生活科學－化學－電石竹炮

戶外教育曾經帶過許多地方，有現場表演、遊行的園區不在少數，只是得在特定時間才有得欣賞。也去過幾次位於屏東的台灣原住民文化園區，雖然一定看得到原住民歌舞表演、搭乘遊園車及不同的體驗活動，只可惜有一項演示一直沒有親耳聽聞，得碰運氣，不然就是待到表演時間到。

文化園區位於屏東縣瑪家鄉北葉村
是便於探索體驗、洗滌身心、家族聚會的文化公園

也就是電石竹砲啦！以往的竹炮，當然是在山林裡就地取材用中空且長直的麻竹製作的，而且要將內部的竹節去除，空間才夠大。但是竹製容器用久了，氣爆過幾次以後，結構肯定不若強健的新品，因此園區採用結構性較強的金屬筒身，並有效提升使用次數與保存的便利性。

十幾門電石竹砲排排站，介紹不同原住民族名稱時也會輪番點燃
也可以更名為電石鐵砲，威嚇力感覺強一些

早年使用於台東縣電光阿美族部落，其作用為遇有他族侵襲時嚇阻敵人，平日用於驅趕鳥群。竹砲是利用電石中所含之碳化鈣，遇水蒸發形成乙炔，再將筒內充滿之氣體引燃造成氣爆，但無危險性及有害人體身心之虞。

文字資料來源：背景帆布解說

不過解說文字中有小小錯誤的地方，就是電石遇到水是化學反應，不是蒸發（物理變化）。也就是電石與水混合反應後，產生可燃性的乙炔氣體和鹼性的氫氧化鈣。接著，點燃筒內的乙炔氣體，產生火花及爆炸聲響。

 
放置電土（碳化鈣）的筒蓋上有個小孔，就是外部火源靠近的地方
可以思考看看，為什麼砲筒上方還需要加蓋子呢？

蓋子除了不讓異物進入，避免下雨時筒內積水，也不讓乙炔氣體快速散逸，主要原因真的是這樣嗎？乙炔氣體的分子量是24，和空氣平均分子量29相去不遠，加鐵蓋進行向上集氣法的效益不大，只是不加蓋還是會飄出來就是。

在晴天的演出活動時，筒身上方的開口是不加鐵蓋的，換成是在筒身裡加橡膠板之類的物件，讓乙炔氣體在筒內積聚，最後點燃時，便能看到氣爆時的衝擊將板子帶出。

可參考影片前兩分鐘

科學玩具－光學－蝸牛分光器

這一組反射型分光器是來自日本的設計，在網站上有許多尺寸、規格大小不同的版型無償供人下載。裡面所使用的反射光線的物件是光碟片，2010年以前是使用CD，後來可燒錄的DVD或是大量壓片的DVD也都試用過了，不難觀察到DVD的分光效果會比CD來得好。

如果使用磅數夠的紙張，依照說明和摺痕製作出來的效果還挺不錯的
貼上雙眼就像隻蝸牛一樣，所以我稱其為蝸牛分光器

 

讓欲被觀察的光通過狹縫，形成線光源後再照在光碟的反光面上
紙質厚才不透光，且觀景窗口內側要塗黑，避免外界光線干擾觀察

 
白熾燈泡內部使用鎢絲造成電流熱效應，進而讓鎢絲發光
所產生的是連續光譜

 
日光燈管是利用通以電流的水銀蒸氣而產生紫外光

當紫外光被塗佈在燈管內面的螢光物質吸收後，便會能量躍遷出可見光

所觀察到的是不連續的線性光譜

光碟片上的彩虹是因為產生了繞射的現象，混色而成的色光（白色）經由光碟片上的細微溝槽分光後，便是所看到的彩虹。溝槽的密度越高，就能把色光分得越開，也就是分光效果越好，因此才說DVD會是較佳的素材選擇。

