碳的結構與性質

製造幾種結構相異的碳，探討這些碳的性質。                  

實驗材料:

• 1.活性碳
• 2.木碳
• 3.備長碳
• 4.塑膠杯
• 5.蠟燭
• 6.打火機
• 7.雞蛋
• 8.夾子
• 9.滴管
• 10.餘氯指示劑
• 11.布手套
• 12.色素
• 13.線香
• 14.瓶子
• 15.茶袋
• 16.湯匙
• 17.色素
• 18.白紙一張
• 19.棉花棒
• 20.檸檬
• 21.烤箱

1.現象說明：

活性碳、木碳及備長碳其功能相當多，可應用於日常生活中，不同種類的碳也應用在不同的地方，透過各種不同製備方式的碳，經由實驗來探究碳的性質。

2.教學目標

製造結構相異的碳，探討這些碳的性質。

3.實驗步驟

活動一: 各種碳外觀、功能之比較

• 1.觀察各種碳之外觀有何不同?
• 2.敲敲看木碳與備長碳聲響有何不同?

活動二: 碳顆粒黑珍珠的生成

• 1.每人戴上布手套取一湯匙在蠟燭上慢慢燻黑，用滴管取水慢慢在湯匙滴上一滴水。
• 2.將水珠慢慢裹上一層碳顆粒(要裹均勻不可有縫隙)即可生成碳顆粒黑珍珠。
• 3.再將碳顆粒黑珍珠輕輕置入水中觀察看看是否可以在水中漂浮 ？

4.分析與結論

• 4-1 能藉由觀察公式來推論並分析出相關趨勢線。

• 4-2 能從所記錄數據與繪製的數據圖中，瞭解還有需要設計實驗與執行的項目。

5.教學目標與評量

• 5-1 理解並應用光學繞射光柵原理。

• 5-2 利用現有器材資源，與學習到的知識。考驗學生能否融會貫通，以及取適當物理量來實驗分析。

• 5-3 讓學生學習科學素養，即探究現象，最後精緻化結果。

6.參考資料：

7.參考說明

• 2.1思考點波源在水中如何形成水波。

• 藉由示範影片中以常見的點波源去擾動水面形成水波，再進而引導學生認識到水波的形成主要原因，主要是因為水分子彼此間之吸引力所引起的表面張力。

• 2.2思考毛細波與繩波的共通點。

• 手拉動繩子產生繩波，如同這實驗的漆包線拉動水波表面產生水波，表面張力波其實就類似水面上的漣漪，產生原因也包含表面張力，如同上下振動繩子產生繩波一般，繩波波速和繩張力、線密度相關，漣漪的波速也和表面張力、液體密度相關。

• 2.3思考當雷射光照射到毛細波表面後光線會如何前進。

• 讓學生觀察水波表面的構造，先詢問出光行進的性質後再進而引導出光還有干涉和繞射之特性，最後讓學生知道雷射光會將水波作為反射式光柵然後繞射。

• 2.4思考不同頻率繞射點間距會如何改變。

• 因為V=λf所以當波傳遞的介質都是水時波速就為定值，因此當頻率增加水波的波長就會減少，光程差為d(sinψ − sinφ) = mλ，其中ψ為入射角φ為繞射角，所以當ψ=φ會形成第零階的繞射亮紋，當ψ≠φ就會造成1、2、3…階的亮紋，所以當d變小時又因光程差必須相同 ，因此繞射亮紋間距就會增加。

• 3.1設計一項實驗，探討雷射光入射角度θ與雷射入射點到屏幕的距離(L)和屏幕上的第零階繞射亮點高度(H)的關係。

• 3.1.1實驗數據圖

• 3.1.2分析實驗結果
• 改變不同L的值後去測量其相對應的H值，再用H-L做一回歸直線，由於第零階繞射點到水平面的夾角為tan−1(HL)=θ，所以的到θ值為0.0418(弧度)。

• 3.2試著取適當的物理量，線性回歸出表面張力

• 3.2.1 實驗數據圖

• 3.2.2分析實驗結果

• 表面張力實驗值= 0.0712 N/m，30°C 條件下理論值=0.0710 N/m，誤差0.28%