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2020年2月27日 星期四

殺菌的科學

細菌、病毒其實是無所不在的,甚至是黴菌的孢子也是無所不在的,所以食物放在桌上,沒有任何密封、抗菌處理的情況下,幾天就會發霉、腐敗。

在這個新型冠狀病毒(新型肺炎)肆虐的時候,我們突然意識到除了帶口罩防止病毒吸入呼吸道之外,隨時洗手更是重要,因為洗手可以將附著於手部的大部分病毒帶走,避免我們的手因為觸摸而成為病毒的傳染途徑,但是物體表面的部份呢?

大家可能會用稀釋的漂白水、次氯酸水來消毒室內物體表面,但是做起來其實蠻耗時間的,而且漂白水如果用於密閉空間,還是需要注意,因為漂白水對黏膜、皮膚及呼吸道具刺激性,遇熱和光會分解,亦容易與其它物質產生化學反應。不當使用漂白水會影響其殺菌功能,甚至造成意外,威脅健康。過量使用漂白水或使用濃度過高的漂白水,會產生有毒物質污染環境,破壞生態。(參考香港衛生署之漂白水的使用

所以最簡單的物理消毒法就是「紫外線消毒」,尤其是UVC的紫外線,它是殺菌力最強的紫外線,在演化的歷史中,陸地生物是因為臭氧層遮蔽了 UVC 直射地球表面,所以才能有機會出現在陸地,也就是說如果我們可以在環境周遭建立 UVC 的環境,那麼這些細菌、病毒生存的機會就會小很多,目前其實紫外線消毒的運用已經非常廣,例如烘碗機、牙刷的殺菌。


當然,還有水族箱的紫外線殺菌燈。

使用這類的紫外線殺菌燈也是有幾個需要注意的點,首先它既然有強大的能量殺死細菌,它也就會殺死我們的細胞,或是造成我們細胞的病變,誘發癌症的發生,所以使用的時候一定要記得,不要照到我們皮膚、不要直接目視、不要照到寵物、等等,所以水族箱的紫外線是包在濾床中使用的,當水流過紫外光旁邊時,水中的細菌、病毒就會被殺掉,水中的魚就不容易生病。

另外,使用 UVC 有可能會讓空氣中的氧合成臭氧,因為臭氧有強大的氧化力,所以也是很好的消毒劑,但是人體一樣不適合直接接觸臭氧。所幸臭氧很容易還原成氧氣,所以使用 UVC 如果有照到空氣,最好時間不要太長,或者是等人不在的時候使用。

說了這麼多,其實我第一次想做這個紫外線殺菌的設備,是因為每次戴安全帽之後,都覺得頭皮會癢癢的,但是噴酒精、除濕維持乾燥,效果都不是很好,所以想用這個 UVC 來試試看。

我買了一隻13W的水族箱用的紫外線燈,網站介紹說需要在水中使用,一般是因為怕沒有水降溫,可能容易燒掉,另外就是直接照射空氣,可能會形成臭氧,但是這部份只要使用時間被控制,其實還好。


然後我用小米智慧插座連接之後,就可以遠端控制開關,也可以設定定時開關時間、倒數計時關閉,讓我可以減少被紫外線直接照射的機會。

以下是我的使用範例:
放在安全帽中,外面罩一塊布,光照60秒。

放在瓦愣紙箱中,將要消毒的物品放進去。

懸掛在適當的地方,直接開燈消毒,建議不要放在太大的空間

至於到底要照多久才有殺菌效果?
我簡單的計算一下,以這個13W的燈,放在安全帽裡消毒考量,安全帽內部半徑小於20公分,所以可以得到算式如下:
13*1000000*60/(4*3.1416*20^2)=206,901 (µWSec/cm2)
結果遠高於殺死細菌的需求。



以上細菌、病毒致死劑量資料出處為:人造太陽 紫外線 - C ( UV-C 253.7nm )

也可以參考此算式連結,輸入照射距離之後,就可以得出所需要時間或是照射強度了。

2019年6月14日 星期五

為什麼沒有一種具葉綠素的動物?

如何問出一個好問題?

