雪花的结构探究

1、精选优质文档-倾情为你奉上雪花的结构探究一实验预先准备及具体设计1标本及制作方法设计：1.材料：（1）a-氰基丙烯酸乙酯(502)（2）a-氰基丙烯酸乙酯(101)（3）载玻片，盖玻片（4）便携式保温箱（5）风向计2.备品（1）集邮平头镊子（2）相机，MP5（3）纸胶带，圆珠笔（4）便携式气压计，温度计（5）放大镜（6）湿度计3.标本制作初步假设（1）树脂的选用：实验对象：本着以经济实惠，易于购买等方面，我们此次选用聚乙烯环氧树脂，两种氰基丙烯酸乙酯（502，101）和单组份聚氨酯（E600）进行实验，以选出最适合雪花结构保存的树脂。抗冻性实验:将上述四种树脂调和好并放入冰箱中，开启速冻按钮，

2、30分钟后取出，聚乙烯环氧树脂流动性明显减弱，两种a-氰基丙烯酸乙酯无明显变化，单组份聚氨酯（E600）流动性减弱，综上所述，不选用单组份聚氨酯（E600）与聚乙烯环氧树脂。固化实验：101树脂常温干燥条件为12s，502树脂常温干燥条件为15s，此项实验中可以看出101树脂的条件较好，但有放热情况发生放热实验：在空气中水分较高的情况下，放热较多。总结：应在温度较低且干燥的情况下选用两种a-氰基丙烯酸乙酯交替使用，取新鲜雪花放到冷冻过的载玻片上，滴加零度以下的树脂，盖上盖玻片，并将标本立即放入保温箱内低温保存8小时左右，以便于树脂完全干燥，使雪花的结构完全保存下来。2实验过程设计（1）选择无树

3、林遮挡，风向顺畅（无高大建筑物挡风），环境安全，交通方便，人员流动少的地点进行实验（首先选择温德游园临近松花江边，其次选择组长家小区）。（2）将盖玻片，载玻片，树脂，镊子冷冻备用（3）拍摄当天云层状态（4）记下气压计，温度计示数（5）戴手套用镊子取载玻片，取雪花样本到载玻片上（6）滴上冷冻过的树脂，轻微调整，立即盖上盖玻片（7）用纸胶带和油笔记下采集时间（年，月，日，分，秒）当天气压，温度，湿度状态，风向（8）放入保温箱冷冻8小时后取出并先粗略用放大镜观察形态（9）照片拍摄，记录具体信息并进行总结3研究意义：更加具体地探究雪花晶体结构与自然因素的各种关系，比如雪花的形成与构造与气压，温度，湿度

4、状态，风向的关系，绘制统计图并进行特殊个体排查，从而得到初步结论。二资料引用及理论支持1. 雪花种类细分（图片来自百度日报）稀有雪花种类： （十二柱状晶体：这种雪花是由两片雪花组合而成的，其中一片相对于另外一片旋转30度）（三角晶状雪花:在温度接近零下2摄氏度时，雪花晶体生长成被截去尖角的三角形，三角形状晶体非常罕见。）（空心柱状雪花：这种雪花是一个六角形柱体，两端呈尖锥形柱状，空心柱状雪晶的个头很小，需要用放大镜才能看到两边的空心区域）（针状雪花：针状雪花是一种身材苗条的晶体，它大约在零下五摄氏度时形成，当温度发生变化时，晶体便会由扁平的盘状变成细长的针状。）（冠柱状雪花：这种晶体首先长成短

5、而粗的柱状，随后进入云层中长成了盘状，最后一个薄薄的晶体在一个冰柱的两端生长。）（霜晶状雪花：云由无数小水滴构成，有时候，这些小水滴与晶体发生碰撞并凝结在一起。这种冻结的水滴被称之为霜。）普通晶体：（树枝星状雪花：树枝星状雪花树干生有大量边枝，看起来很像蕨类植物，是所有雪花中个头最大的，其直径经常可达到5mm，尽管形状较大，可它依然是一个单独的晶体。由水分子首尾相连而成）（星形松针雪花：直径2到4毫米，很容易用肉眼观察）（扇盘状雪花：扇盘状雪花也是一种星盘状雪花，所不同的是，在相邻的棱柱面之间长有独特的脊，指向边角。）（星盘状雪花：这条盘状的雪花有六条粗壮的支干，形成与星星类似的形状，他的面上

6、经常装饰有对称性的花纹，星盘状雪花在零下2摄氏度或零下15摄氏度时形成。）（普通棱柱状雪花：这种雪花与六棱柱的雪花较为相似，不同的是，他的面上装饰着各种各样的凹痕与褶皱。）2.雪花形成原因空中的云朵便包含了水的物理变化形态。云可以由小水滴或小冰晶或混合组成，雨滴和雪花便是小水滴和小冰晶增长变大而成的。下雪的云朵中，由于气温原因而存在很多小冰晶。这些小冰晶在相互碰撞时，冰晶表面会增热而有些融化，并且会互相沾合又重新冻结起来。这样重复多次，冰晶便增大了。另外，在云内也有水汽，所以冰晶也能靠凝华继续增长。冰晶的增长完全是由完美力学而控制（共价键的作用），因此在显微镜下的冰晶会出现各种各样的形态。最有

