無風、輕風、微風、或強風。
2.風向儀可以觀察風向，將現在的風向記錄下來(東風、北風、西南風、...等等)。 
‧運作原理
風速杯和風向儀是用來量測風的狀態。風速杯測量風速，風向儀測量風向。指南針可以幫助我們定位，因此能更精準描述風向。指南針裡的金屬圓盤帶有磁性，可以受到地磁的吸引，㇐直指向地球的南北極。
‧想知道更多？ 
◆想觀察熱空氣形成的強烈氣流，可以趁著炎熱的日子到海邊走走。 
◆太陽光會加熱地面，讓地面的溫度上升。而熱的地面又會加熱空氣，讓空氣變熱。地面上的空氣受熱膨脹，密度下降，所以產生向上的氣流，此時海面上的冷空氣就會補進來，這就是海風形成的原因。 
◆滑翔翼和㇐些獵食性的鳥會利用這樣的上升氣流翱翔到高空。

E.雨
當大氣中的水蒸氣凝聚在㇐起，形成較大顆的水珠，受到地心引力的影響而墜落地面時，就叫做雨。雨是水循環中的重要步驟，將大量乾淨的水帶到土地上。不同的降雨形態產生不同的生態環境，孕育出不同的生物。

你需要：雨量計、漏斗蓋 1.將天氣觀測站放在戶外，沒有遮擋的地方。當下雨時，雨量計就會收集雨水。 2.觀察累計降雨量的時候，請平視雨量計裡的水面，讀出此時的刻度，並記錄下來。 
‧想知道更多？ 
◆當暴風雨來臨的時候，大量而且持續的降雨有可能造成嚴重的災害，例如淹水、土石流、道路中斷等等。 
◆熱帶降雨帶是㇐條容易降雨的帶狀區域，他會隨著地球的公轉，而在赤道的南北區域來回遊蕩。降雨帶現在移到北半球，那麼南半球的熱帶區域就會是乾季。熱帶降雨帶強烈影響了熱帶區域的天氣狀態。 
◆乾季的降雨非常少，就連部分河流或小湖泊都可能乾枯。很多動物會在季節轉換時候隨著降雨區進行遷移，才能獲得更多的水源與食物


F.水循環
接下來，我們要製作㇐個迷你的水循環模型。
你需要：觀測站的基座、透明罩、溫度計、溫度計底座、水循環背景。
請另外準備：水，桌燈
1.如圖示設置好模型。再透明罩的底座凹槽內加入㇐些水，然後再將透明罩蓋上。背後加上水循環背景。
2.將觀測站放置於室外太陽下或是放置在桌燈（建議使用６０瓦的白熾燈泡）距離玻璃約１５公分並打開開關，請求成人來幫助你因為桌燈可能會發燙發熱。靜置約１０分鐘，你可能會看到蓋子裡凝聚水滴，這就是＂雨＂形成的原理。 
‧運作原理
桌燈或太陽的熱能讓加熱杯中的水，讓㇐些水蒸發置空氣中。溫暖的空氣上升到透明蓋的上方，接觸到透明蓋的水蒸氣因此冷卻，凝結成水滴。當水滴凝結夠大顆的時候，就會滑落下來，回到底部的水中。這就是㇐個迷你水循環模型。底盤裡的水代表海洋，透明蓋代表雲，滴下來的水代表雨。 有些雨水聚集在山上，形成湖泊。當水分蒸發，使海水變鹹的礦物質不會跟著水分㇐起蒸發，因此空氣中的水蒸氣再次凝結時會形成淡水。有些雨水將會滲入土壤中，並聚集在山的裡面，形成地下水。 
‧想知道更多？ 
◆海水是鹹的，但是雨水卻是淡的，因為海洋中的礦物質會在水份蒸發後留下。
◆㇐百年裡面，每個經歷水循環的水分子們平均有 98 年的時間都待在海洋中。 
◆地球上，同時間只有約十萬分之㇐的水份在飄散在大氣中。 
◆今天你喝下的水和恐龍喝的水是相同的，這些水分子在地球上已經經歷了無數次的水循環，不停在空氣、陸地、海洋中流動。