今天吃中餐的時候,與小兒子天南地北的聊天,從減塑運動、吸管對海龜的危害、我們每天都在吸入許多的塑膠微粒、...等等。

我提出一個看法,如果現階段我們每年已經平均吃進去數萬顆塑膠微粒,那會不會其實塑膠微粒對人體的傷害沒有想像中那麼高?

就像是「氧氣」出現在地球上一樣,雖然早期對生物有很大的影響(類似毒氣的效果),但是漸漸的生物也演化出適應的能力,並使用氧氣作為獲得能源的一種方式。

突然間他問我地表上的生物是不是都是由海裡的生物所演化而成的?

當然,就演化論的角度來說,目前地球上的生物都源自於海裡的生物。

產生氧氣的藍綠菌是動物或是植物?

藍綠菌的分類來說,不是植物也不是動物,而是「原核生物」,他可以行光合作用也可以移動,還可以吃別的微生物當成養分來源。

那麼藍綠菌是植物的祖先是嗎?或說植物是由藍綠菌演化的。

這樣說也沒有錯!藍綠菌演化出藻類,再接著演化出植物。

那麼為什麼藍綠菌沒有發展成為動物?或者說,那麼多生物的演化分歧下,為什麼沒有一種動物具有葉綠素?

......,這真的不知道是為什麼?


如果說每一個演化的分歧都是一個偶然的開始,沒有道理不出現任何一種可以行光合作用的動物,是吧?

好奇心給了我們不斷探究的動力,也是促成這個問題的動力。

這個問題給了我一個繼續思考的空間,或許我也永遠不知道答案,但卻繼續讓我對這個世界充滿好奇。

參考閱讀:
  1. 人類每年5萬顆塑膠微粒吃下肚 喝瓶裝水吸收更多。上報
  2. 嚇人!八掌溪出海口含超多塑膠微粒 約13.5萬顆佈滿標準游泳池。ETtoday新聞雲

https://shopee.tw/%E4%BA%8C%E6%88%B0%E8%BB%8D%E4%BA%8B%E6%A8%A1%E5%9E%8B%E5%85%B5%E4%BA%BA%E7%8E%A9%E5%85%B7%E6%93%BA%E8%A8%AD%E6%93%BA%E4%BB%B6%E7%94%B7%E5%AD%A9%E7%A6%AE%E5%93%81%E5%A3%AB%E5%85%B5%E9%81%93%E5%85%B7%E6%B2%99%E7%9B%A4%E6%88%B0%E5%A0%B4%E8%BB%8D%E4%BA%BA%E5%B0%8F%E5%85%B5-i.120935395.2200613384

2018年8月6日 星期一

今天拍到的木星

這是2018.08.06晚上19:42拍到的木星,動畫的內容是一秒內連拍10張的結果。
很高興的是木星的四顆大的衛星都拍到了。


以下是模擬軟體 Stalletarium 所模擬的照片,證實這四顆確實是木星的衛星。
由右上方開始依序是木衛三、木星、木衛一、木衛二及木衛四。

2018年7月15日 星期日

氣泡葡萄 (Fizzy Fruit)

曾經看過一個有趣的實驗,實驗者將一些切好的水果,裝到一個大的保溫箱中,然後放一些乾冰進去,再將保溫箱用大力膠帶纏起來,12-14個小時之後打開,乾冰產生的二氧化就會滲進水果當中,這樣吃起來就會很特別。


但是我們日常生活中要拿到乾冰,其實不容易,而乾冰買到之後,也不容易保存,很快的就會揮發而消失,那麼我們要如何重現這個實驗?

這個問題我應該想了有兩年以上,每次想要買乾冰回家,就會因為事先準備工作沒有完成而暫時作罷,直到前幾天看到一個二氧化碳打氣筒,一陣喜悅上心頭,因為這個小裝置剛好可以解決我這個實驗的關鍵問題。

因為乾冰不容易買也不容易儲存,但是二氧化碳鋼瓶,想用就用,不用就關起來,這樣可以節省二氧化碳的浪費。

接著我們需要製造可以耐高壓的容器,這部份其實寶特瓶就是很好的選擇,打氣的部份就是取用腳踏車的內胎,將氣嘴連同旁邊的內胎皮剪下來,配合寶特瓶的瓶口修好,測試一下氣密的效果,必須要能蓋上旋緊才行。