7、利于降雪的便是混合云。混合云是由小冰晶和过冷却水滴共同组成的。当一团空气对于冰晶说来已经达到饱和的时候，对于水滴说来却还没有达到饱和。这时云中的水汽向冰晶表面上凝华，而过冷却水滴却在蒸发，这时就产生了冰晶从过冷却水滴上"吸附"水汽的现象。在这种情况下，冰晶增长得很快。当过冷却水滴和冰晶相碰撞的时候，就会冻结沾附在冰晶表面上，使它迅速增大。当小冰晶增大到能够克服空气的阻力和浮力时，便落到地面，这就是雪花。（以上来自于百度经验）国外文献引用-Jennifer E. Lawson在较温暖的云层的气溶胶粒子或“冰核”必须是存在于（或接触）的液滴，以充当一个核。这使得相比于原子核时，

8、液体云滴形成冰核是非常罕见的颗粒;然而，是什么使它们如此有效率还是个谜。粘土，沙漠灰尘和生物颗粒可能是起到作用的原因，3尽管到什么程度还不清楚。人造凝结核包括碘化银和干冰颗粒，并且这些用于刺激云层的形成。一旦液滴已经冻结，它生长在过饱和的环境中，也就是空气相对过冰点的时候会处于饱和状态。他们在被收集的地方通过空气中的水分子沉积生长。由于其庞大的丰富程度所以水滴比冰晶多得多，晶体可以在水滴的凝结过程中生长至几百微米或毫米的尺寸。这一过程被称为韦格纳-伯杰龙-Findeisen过程。水蒸气的相应耗尽导致液滴蒸发，这意味着冰晶生长过程中有的液滴代价。这些大晶体沉淀的有效来源，是因为他们的质量使得他们

9、通过大气落下，碰撞中可能碰撞和粘在一起的形成簇，或聚集体。这些聚集物通常是冰颗粒的类型,吉尼斯世界纪录列出了世界上最大的雪花（总）那些1887年1月在基奥堡，蒙大拿;据称一个测得的15英寸（38厘米）以下宽。虽然这份由农民提供的报告是值得怀疑的，但是三四寸宽的雪花聚集体已被观察到。单晶一角边的大小都被观察到。在水分子粘贴的过程中的确切细节仍然有争议。可能性包括机械互锁，烧结，静电吸引，以及在晶体表面上的“粘性”液体状层的存在。个体的冰晶经常有六角形对称性。尽管冰的形状是明确的，但是光由晶体小面和凹陷的散射以及缺陷意味着晶体经常出现白色的杂色，这是由于小冰粒以扩散光的整个光谱的反射。雪花的6的形

10、状大致通过在其上形成的温度和湿度决定的5，在温度-2（28°F）左右时，雪花可以形成在三重对称 - 三角形雪花7的最常见雪颗粒是可见的不规则，虽然接近完美的雪花可能会有更常见的照片，但这是因为它们在视觉上更吸引人。任何两个雪花是一样的，这是不可能的。由于大约10的19次方（10百万的三次方）的水分子组成一个典型的雪花，8，它以不同的速率和依赖于在大气层内变化的温度和湿度的不同模式的雪花通过不同的成长方式落在的地面。（英文原文：In warmer clouds an aerosol particle or "ice nucleus" must be present

11、in (or in contact with) the droplet to act as a nucleus. The particles that make ice nuclei are very rare compared to nuclei upon which liquid cloud droplets form; however, it is not understood what makes them efficient. Clays, desert dust and biological particles may be effective, although to what

12、extent is unclear. Artificial nuclei include particles of silver iodide and dry ice, and these are used to stimulate precipitation in cloud seeding.Once a droplet has frozen, it grows in the supersaturated environment, which is one where air is saturated with respect to ice when the temperature is b

13、elow the freezing point. The droplet then grows by deposition of water molecules in the air (vapor) onto the ice crystal surface where they are collected. Because water droplets are so much more numerous than the ice crystals due to their sheer abundance, the crystals are able to grow to hundreds of

14、 micrometers or millimeters in size at the expense of the water droplets. This process is known as the WegenerBergeronFindeisen process. The corresponding depletion of water vapor causes the droplets to evaporate, meaning that the ice crystals grow at the droplets' expense. These large crystals

15、are an efficient source of precipitation, since they fall through the atmosphere due to their mass, and may collide and stick together in clusters, or aggregates. These aggregates are usually the type of ice particle that falls to the ground. Guinness World Records list the world's largest (aggr

16、egate) snowflakes as those of January 1887 at Fort Keogh, Montana; allegedly one measured 15 inches (38 cm) wide. Although this report by a farmer is doubtful, aggregates of three or four inches width have been observed. Single crystals the size of a dime have been observed. The exact deta

