【罩蠟燭使水面上升的實驗 以前學錯了嘛?】
大家以前上課是否做過/聽過這個實驗:在加了淺水的水盆中放直立的蠟燭,點燃後蓋上透明玻璃燒杯,被封在玻璃燒杯中的蠟燭逐漸熄滅,然後可以發現倒蓋的水杯內,水位上升,彷彿燒杯中佔五分之一的氧氣被消耗殆盡似的。
但實際上造成水位上升的兇手竟然是......熱漲冷縮?! 底下的原文有詳解,也貼上實驗影片在下面留言處喔。
#竇娥冤 #兇手就在我們之中 #冤枉人家這麼久
【翻轉迷思──關於蠟燭燃燒】
作者│ 盧政良
台大物理博士,現任高雄中學物理教師、高師大兼任助理教授、物理教育學刊副主編。
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多年前教科書裡有個經典實驗「蠟燭燃燒、水面上升」,在淺盆中固定一根蠟燭,使之正立,並將水緩緩加入。在點燃蠟燭並蓋上玻璃容器後,瓶中水位開始變化,燭火熄滅後水面明顯上升,上升比例可達瓶中原來空氣部分的15 至20%,非常接近氧氣在空氣中的比例。以往教材將這個實驗作為「證明」空氣含氧量約為21%的一大方法,相信很多人也和筆者一樣,對此深信不疑。
數年前筆者陪著學生準備國際青年物理學家錦標賽的辯論賽,對於其中一道探討蠟燭燃燒實驗的題目(1)*感到困惑──這不就是確認空氣中的氧氣比例,難道外國人不知道這個實驗?隨著著手進行,卻發現越做越不合理,
才驚覺這個實驗並不單純,甚至有很多大家誤解的地方。我們花了一番功夫,將深入探討後的成果,發表於《IYPT-Magazine》(2)*。
.長期被誤解的實驗
問題一,氧氣是否完全被消耗殆盡?可用一個簡單的方法表示蠟燭只消耗瓶裡部分氧氣,也就是同時用兩根蠟燭(一隻短、一隻高)進行實驗,會發現高的蠟燭先熄滅,而短蠟燭在高蠟燭熄滅後繼續燃燒;由此可知高蠟燭熄滅並非因為氧氣耗盡。
問題二,即使蠟燭燃燒消耗了所有氧氣,仍會生成相當比例的二氧化碳或其他氣體,由此可見玻璃容器內的氣體體積變化並非只由氧氣減少所造成;顯見原有實驗解釋並不恰當。
問題三,查理定律告訴我們,空氣體積在加熱時會膨脹,冷卻時會收縮。蠟燭燃燒時加熱周圍空氣,因此蓋上容器時,燭火周圍空氣的溫度上升, 密度也較小,瓶內的空氣甚至會排出。隨著燭火熄滅,空氣冷卻而體積收縮,使得水面上升。
.眾說紛紜
近年針對研究或應用的科展作品以及教學設計,更衍生出其他問題。例如有些人認為氧氣燃燒後產生二氧化碳,後者只是略溶於水,液面高度理應不會改變太多,並提出實驗數據證明。還有人研究嘗試進行化學計量,假設H2O都凝結成水,且氧氣占1/5,可計算出氣體的變化量約占總體積的7%(3)*。
還有學生使用凸透鏡聚焦太陽光以點燃燭火, 避免蠟燭燃燒後蓋上玻璃瓶造成的熱空氣, 結果卻發現水面幾乎沒有升降(4)*。有趣的是, 以上論點似乎都不相容。近年更有學者研究這樣的教學過程,發現科學教師可能會過於自信地使用不正確的知識來教導學生而導致誤解(5)*。
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(1)請見網頁中第10 題:iypt.org/Tournaments/Taipei
(2)goo.gl/J6RjzS
(3)水位真的上升五分之一嗎?goo.gl/wAC95t
(4)悶熄蠟燭燃燒實驗的重新設計:goo.gl/3rC8i9
(5)以蠟燭燃燒實驗探討科學教師的教學策略:goo.gl/uMWfeC
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文│摘自《BBC知識》國際中文版第88期,更多資訊請見本期雜誌。