接著我們將葡萄洗好,用乾淨的水沖過一遍備用。影片中他們的葡萄是連皮直接放進去,但是我覺得如果事先戳幾個孔,可能會有助於二氧化碳的滲透,所以我先將葡萄用鑽子刺破。

放好葡萄蓋上瓶蓋,然後就可以用二氧化碳打氣筒對寶特瓶打氣。

要打多少氣體呢?原則上壓力越大,氣體越容易滲到葡萄中,但是個人建議不要超過3大氣壓。打氣的時候,請小心慢慢的打開氣閥,不要讓鋼瓶太快洩壓,這樣壓力比較容易控制。當壓力瓶開始洩壓,平身會變冷,甚至是結冰,這都是正常的現象。
原本金黃色的螺帽,已經附上一層薄薄的霜,顯見溫度以降至攝氏0度以下。

接下來就是將高壓二氧化碳的葡萄瓶,放到冰箱等著。

這次的實驗,我放了大約6個小時,結果葡萄整個風味果然不一樣,咬下去有微氣泡的感覺,很美味。

同樣的作法,我也試了只裝白開水的方式,結果水喝起來跟坊間的氣泡水幾乎相同,看來這就是一個簡單的氣泡水機了(也就是使用氣泡水機應該也可以製作氣泡葡萄)。
 

找時間你們真的應該試試看!

2018年6月26日 星期二

不同溫標的意義

在國中物理的一開始,我們先談聲光熱,主要的原因是要為後續的物理測量做鋪陳,其中熱的測量,我們會談到不同溫標的定義,例如攝氏與華氏,然後再來討論不同溫標之間的換算。

在新課綱的研習討論中,夥伴用數線的概念要去解釋兩個不同溫標的計算,讓孩子可以比較熟悉的使用數學工具,來解釋不同溫標之間的關係,也讓學生容易理解計算的過程。

但是這樣的過程,似乎難以帶起學生的學習動機,其實我們不妨加入一些科學史的概念,例如我們來思考不同溫標的產生背景,或許孩子也會比較想要知道這些溫標的意義,未來自己碰到類似的問題情境時,也比較容易建立起新的標準。

首先,我們在定義溫度時,一般都會需要兩個參考點,因為參考點定出來之後,我們就會知道第三點的意義了。對於溫標的發展歷史來說,華氏溫標首先於1724年由德國科學家華倫海特(Daniel Fahrenheit)提出,但是奇怪的是華倫海特先生是用冰、水以及氯化銨所混合而成的鹽水中,量得的刻度即為 0度,而將人的常態體溫定為96度。

後來在1742年,瑞典天文學家安德斯·攝爾修斯(Anders Celsius),將一大氣壓下的水的沸點規定為0℃,冰點定為100°C,這個溫標也就是我們比較熟悉的攝氏溫標。

從這兩個例子來看,我們可以知道,溫標的兩個參考點都必須是容易被其他人重現的點,這樣的標準才為一致,因此攝氏鎖定出來的溫標我們可以很容易理解,因為水在結冰時,溫度會維持恆定一段時間,或者說,任何人只要維持一個冰與水混合的環境,平衡之後的溫度,基本上都是一樣的(當然會受大氣壓力的影響還有測量環境的想而改變),同樣的在沸騰的時候,他的溫度也會維持一個長時間的恆定,所以取用這兩個標準來做成溫度計,是比較容易被複製與重現的。

而華氏溫度計,為何用氯化銨的鹽水水溶液所呈現的最低溫當成華氏溫標的最低參考點 0°F,而人體常態的溫度當成96°F,這邊有些不合理,怎麼會訂出這樣不規則的數字?而且 0°F的標準,應該不是每個人都容易重現的吧?那麼為什麼要訂出這樣的標準?