再者，不同波長的色光的繞射角不同，才能讓各種色光分散開來，像是波長較長的紅光的繞射角較藍光大，因此所形成的彩虹外側是紅光，而藍光則是在內側。

另外，不同的光源形成不同的光譜，可以透過蝸牛分光器（簡易的反射式光譜儀）觀察身邊的光源（交通號誌LED、照明用鈉燈、鹵素燈、日光燈、燭火或打火機等等），會有不一樣的發現哦！

科學玩具－磁學－磁浮飛梭

陪伴了10多年的教職生涯，同時也流行過一陣子的磁浮玩具，2019年時終於功成身退了。這是可以用來講靜力平衡的科學玩具，不僅僅是簡單易懂，操作上也是比磁浮陀螺簡單許多，加上成功率高，因此成為百寶箱裡的常備軍。

轉或不轉都可以達到平衡，旋不旋轉就成為次要的討論方向
簡單的力學分析，就能讓國中程度的學生理解合力為零的應有概念

在一次不經意的手滑，當下滑出了裡面的構造，與地面的碰撞造成解體，雖然沒拆解前也大致能想得出來裡面的結構，只是難免心疼。磁力與重力並非想像中的簡單，懸浮的現象也是，稍有擾動，平衡即被破壞，讓飛梭往左或往右偏移。因此這玩具常需要一片裝設在側邊的擋板，讓飛梭的轉軸壓在擋板上，使水平方向的力量得以平衡，操作者只需專注在讓垂直方向的所有力量抵銷。

 
多了一片，價格不變（知道這廣告詞的都是有年紀的，承認吧）
但少了這一片檔板，想要達到平衡，可說是難如登天

翻轉過來，露出內部的設置。有四個磁鐵黏著在裡面的溝槽，兩兩以斜邊相對，所產生磁力的合力便是向上（水平方向的磁力相互抵銷，只剩下兩個同方向累加且皆為向上的垂直力量），支撐著飛梭內部的磁鐵。兩兩一組，就是兩組，對應著飛梭裡的兩個磁鐵。

 
為使磁力方向穩固，固定磁鐵的方式常以溝槽卡著佐以黏膠固定
底座裡的磁鐵不移動，消弭讓平衡不穩定的因素

底座裡一定要特定形狀的磁鐵嗎？倒也不一定
只要不是Ｎ極、Ｓ極交錯鑄成的磁鐵，都可以拿來嘗試看看

飛梭裡則是建議使用環形或實心圓的磁鐵，各向度磁力線的分布較平均，靜止或旋轉起來較其他形狀的磁鐵穩定許多，但如果你有很多時間，在磁鐵的選擇上，還是可以使用柱狀或三角柱磁鐵當作挑戰。

環形磁鐵也是很好的選擇，不論用在底座或飛梭上
而且中間的圓孔，恰好可以讓鉛筆、竹筷或木棍穿入，相當適合組裝

固定磁鐵時，熱熔膠是我的首選。當然也可以使用其他的媒材，像是快乾膠、AB膠、泡棉膠帶或魔術黏土等，但乾了會硬化的接著劑，在磁鐵表面上也會脆化，更何況沒有深入滲透，而魔術黏土有方便、易調整的好處，不過碰上外力稍大時則有變形、磁鐵位移的疑慮。因此，我才會選用稍能緩衝又能固著在不同材質表面上的熱熔膠。

手邊有許多用不完的鉛筆、免洗筷，剛好可以做為轉軸，可用削鉛筆機削出尖端，用以抵住檔板。調整磁鐵位置後，同樣也是使用熱熔膠便能使磁鐵固定於其上。

製作過程和原理說明可參考2015年幫科工館科學學習中心拍攝的影片

不過雖然我把它稱為飛梭，但它其實不像梭子一樣會在絲線中穿來穿去，只是在原處打轉。它適合擺在書桌上，當文青的裝飾（鋼鐵人也在辦公桌上放一組混沌擺），閒暇之餘動動它、轉轉它，不穩定時的抖動，就這樣看著看著，也還蠻療癒的。