2017-10-10 16:22:16長江
太陽光聚焦灼紙實驗心得
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
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
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。