我找了許多的資料,並沒有看到華氏決定這兩個參考點的理由,於是我只好想像如果我是華氏的話,我會怎麼去訂出標準。

首先,那是個大航海時代,海上的商業正發達,華倫海特先生出生於但澤(今波蘭格但斯克),少年時其父母意外死亡,迫使華倫海特開始學習商業。經過在阿姆斯特丹的多年訓練後,他定居海牙,從事玻璃製品的吹制和貿易,並製作氣壓計、高度計和溫度計出售,先後研製成功酒精和水銀溫度計。

也就是說,華倫海特先生其實不是從小就學習科學相關領域出身的科學家,而是從事商業的實業家,他的研究是來自於生意上的需要,那麼他設計溫度計給誰用?由於這樣的儀器在當時的科技工藝來說,製作並不是那麼容易,價錢也就比較昂貴,所以不會是一般人家買來看天氣用的,我合理的推論是要賣給海上航行的船隻,因為海牙是荷蘭的港口,位於歐洲的西北方靠海的位置,航海最擔心的就是海水結冰,船隻被凍在海上動彈不得,其次就是水手生病,因此航海人員需要有兩個標準來幫助船上的人辨識這兩個溫度,所以,將鹽水結冰的溫度設定為 0°F,而人體發燒的溫度為 100°F。

這樣的標準與攝氏溫標的產生完成不一樣,但是如果你想換算的時候,還是要找出關係式,於是當時找了一隻華氏溫度計去測試水沸騰的溫度與水結冰的溫度,得到的結果或許是 211°F與 32.1°F,這時為了兩個溫標的互相推算的方便,就將華氏的溫標範圍略為調整,令其 32°F為 0℃, 212°F為100°C,這樣的換算關係就可以簡化到 9:5 的關係了。

當然,上述的情節可以想像是一個短篇小說,但是我在跟孩子們說這個故事的時候,孩子們都覺得有趣,然後我們可以思考,如果我需要訂一個新的溫標的話,我的溫度標準會是什麼?為什麼?怎麼跟其他溫標換算?

圖片引用 Pixabay

參考資料:

  1. 華氏溫標與攝氏溫標的由來,LH604 學習園地。
  2. 華氏溫標,維基百科。
  3. 攝氏溫標,維基百科。
  4. 加布里埃爾·華倫海特,維基百科。

2018年4月25日 星期三

溶解度的測量

欸,修毅,溶解度要怎麼測?

你已經知道溶解度的定義嗎?

嗯,就是100克水所能夠溶解的最大量的溶質,是吧?

沒錯!定義是如此。
那什麼樣的情況會到達溶解到最大的量呢?

就是溶質已經溶不進去了水裡面了?

好,那你怎麼知道溶不進去了?

嗯,......,反正就是一直加然後攪拌、再加再攪拌,最後看到還有溶不掉的,那就是溶不進去了。

好,對於那個已經再也溶不進溶質的溶液,我們叫它什麼?

你是說「飽和溶液」嗎?

嗯,不錯喔!
那我們假設一下,有一杯100克的水,我們加了33克的鹽進去,結果攪拌之後全部溶解,於是我們再加1克,結果有一部份的鹽沒有溶解,請問這杯水的溶解度是多少?

嗯,應該是34克,對吧!

不是吧!
有一些沒有溶解喔!

那 33-34 克之間。

沒錯!
那有沒有辦法再準一點?

就拿一個濾紙將那些沒有溶解的過濾出來,然後稱一下重量就知道了。

可是濾紙可能會吸了一些鹽水,而且有些比濾紙孔隙還小的鹽可能還是會過濾過去,所以最後秤到的重量,可能還不是真正沒有溶解的鹽喔!

那......,選細一點的濾紙呢?

嗯,首先濾紙吸水的問題沒有解決,其次,總有比濾紙孔還小的鹽粒會漏下去啊!

我覺得沒有更可行的辦法了!

好,如果我們先到出一些固定重量的澄清食鹽水到另一個乾淨的杯子,我們是不是可以秤出這個鹽水的重量。

對,但是還是不知道鹽的重量。

接下來利用我們學過分離水跟鹽的方法。

對耶!
把水烤乾了,就知道這個水中的鹽有多少重量。
嗯,那就知道水跟鹽份的比例,也就會知道鹽的溶解渡了!