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查理定律題目 在 微物旅人:幻遊世界 Facebook 的精選貼文
各位朋友,明信片索取活動將要截止了。知道大家都有各式的生活瑣事要忙,我想在此再延長一天,到星期五台灣時間晚間十一點五十九分止。(但不限住台灣的朋友參加喔,別誤會。:))
另外,因為人數超過期待,五個名額會再向上加;大家不用怕,也不用像寫考試作文一樣瞻前顧後,直抒胸臆寫就是了嘿。
不客套地說,目前大家的回應我讀來實在非常感動。我並不因為在文字上取暖而得到快慰,而是看到這些認真而歧異的答覆,每個人都勤奮地在自己的軌道運行著,我覺得那是多麼壯麗的一幅浮世繪,是抬眼望去能見最壯麗的星圖。在現今複製人(無自我思考、僅盲從菁英主義僵化教育媒體報章等主流價直)橫行的世道,我是多麼想遇見這些反叛的、逆走的人們哪!因此,會問這些問題,當然非為刁難,也不想窺探誰的人生;我只希望自己寄送的時候,能夠針對每個人的性情、過往(第一題)、將來(第二題),有深入而不流於籠統的文字給你們。每一張都會是不一樣的內容,都會寫滿,這是自己一直以來寄明信片的守則。我是把它當作人生定律一般在守護的。
感謝你們也與我分享這些片語吉光。言止於此,期待看到大家的留言了。:)
(【微物旅人:幻遊世界】網誌明信片索取活動── http://www.facebook.com/photo.php?fbid=302569186437878&set=a.283148471713283.84473.281666445194819&type=1&theater )
咳咳,所以,為了慶祝本頁面滿月+人數破五百+貝魯斯柯尼下台,萬人空巷(騙人的)、眾所期待(沒有吧)、歲末送暖之【微物旅人:幻遊世界】偽網誌明信片索取活動來了!昨日我已將自己設計好(以我的攝影作品為主題,但不是這張圖喔)的明信片送印,圖樣先暫且保密,如果還算喜歡這裡分享的文字照片格言音樂等,歡迎踴躍參與。只要在這裡的塗鴉牆或本篇底下留言串,貼上妳/你對以下開放性問題的回覆,自己將選出五名最喜歡的留言,寄送這一點心意,回饋給各位板友。五名以下人人有獎,若反應熱烈的話我再衡量(只怕沒有人參加很尷尬的啊,我不如拿去當紙飛機摺)。無須長篇大論,文筆也是其次,直抒胸臆肺腑之言即可,誠意最重要嘿。我也會認真回應的。活動時間至下星期四11月17號,台灣時間11點59分止。
另外,為感謝其他將本頁面加到其最愛清單的pages,請這六個頁面的管理員聯絡我,我將直接寫明信片給你們。:)
藉此說一下,我其實並不喜歡粉絲的概念。我個人根本上討厭任何有階級落差感的盲目崇拜、過譽、虛華不實。所以我都稱這裡為我的「微/偽網誌專頁」,一個自我與世界的溝通渠道。查理考夫曼的《紐約浮世繪》說:「沒有人是多餘的,每個人都主演自己的故事,每個人都值得賦予他應有的天才。」你們沒有人是這個專頁或我個人的粉絲;請你們視我如友,我們彼此交流,隨意坐坐,吃便飯喝啤酒。
好的,以下是題目了:
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1. 請問妳/你對本網誌所發表的哪一則內容最有共鳴呢(不必一定是我寫我照的,任何格言電影音樂都行),為什麼?它是否與你/妳的價值觀或人生有相互呼應之處呢?
2. 妳/你最想去而還未去的國家或城市是哪裡呢?為什麼?
3. 對這裡的總體建議、鼓勵,或任何妳/你想補充的事情。:)
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再次說明,簡單寫就好,完全不用長篇大論哪,我想看見的是文字底下的真實個性。期盼看到大家的留言囉。(然後老朋友們原諒我不知長進再用一次這張圖片,每每關於明信片我都會浮現這畫面哪哈哈。)