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地震的液态化现象实验

2011/3/26 全国青少年科学影像节  阅读(13361)  

  【有趣的现象】

  王鹏飞同学在看电影《2012》时发现,很多的楼房在地壳发生变动时,都倒了、陷了下去,房子几乎都倒塌了,地上都是一些砖片等,一片废墟。但是,还有一些的高楼直立着,虽有断裂,但却没倒。王晓燕同学也发现汶川大地震时,较矮的楼房都倒了,高层建筑有的还站着,这是为什么呢?按理说,应该是高楼先倒呀?他们非常好奇。

  最后他们咨询了我们的科学老师,老师告诉他们这是和地震的液状化现象有关系。

  【引发的问题】

  1. 什么地震的液状化现象?
  2. 怎样解释有时地震时高楼反而不容易倒的现象呢?

  【探究计划】

  在老师的指导下,两位同学开始了实验:

  1、首先到学校的木工室自己动手,制作了较矮楼房和较高楼房的模型。用木块代替建筑物,用细木棒代替高层楼房的地基。

  2、取来1000毫升的沙子,把它平均装在两个500毫升的量杯里。

  3、在实验室里,将较矮楼房模型,放在一号量杯中沙子上面,缓缓向杯中加125毫升水,20分钟后,模拟地震轻轻上下震动量杯(离桌面一厘米),看到水渐渐漫上来,较矮楼房模型逐渐倾斜,并且下沉了。然后,用同样的方法,我们用二号量杯,对高层建筑模型进行了实验。结果发现,不管沙子如何液态化,如何下沉,高层建筑,都直立不动。

  他们还从研究资料中得知:液态化现象主要是保持一定平衡的地下水位下方具有呈饱和状态的砂层,由于强烈的地震,砂与砂缝隙间的水被挤压流出,从而使砂层产生运动,导致砂粒间结合分离,砂粒漂浮在水中,一起被挤压出地表面。有的建筑物在液状化的沙子中也随即倾斜下沉。

  【拍摄计划】

  所需物品:摄像机,相关的实验的仪器、物品。

  拍摄内容:从有疑问的现象开始、到引发的问题、制定探究计划、上网查参考资料、做实验准备、进行试验、启发与思考等等

  场景:

  1. 电脑前,发现问题
  2. 操场上,讨论问题
  3. 教室里,制定计划
  4. 木工室,制作模型
  5. 实验室,进行试验

  附:李晓燕同学的实验日记

  4月1日 星期四

  今天上午,我在玩电脑室无意中翻到了关于地震的图片看到了两幅图,都是地震后废墟的情景。看后我惊呆了,房子几乎都倒塌了,地上都是一些砖片等,一片废墟。但是,还有一些的高楼直立着,虽有断裂,但却没倒。按理说,应该是高楼先倒呀?当时也只是非常好奇,然后在聊天中无意提到了,我的好朋友王鹏飞说:“对,我记得在2012这部电影中,当灾难来临时,地球毁灭时地面上的建筑物也有这种现象,这是为什么呢?”我们俩咨询了我们的科学老师,许老师告诉我们这是和地震的液状化现象有关系,地震使沙土层的液状化是房屋倒塌的原因之一.

  下午,我和王鹏飞上网搜集了很多地震的资料和液状化现象原理,所谓液状化是土壤和沙石层中含有的水分在地震的作用下形成稀泥状物体的现象.

  我们还搜集了很多地震的资料,了解了地震后建筑物倒塌情况,参考了科幻片中地球毁灭时建筑物倒塌情况,没比较不知道,一比较差别还真的很大,带着这个疑问我们决定开始我们的探究,日本是个多地震的国家,特别是填海来修建公路、房屋时,用于填海的是砂而不是粘土。砂质的地基一旦遭到地震袭击而急速变化,变成好象液体的状态,故称为液状化。日本由于海多、陆地少,造成土地不足,需要填海来修建工厂、住宅等。当地震发生时,这些建筑物就会发生倾斜、沉没。

  4月2日 星期五

今天,我们请教了王校长和许老师,我们准备对地震的液态化现象进行一次实验。在老师的帮助下,我们开始制定实验方案。

  首先是准备实验材料,进行模型试验。我们用沙子代替地面结构,用小木块代替建筑物,首先从附近的工地上取来500毫升细沙,放入一个500毫升的烧杯中,然后用小烧杯加入125毫升的水,将烧杯来回上下震动一会儿(距离大约离地面1厘米的高度)。之后,待水渗入烧杯后可明显看到液状化现象,这就是我们的第一个模型试验。可是在试验中我们发现了意外,因为烧杯是玻璃制成的,在王鹏飞的晃动过程中不小心碎了,于是我们接受教训,注意安全。下一次注意晃动的力度,我们的实验也在一次次中改进。

4月3日 星期六

今天我们开始动手制作楼房模型了,正巧我们学校今年新开了一个科学木工活动室,这下可正派上用场了,我和王鹏飞中午早早的来到活动室,在老师的帮助下,画好设计图后说干就干,王鹏飞力气可真大,他用锯子很快就制作好我们需要的小木块(低矮楼房)模型和高楼模型的长木条,最后就是将小木块和长木条钉在一起,整个过程时间不是很长,但是我们每一个过程都不能马虎,特别是我们做的第一个小木块高矮不齐,后来再加工才可以的,看来做木工活还真需要细心才可以,做事情就是这样一定要细心,做到做好。

4月4日 星期日

  今天中午我们开始用木块做实验,取来1000毫升的沙子,把它平均装在两个500毫升的量杯里。

  在实验室里,将较矮楼房模型,放在一号量杯中沙子上面,(首先在木块下面粘一层油粘土,木块可以平稳立于杯中),缓缓向杯中加125毫升水,20分钟后,模拟地震轻轻上下震动量杯(离桌面一厘米),看到水渐渐漫上来,较矮楼房模型逐渐倾斜,并且下沉了。然后,用同样的方法,我们用二号量杯,在木块下加一个木棒并插入沙石层下面的油粘土上.对高层建筑模型进行了实验。结果发现,不管沙子如何液态化,如何下沉,高层建筑,都直立不动。

  通过这个实验我们知道了:地震的液态化是怎么回事,还知道了在地震的液态化中,高层建筑比平层建筑抗震能力强。

  【启发与思考】

  在实验中遇到的问题及解决办法

  1. 在模型实验中,我们不小心把量杯打碎,我们换了杯子,结果既不划手,也可以使水渗入杯底。
  2. 在实验中,我们由于沙子没铺平,没有达到理想效果,我们把沙子铺平,后达到了理想的下陷效果。
  3. 在实验中,我们不要把水浇在木板上,由于水浇在木板上使效果有影响,之后我们在周边浇水,比理想效果好。
  4. 问题:在实验中,粘在木板上的黏土容易干和落下来,这样木块就会变轻,漂浮在水面上,对实验效果有影响。解决办法:应该过几分钟就把土洒上一些水,保持湿度。
  5. 问题:在做模型时,木块钉在木条上,由于木条很细,容易订斜这样木块和木条就连接不紧,容易掉下来。解决办法:多钉几根钉,确定牢固之后,再做后面实验。