2018年3月23日 星期五

從吳沙一號-環保綠舟看工程師教育

開學後一週,鈐鈴老師告訴我,同學想要參加宜蘭縣政府主辦的「環境教育水上載具-綠舟創作競賽」活動,並問我的看法。

我覺得這是一個不錯的活動,可以讓大家思考那些廢棄的物品到底還有什麼功能,同時也可以利用機會訓練大家思考解決問題的方法,但是最擔心的是製作過程添加了一些其他的材料,反而造成更多的資源浪費,如果能夠避免這一點,那麼這個活動其實很有意義。

於是鈐鈴老師毛遂自薦擔任「吳沙一號」的指揮官,並著手隊員遴選的工作。

報名的同學很踴躍很快的就額滿,來自八年級的四位女生巾幗不讓鬚眉,紛紛捲起袖子要加入這個為校爭光的行列。

但是算算不過是三週的時間,該做的事情有哪些?期程如何?再再都是燒腦袋的細節,於是先由總工程師,敝人在下我,擬定需要蒐集的器材,然後透過學校系統、網路系統放送,廣為募集各式各樣要丟掉的資源或是垃圾,因為討論中,同學們一致認同指揮官鈐鈴老師的想法,我們要做出一艘完全不加入「新」材質的環保船,因為這是資源再利用的重要概念

鈐鈴老師帶著孩子擬定的工作進度表


由於完全要用回收材料,所以初期的目標就是蒐集寶特瓶與舊衣服,寶特瓶就是作為船的福利來源,舊衣服要做什麼呢?協助蒐集廢品的老師不解的問。

原來所有固定船上結構的固定都需要繩索,但是如果不採購新的繩子,廢棄的繩子並不容易蒐集,為了解決繩子的問題,我們決定將舊衣裁成條狀,再繫成布繩,這件工作第二天就展開,同學們分帶來家中廢棄的舊衣,然後用平結繫成布繩。
生活科技教室在放學後就變成加工廠,這是布繩製作中的景象

寶特瓶也陸續蒐集到了,該怎麼固定寶特瓶呢?我們想到的是用網子裝起來,可是哪裡有這麼大的廢棄的網子?幸運的是辦公室裡有待過漁村附近國中的老師,幫我們募集到廢棄的漁網。而鈐鈴老師21年前的學生,也為老師送來破損報廢的卡車後斗遮布,這些都是可以讓我們將寶特瓶做成浮筒。

幫老師送「報廢的卡車後斗遮布」的文勝

在討論兩個浮筒的製作方式後,我們決定先用漁網做成「網袋」,再用它來盛裝寶特瓶。

學生利用假日來學校用布繩製作網袋

好不容易寶特瓶裝成袋子,但是兩個浮筒卻明顯重量不同,該怎麼處理?這個問題考驗著同學,有人說不管他,有的很在乎,並且提出重量不同可能導致浮力不相同的困擾,最終可能會造成船的不穩定,所以問題必須被解決。但是如何解決呢?

同學討論出來的結論是:

  1. 先分別秤出兩個浮筒的重量。
  2. 在製作一個小的網袋,將重量的差異做成一個小浮筒。
  3. 將小浮筒包覆在輕的浮筒上面。


到保健室測量浮筒重量

兩個浮筒總算做好了,我們再用卡車後斗的遮布將浮筒包覆起來,因為這樣可以增加浮筒表面承受撞擊的強度。
浮筒製作

浮筒好了,那支架呢?如何撐起這艘船呢?

剛好學校後方有位婆婆,她家後面有一小叢雜生的竹子,之前颱風吹倒了幾隻竹子,但是婆婆也沒有能力去處理,所以就一直放著。當我們問婆婆可否鋸下來用的時候,婆婆還因為我們解決她的困擾而開心不已。

感覺上支架、浮筒都有了,我們的船應該就這樣確定了,但是動力呢?動力該如何解決呢?

「我們用撐篙的方式」有人說,但是河會不會太深?到時候碰不到底怎麼辦?

