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2017-10-10 16:22:16 | 人氣(187) | 回應(0) | 上一篇

太陽光聚焦灼紙實驗心得

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因為近日教到熱輻射,為免教材空洞,就想為學生增加一個自遠古流傳下來的實驗---- 太陽光聚焦灼紙實驗 。這個實驗是用來操作(演示)紙張表面不同的顏色,對於熱輻射吸收程度的影響。
話說熱輻射靠的是「光」,換言之,熱輻射可以說是發熱物質的熱能轉變成光能傳播,又由接收體將光能轉變為熱能的過程。若接收體的表面能吸收(而不是反射和穿透)越多的光,那麼熱也就接收得越多。其中,是否反射,顏色是一個重要的因素。雖然熱輻射的主要媒介----遠紅外線----的吸收、折射與反射,和可見光的命運並不相同,但至少對於可見光的波段來說,黑色代表吸收可見光最多,白色代表反射可見光最多,所以物質表面的「可見顏色」也是影響熱輻射吸收的重要因素。
我的設計想法是用不同顏色、同樣品牌的蠟筆(而不用彩色筆是怕水分潮濕的影響,還有一個非常重要的原因,見末項),以同一種力道、盡可能施以同樣的塗佈厚度,去塗塗在同樣大小尺寸的同一種白紙上(其實這些對圈內人都是多講的,我只是要做點科普,告訴初學讀者變因控制的重要性),然後用同一款放大鏡,在同樣穩定同樣時間的全晴日光下,聚焦灼燒這些紙,去記錄燒起來的秒數。
初步發現:黑色的一下子就燒起來了。若是全晴的中午,一聚焦就是瞬間燒了個洞,完全沒有秒數可記;而即使是薄日(亂做啦),也是三、五秒就燒起來了。這裡所謂的「燒起來」,我發現並不是(也無法)使其著火,而是冒了點煙,燒焦了個洞。



進一步的發現如下:
1.白色的怎麼燒都燒不起來。
2.只要不是白色,其他的,即使是黃色,都燒得很快。我還有試過用原子筆、螢光筆、簽字筆等不限定是蠟筆的筆去塗佈,發現都很快。淺色的似乎稍微比深色的慢一點,但是因為在烈日下都很快,不是很明顯的能記錄下來差異。
3.最驚人的是:這紙上如果有印刷字,只要聚光在有字的地方,馬上就會燒焦,一離開字,馬上就發現燒不起來,差異非常大。還有:即使聚焦在有字的區域,如果照的是背面,就完全無效了!顯見,「表面」顏色,非常的具有決定性。

做了以後發現在實驗安全和變因控制上還有很多東西要改進,茲列於下:
1.一定要戴墨鏡去做,而且墨鏡還不夠黑,要加一些玻璃紙。我的經驗發現,差不多是最黑的墨鏡,再加貼紅綠藍(三原色)玻璃紙各一張,就夠了(也才夠),我原以為要加更很多張,但其實不用。墨鏡建議去五金工具行的護目鏡區,買便宜的(一副四十幾塊到六十幾塊不等)黑色護目鏡八副,給八個學生操作,若少於這個數字,也許輪流做會做很久。


2.可以讓八個學生分別只負責燒一個顏色的紙(每組一個代表,其他觀摩,或輪流做但是花時間),來達到分工研究的效果,但是「人」的技術,尤其是對焦的技術,還有周邊是否有風,都是該控制而最難控制的變因。因此在設備上,我發明了「加個紙管」的方法,由老師用廢棄的紙管(捲筒衛生紙?)長度裁成放大鏡的焦距,並將紙貼在管底、垂直於管(包住管),讓學生一放在管子上就對好了焦,完全沒有手晃的問題,管內也沒有風了,只差生要將紙管對準太陽,而且紙面也要垂直於日照,那方法可能就是要叫學生先將紙管對著太陽,對準太陽的時候管內的紙上不會出現管壁的陰影就是對準了。對準之後,聽老師口令「五,四,三,二,一,開始!」要學生在「開始」的瞬間才架上放大鏡。最難的是,放大鏡和紙管間要留個縫,讓戴了墨鏡的學生去看幾秒的時候燒出洞來了。
3.當然這個戴了墨鏡的學生也可以透過某種方式,從下往上看(例如擺在觀察架上,這觀察架最好還高點,也許是走廊的女兒牆上,以免學生半蹲不舒服)。從下往上看比較清楚的能看出燒出了個洞的瞬間。計時的方式,是由老師每五秒(或每一秒,如果很快)喊出秒數,而不是由學生看錶,否則一人看洞一人看錶,會無法搭配,同一人看洞又看錶則會有時差。
4.墨鏡貼上玻璃紙,不要全貼,貼某個特定高度,使學生透過那個高度去看亮點即可,其他地方不要太黑,讓他瞄其他區域還可以走路。
5.用白色的紙做,務必教導學生:白色樣本一定要塗上白顏料!因為如果不塗,除了顏色是操縱變因外就又多了個變因沒有控制好----「塗顏料和不塗顏料」,所以通通都要塗。白色顏料只有少數種類具備,而蠟筆是最易取得的。


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台長: 長江
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