G.酸雨
當我們燃燒化石燃料，如煤，會產生許多氣體釋放到空氣中。其中包含二氧化硫和氮氧化物。當這些氣體與雲層中的水滴混合，會形成酸性的水溶液。當這些水滴聚集而形成”酸雨”降落到地上，將危害河流和湖泊中的動物。接下來，我們要觀察酸性物質如何影響植物的生長。
你需要：觀測站基座，廣用試紙
請另外準備：醋，化妝棉或土塊，㇐些豆子（如綠豆）
1.用化妝棉或土塊填滿基座的四個凹槽。每個凹槽中加入㇐顆豆子，加水濕潤。
2.將觀測站放置在溫暖的地方，經常加水以保持化妝棉或土塊濕潤。
3.等待豆子發芽（豆芽向上生長而豆根向下下生長），這需要等待幾天的時間，持續加水保持濕潤，當豆子發芽後，將觀測站放置在有陽光的窗邊。
4.將２５０毫升的水倒入乾淨的罐子中，加入兩茶匙（１０毫升）的醋製作稀釋的醋。現在按照以下比例每天澆水，持續五天： 植物 1：2 茶匙（10 毫升）的水 植物 2：0.5 茶匙（2.5 毫升）的稀釋醋和 1.5 茶匙的水 植物 3：1 茶匙（5 毫升）的稀釋醋和 1 茶匙的水 植物 4：1.5 茶匙（7.5 毫升）的稀釋醋和 0.5 茶匙（2.5 毫升）的水
5.五天後，用廣用試紙測試每㇐盆。將試紙輕壓㇐小部分到土壤(或化妝棉)上。比對試紙的顏色與色階卡上的顏色，寫下對應的ｐＨ值。不同顏色表示酸鹼的程度。例如紅色是非常酸性的，紫色是非常鹼性的，黃色則是中性的。酸鹼程度也可以用數字表示，１＝非常酸性，７＝中性，１４＝非常鹼性。以下是㇐些常見物質的酸鹼度，例如：自來水＝ｐＨ７，茶＝ｐＨ６，咖啡＝ｐＨ４，醋＝ｐＨ３，蕃茄＝ｐＨ８，橄欖油＝ｐＨ９。
6.五天後，觀察你的植物，哪㇐個長的最好？
‧運作原理 你應該發現到不加稀釋醋的植物長的最好，加最多稀釋醋的植物長的最不好。醋內含酸性物質，會危害植物生長。酸雨裡的酸性物質可能和醋中的不同，但是它類似的方式影響植物生長。 試紙顯示每㇐盆的酸度，ｐＨ值越低，酸性越強。加入最多稀釋醋的那盆就是最酸的。試紙內含特別的物質，稱為指示劑，當它接觸到酸性物質時會改變顏色（或者鹼性物質，它是酸的相反）

H.溫室效應與溫室氣體
地球，被㇐層厚厚的大氣層環繞。當炙熱的太陽光透過輻射線像穿透大氣層，來到地表，有㇐大部分的太陽熱能會被大氣層吸收，沒辦法再反射回宇宙中，因而被留在地表上。這就是【溫室效應】。溫室效應讓地球變溫暖，並且減少日夜溫差。如果沒有溫室效應，地球會變成㇐顆更寒冷的星球。能夠吸收太陽光，產生溫室效應的氣體，就稱之為【溫室氣體】。在地球上，二氧化碳就是最強力的溫室氣體。
你需要：水循環模型、第二個溫度計
請另外準備：桌燈，小蘇打粉，醋
重要須知：使用桌燈前請尋求成人的協助，桌燈可能會發燙發熱

1.依照圖示設置模型。將觀測站放置於陽光下或是桌燈前（６０瓦的白熾燈）。溫度計應該背對陽光或桌燈，避免溫度計直接被光源加熱，且兩個溫度計應該與桌燈置於㇐樣的距離，建議距離桌燈大約１５公分（６英寸）
2.大約２０分鐘後觀察溫度計，寫下溫度，裡外溫度計各自上升了幾度？ 

運作原理
桌燈或陽光使模型被加熱，因此提升空氣的溫度。但是，外面的熱空氣可以被附近的冷空氣替換，但模型內的熱空氣則無處可逃，所以裡面的溫度計顯示出較高溫。透明罩就像是地球大氣層，將熱能困在其中。 植物 １ ２ ３ ４ 水（茶匙） 2 1.5 1 0.5 稀釋醋（茶匙） 0 0.5 1 1.5 ｐＨ指示劑顏色 ｐＨ值 觀察

現在進行實驗的第二個步驟：
1.將模型中的溫度計拔出，置於㇐旁讓溫度降至室溫。
2.加入㇐湯匙小蘇打粉和兩湯匙醋到基座的水池中，輕搖基座。十秒後，再將溫度計裝回基座上並蓋上透明蓋。
3.現在重複先前實驗的步驟㇐和二，這㇐次瓶中溫度是否上升比第㇐次還多呢？小蘇打粉和醋混和會產生二氧化碳，二氧化碳善於收集熱能，他從瓶子四周獲得熱能，所以這次裡面的溫度上升更高。所以，空氣中如果有越多二氧化碳，就會吸收越多熱能，這也是現在地球大氣層所發生的事情。我們排放更多二氧化碳到空氣中，造成全球暖化 

想知道更多？ 
‧二氧化碳是㇐種溫室氣體，水蒸汽和甲烷也是。 
‧全球暖化是㇐種慢性大氣暖化，主因是由於我們增加排放二氧化碳所致 
‧二氧化碳來自燃燒化石燃料（油，天然氣和煤）和砍伐森林 
‧自從 1970 年以來，平均大氣溫度上升大約攝氏 0.15 度 
‧冰川融化和極地冰冠退縮是明顯的全球暖化跡象

I.我的每周觀測紀錄
將每天的觀測記錄下來。盡量在每天的同㇐時間進行觀測，讓你的紀錄更有參考價值。將觀測結果與氣象報導做對照，看看你的紀錄有多準確。你可以將以下的表格多影印幾份。跟家人與朋友分享你的觀測結果。

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