「用槳划」有人說,但是槳呢?
用輕艇隊的槳?
不行啦!那樣不符合環保,我們應該自己做,我們可以竹子,然後用寶特瓶剪開,然後如此這般....。

「我覺得可以用腳踏車」有人說。
可是輪子可以嗎?那又不是馬路。
而且要如何固定到船上去?
可是如果可以用腳踏車,應該是很有創意而且速度應該很好。
那裡有廢棄的腳踏車呢?
我們鄰居家有很多腳踏車,好像很久沒有用了。

於是我們決定先找腳踏車看看,但是槳的部份還是同步進行。


終於,鄰居的腳踏車變速器、煞車都壞了,準備報廢,樂於我們幫他清走,所以腳踏車動力變成我們的重點設計,首先遇到的問題就是腳踏車的固定,由於高度的差異,原本我建議利用直接這學期生活科技課程的木板來釘做一個支架,但是學生堅持不能利用新的物資,於是他們展開地毯式的搜索,最後學務處老師告訴他們,有兩個戶外塑膠椅裂開準備丟掉,看看可不可以用。

學生們開心的拿回來,我們對著浮筒與腳踏車擺來比去,終於找到可以固定的角度,也可以支撐腳踏車高度的位置,當所有東西都固定好之後,同學們建議進行第一次下水試驗,看看有沒有什麼需要修改的。

還好,吳沙國中有訓練輕艇用的漂亮水生池,剛好可以讓我們測試,一群人浩浩蕩蕩扛著船到池邊,剛好輕艇隊的同學在練習,因此我們吳沙一號環保綠舟的首發就成行了。

吳沙一號的首發

試航之後,我們發現後輪與水的阻力不足,不足以產生足夠的推力,而前輪的結構也不足以構成方向舵的功能,但是時間已經到了三月17日(週六)中午,能夠修改的時間有限,於是大家商定週日繼續努力。

經過兩日之間兩次巨大的修改,方向舵的設計、後輪葉片的設計也依序完成,大家越發覺得有信心了。
後輪改裝成有葉片的推進輪

回顧整個吳沙一號的誕生過程,同學們遇到問題、解決問題的動力,老師適時給予經驗、知識的補充與協助,充分思考所有蒐集的物資,例如結合巧拼與電線,做成推進輪的葉片;善心人士捐了窗簾,原本不知道可以做什麼,最後拿來做成控制方向舵的控制繩,整艘船百分之百利用回收的資源與垃圾來製作的目標達成。
同學輪流試騎

昨天在辦公室,幾個老師一起聊天,我們覺得這樣訓練孩子可以思考解決問題的方法、親自動手解決問題的教育,就是我們教育未來的希望,我們希望孩子是有人文素養的工程師,可以勇敢的面對問題,認真的解決問題。

2018年2月9日 星期五

學習、情境與考試

最近有個學生在準備會考,他問了一個參考書模擬97年基測的題目,題目內容如下:

我們討論了許久,發現其中有一些問題都要回到基本定義思考,例如:
  • 什麼是等速度運動?速度為0時,算是等速度運動嗎?
  • 什麼是等加速度運動?速度為0時且加速度為0時,算嗎?
  • 是不是只要前後速度不一致,我們就可以說是加速度運動?那如果中間包含一段等速度運動呢?還算是加速度運動嗎?
在面對各種科學的學習上,我喜歡將問題回到基本定義上,例如速度的定義就是單位時間的距離變化量,而加速度就是單位時間的速度變化量

所以我們來思考這個問題,首先0~3秒,是不是作家速度運動?因為題目提供的數具有各秒的位置,因此我們可以推算出每秒之間的平均速度,0-1秒為 30 cm/s ,1-2秒為 50 cm/s ,2-3秒為 50 cm/s,所以可以到1-3秒之間,其實為等速度運動,也就是說沒有加速度的現象。

其次,3-5秒都是位於相同位置,也就是說各秒之間速度都是 0 cm/s ,就是靜止。靜止的物體屬不屬於等速度運動?我認為算的,只是速度為 0 cm/s。

第三,5-7秒之間,我們可以看到各秒之間的速度都是 40 cm/s ,換句話說,就是沒有加速度,沒有加速度的意思就是物體不受力,或是合力為 0 。

最後,7-9秒之間,我們看到7-8秒間的速度為30 cm/s,而8-9秒間的速度為40 cm/s,也就是速度在改變,所以說它在進行加速度運動是正確的。

討論到這邊,我們會發現按照我說的,其實答案就是A,但是學生提供的標準答案卻是B,怎麼回事呢?