17、ils of the sticking mechanism remain controversial. Possibilities include mechanical interlocking, sintering, electrostatic attraction as well as the existence of a "sticky" liquid-like layer on the crystal surface. The individual ice crystals often have hexagonal symmetry. Although the ic

18、e is clear, scattering of light by the crystal facets and hollows/imperfections mean that the crystals often appear white in color due to diffuse reflection of the whole spectrum of light by the small ice particles. The shape of the snowflake is determined broadly by the temperature and humidity at

19、which it is formed. Rarely, at a temperature of around 2 °C (28 °F), snowflakes can form in threefold symmetry triangular snowflakes. The most common snow particles are visibly irregular, although near-perfect snowflakes may be more common in pictures because they are more visual

20、ly appealing. It is unlikely that any two snowflakes are alike due to the estimated 1019 (10 quintillion) water molecules which make up a typical snowflake, which grow at different rates and in different patterns depending on the changing temperature and humidity within the atmosphere that the snowf

21、lake falls through on its way to the ground.）3.关于雪花的独一无二性：雪花可能在各种复杂情况下的形成很多的形状，导致出现了这样一种流行的说法：“没有两个雪花是完全一样的。”尽管有这样的可能，但这是近乎不可能的。John Roach .Jon Nelson . Kenneth Libbrecht的初步尝试对今天通过拍摄几千条带由威尔逊阿尔文本特利从1885起在显微镜下发现的各种各样的雪花找到相同的雪花。 1988年，南希骑士为国家大气研究中心记录的雪花，终于发现空心柱类型的两片相同的雪花。ScienceNow article with image o

22、f the identical snowflakes found by Knight.（英文原文：Snowflakes form in a wide variety of intricate shapes, leading to the popular expression that "no two are alike". Although possible, it is very unlikely. Initial attempts to find identical snowflakes by photographing thousands of them with a

23、 microscope from 1885 onward by Wilson Alwyn Bentley found the wide variety of snowflakes we know about today. In 1988, Nancy Knight was documenting snowflakes for the National Center for Atmospheric Research and found two identical snowflakes of the hollow column type）4.雪花晶体与云层的关系：（蕨状雪花这种头部聚集了对称性晶体

24、的星状雪花十分美观，每个侧枝的边缘又如同镶嵌了花边。这片雪花最初来自中间的云层，在下落之前，被气流“托入”更高的区域内进行“镶边工艺”，然后飘然而落。）（泡芙云 镶边车间大多数星状雪花都有着类似的经历，如果这片云比较薄，雪花在来自-16-12区域刚形成不久就落下，便成为了干净利落的星状；如果云稍微厚一点，雪花就有时间在里面旋转生长，便成了带有枝丫的星星；倘若被托入-25-16的“驼峰”中，便在顶端镶嵌了“装饰物”。）片状雪花这种六边形的雪花仿佛水手把握的方向舵，中心是凝结核，边角上是突起的握柄。这种雪花来自于较高的云层，在这个云层中由小六角冰晶逐渐长大，快要下落时飘进了较低的云层，本来应长出更

25、多枝丫，但由于停留时间太短，只长出了一根细细的把柄。图1图2图3肉饼夹层 雕刻工坊六边形的片状雪花的出生地在-25-16的云层，如果想知道云层的薄厚，看看雪花的大小就知道，最开始出现的雪花个头不到1毫米（图1），如果来自更高的地方就会形成“空心”雪花（图2），雪花中间雕刻的花纹，就是它生长的痕迹（图3）。如果当它们生长完毕，下落到稍低的云层时，还会被安装上“把柄”。盘状雪花在众多类型的雪花中，扇形雪花和真实的花朵最为相似，这种雪花拥有宽阔的“花瓣”，而这些花瓣来自于云层中温度较高、高度较低的区域。如果雪花在这个区域内持续上下翻动，雪花的“花瓣”就会慢慢长大。图4图5图6汉堡包云 加工流水线早樱

26、般的扇形雪花拥有各种各样的凝结核，这些凝结核来自于更高更冷的区域。凝结核的大小表明了上层云的环境，凝结核越大，在上层云中停留的时间越长，突出部分越大，在下层云中停留的时间越长，如果雪花在下落时遇到很冷的雾气，就会在突出部分上凝结“冰露珠”。（来自中国国家地理博物杂志2010年2期【来自云端的明信片】有删改）三.具体实验情况1. 实验成员：组长:马梓齐 组员：李俊隆，刘一霖，金浩杉，车金珠，高晔琳，江大卫2. 工作安排：实验设计：马梓齐 论文总结：李俊隆，马梓齐 数据记录：李俊隆，马梓齐 场外援助：刘一霖，马梓齐，金浩杉 摄像摄影：金浩杉，车金珠 后勤人员：江大卫，高晔琳 资料收集，整理：李俊隆，马梓齐 经费提供：马梓齐 3.单次实验详细情况（1）第一次实践报告1降雪细节：14：