首先,回到A這個答案,其實我們從0-1秒與2-3秒之間的速度來看,它是有速度改變的,所以要說它有加速度,其實也不是不可以。

而B這個答案,因為速度其實為 0 cm/s,算不算是等速度運動呢?這又見仁見智了。

這些答案的爭議其實是有的,但是如果可以討論到這邊,通常我也認為孩子的認知是沒有問題的,他們對於動議也是清楚的,所以其實不需要計較那個才是標準答案。

對於學習的過程,我們需要給一些情境來讓學習者思考,是否可以從情境中找到解決問題的方法,但是對於定義的認知,在上面這個題目來說,就有些個人認知的部份被加到「正確答案」的參考中,其實不適合用來做為考試題目,當然,如果不是為了考試,倒是可以拿來討論的。

對於這些練習,我的建議是拿基測或是會考的考古題來做就好,因為這些問題不容易有模擬兩可的結果,底下附上這一個題目所參考的基測題,大家參考看看哪個題目設計的比較好?


2017年12月5日 星期二

蝶豆花雞尾飲

大家可能有用過紫色高麗菜來坐酸鹼指示劑的經驗,現在有一種新的選擇,那就是蝶豆花。

蝶豆花泡水之後顏色音樂呈現藍色,但是加入酸性物質之後,就會逐漸變成紫色到紅色,如果把他放到飲料裡面去,其實是挺有趣的。

課程中我們首先觀察蝶豆花與酸鹼指示劑的差別,我們先取一點酸鹼指示劑放在培養皿當中,然後加入小蘇打溶液,發現廣用指示劑的顏色變成了綠色,接下來我們聽話再取一點廣用指示劑,這次改用醋酸,它的顏色就變成了紅色。

同樣的我們觀察蝶豆花溶液,發現他對鹼性物質也就小蘇打溶液不太敏感,雖然顏色有一點點變成綠色,但是並不明顯,改用醋酸之後發現顏色變化的比較大,先從紫色慢慢的變得比較紅。

說明完顏色的變化之後,我們再來看看密度的影響,首先是加入果糖的效果,溶液如果有加果糖,它的密度會變大,也會在調配之後沉到液體下面。其次是溫度的變化,熱水的密度通常比較低,所以相同的溶液,熱水會浮在冷水的上面。

同學測試不同密度的分層效果

接下來我們進行這次的實驗,主要的材料有蝶豆花、黑松汽水、檸檬濃縮液以及果糖,汽水從冰箱拿來的所以屬於低溫的飲料, 蝶豆花則分別調成了熱水溶液以及冷水溶液。

我們分成3種不同的挑戰,第一組是底層為紅紫色,中層為藍色,上層為透明;第二組則是底層為紅紫色,中層為透明,上層為藍色;第三組則是底層為藍色,中層為透明,上層為紅紫色。

接下來同學就需要思考,那一層需要酸一點、熱一點,那一層則是加多一些果糖,讓它密度大一點,調來調去,一不小心,到太用力之後,就又全部混在一起了。

最後大家都能夠有耐心的調出符合需求的飲料,雖然喝起來 有些古怪,但口味其實都還不差的!











2017年10月13日 星期五

無重力實驗

無重力的環境中,許多我們覺得習以為常的現象都變得不一樣。

2011年1月在人文與孩子討論「跟太空人對話」的議題時,我們也思考過類似的問題,也羅列出許多可能在太空中可能會產生不同結果的現象來問太空人,其中一項就是在太空中的火焰會有不一樣的狀態嗎?我們想到這個問題,是因為火在地球上的形狀,受到重力的影響很大,例如蠟燭燃燒的時候所產生的火焰,是因為蠟燭蒸氣是比較熱、密度比較低的,所以在重力的作用下,它會向上飄起,也使得蠟燭的火焰成為向上延伸的形狀。我們想像在無重力狀態下,因為沒有重力的影響,所以無論燭蕊中心的蒸氣不會有向上飄的問題,而是會影向四周擴散,所以我們想像他會成為球狀的。但是這個問題在詢問太空人時後,他們告訴我們,在太空中火是很難被控制的,所以他們基本上不會用火,而這個問題他們也沒有正式的回答。

今年九月,看到鄭永銘老師的部落格文章,提到無重力下的火焰狀態,提到無重力下的火焰狀態,其中引述了國外所做的無重力實驗,執行的方法很簡單,其實就是將實驗的內容,先預放在一個箱子裡,再將箱子從樓上丟下去,這個自由落體的過程,箱子裡面所呈現的就是一種微重力狀態,在國外的影片中蠟燭的火焰果然成為一種類似蕈狀火的現象,也符合我們在2011年所做的推論。

NASA的圖片,摘自「跟著鄭大師玩科學

跟科學實驗社的同學討論之後,我們決定做這個實驗,同學們也很給力,一下子就將相關材料、器材準備好,所以我們也第一次感受短暫失重狀態的實驗。

第一次的實驗當然就是先重複國外影片中的實驗只是我們將木箱換成了紙箱,GoPro的攝影機換成另一台富士的防水相機,然後用鋁絲將相機、蠟燭固定之後我們就開始實驗。

紙箱內的固定方式,左側綁著相機,右側平台放置蠟燭。

測試的紀錄影片如下:

做完火焰形狀的實驗後,我們檢討的幾個問題首先因我們的蠋火不夠大縮小的程度比較看不清楚,其次,數位相機的解析度似乎差了一點。

接下來我們思考利用無重力的環境,我們還可以做什麼樣的實驗?

首先想到的是當我們不小心墜落的時候,我們會有嚇了一跳的感覺,這種反應甚至被用在電影的劇情裡面,我們想,是不是所有的生物,對於無重力的狀態都會有相同的反應,所以我們想用魚來試試看,再無重力的狀態下,會不會有驚慌失措的現象。

其次是我們都知道,在無重力狀態下,水滴會形成類似球狀的,假設我們現在有一個水流,突然之間這個系統進入一個無重力狀態,推測水應該不會再流動,然後原本在空間中流動的水柱,應該會慢慢的聚成水球。

實驗的結果是,小魚似乎沒有因為突然間進入無重力的狀態而有任何的驚慌失措,這個實驗我們重複了幾次,都得到相同的結果。但是這也有可能是魚的驚慌失措現象太過細微,而我們說使用的相機沒有辦法如此清晰地抓到畫面。

關於水柱變成球形的實驗,由於實驗的空間有限,在第一次實驗的進行中,水流沒有辦法如預期的在釋放的同時仍然保持原來的流向,導致相機沒有辦法拍到水柱,而這次實驗之後,器材就溼掉了所以我們也就暫時沒有辦法繼續做第二次的實驗。

總的來說我們找到了一個在地表可以有效地模擬微重力的實驗方式但是能夠維持的時間很短大約只有1秒所以實驗的內容不能太複雜,後續如果我們在想到其他的實驗內容我們也可以繼續再試試看。

2017年4月14日 星期五

什麼是研究精神?

在週二科學實驗社中,這一週的主題是「伽利略溫度計」,但是子弘想做一些不一樣的,於是他選擇了「蘚苔畫」的主題。

在蒐集蘚苔,調配泥土與糖,然後用果汁機打出一杯泥水狀的溶液,接著就是找尋可以作畫的空間,所幸在清水這個自由的空間裡,雖然明天就有審查,但是還是接受他們大剌剌的在牆上作畫。

隔天,子弘問,我是不是要噴噴水?

接著又問,我是不是可以噴不一樣的水?例如加糖的水?

這就是我們要的研究精神,從好奇心出發,想要有一些改變,也期望這些改變會有影響,聽著子弘的問題,我也開始期待了。

在提醒子弘記得留下紀錄之後,就看子弘仔細的調配糖水,就不同的區域進行噴水。

今天(週五)子弘再次進行噴水,突然很興奮的告訴我,在噴糖水的區域,可以看到綠色的點點,是不是蘚苔在生長了?老實說,我也不知道,但是懷著好奇與期待的心情,我們開心的照相做紀錄。