10. 反泡泡＊教案下載＊ |
※實作現象 |
將吸管插入1%的泡泡水中，如圖1，用手指蓋住吸管另一端，將吸管舉到距離泡泡水面高度約0.5cm，如圖2，放掉蓋住吸管的手指，吸管中的泡泡水就會落入泡泡水中，形成晶瑩剔透的反泡泡喔，如圖3。反泡泡特徵為：泡泡的表面包裹一層的空氣膜，在泡泡水中會緩緩的上升到水面上。 觀賞實驗影片（37.9M） |
| ※原理： |
平常我們將泡泡吹到空氣中，泡泡水形成的泡泡膜將空氣包起來(如圖4)。而反泡泡則是在水中的泡泡，空氣包圍著水而形成泡泡(如圖5)。 1.形成反泡泡的過程參見圖6，說明如下： 2.吸管滴下的泡泡水，因為重力的作用垂直往水面掉落。 3.泡泡水與水面接觸時，接觸面會有一層空氣層。 4.水滴繼續往下掉落，水滴沉入水中時會再吸入空氣，使空氣層持續存在。 5.水滴沉入到某個程度時，水滴因表面張力形成球狀，而形成反泡泡。 |
| ※探究問題 |
本實作可進行的探究問題，建議如下： （一）、探究問題1：吸管半徑不同，形成反泡泡的成功率有何差異? 假說：吸管半徑越大，反泡泡的成功率越高。 理由：泡泡水體積越大，越容易衝入泡泡水中，反泡泡的成功率就越高。 （二）、探究問題2：距離水面高度不同，形成反泡泡的成功率有何差異? 假說：距離水面高度越低，反泡泡的成功率越低。 理由：距離水面高度越低，泡泡水衝入水中的速度越慢，越不容易形成反泡泡。 （三）、探究問題3：吸管插入水中深淺不同，形成反泡泡的成功率有何差異? 假說：吸管插入水中越深，反泡泡的成功率越高。 理由：泡泡水體積越大，越容易衝入泡泡水中，反泡泡的成功率就越高。 |
| ※實驗設計 |
器材：洗碗精、量筒、盛泡泡水容器、吸管(不同直徑) 操作步驟 1.調製泡泡水，泡泡水的濃度，適當的比例是：「水：洗碗精＝100:1（體積比）」。 2.將配好的泡泡水，裝在透明杯子中（塑膠杯或玻璃杯皆可），建議裝九分滿（或至少十公分高），以避免形成的反泡泡撞到杯底而破掉。 3.用手指壓住吸管上方的口，利用大氣壓力把泡泡水留在吸管中，須注意壓緊以避免漏水（漏氣）。 4.將吸管提到距離水面特定的高度，再放開手指，讓泡泡水流下來。 5.放開手指讓吸管內的泡泡水一次落下，手要完全放開，避免讓泡泡水緩慢落下。 6.觀察反泡泡是否成形，不能形成在泡泡水上，要形成在泡泡水裡(如圖3)。 注意事項： 1.將水與洗碗精攪勻後，務必清除水面上的泡泡沫，以免影響後續實驗。 2.可在吸管上畫深度的刻線，以便確認吸管插入的深度。並在燒杯內插一根尺，以測量吸管和水面的高度距離。 3.實驗過程吸管的內部容易殘留泡泡膜，可吹一吹或甩一甩，將泡泡膜清除。 4.選擇硬一點的吸管材質，以避免吸管曲折。 5.實驗紀錄時，所謂的成功是指：吸管的泡泡水衝入水中形成反泡泡，緩慢浮到水面的過程，反泡泡保持完整的球形沒有破掉。 |
| ※實驗結果： |
（一）、探究問題1：吸管半徑不同，形成反泡泡的成功率有何差異? 操縱變因：吸管直徑（0.3、0.7、0.9cm） 應變變因：反泡泡成功率(%) 控制變因：離水面高度(1cm)、插入水深(2cm)、泡泡濃度(1:100) 本實驗的吸管直徑，最大只取到0.9cm，是因為如果吸管直徑超過0.9cm，用手壓住吸管一端，提起離開水面時，泡泡水馬上就自行流出來，無法掌控距離水面的高度。換言之，距離水面的高度無法適當控制。 由實驗結果得知，吸管直徑0.3、0.7、0.9cm形成反泡泡的成功率，分別為10%、50%、70%，顯示吸管直徑愈大，反泡泡的成功率就越高的現象。因此研究假說「吸管半徑越大，反泡泡的成功率越高」的說法成立。此外，實驗過程觀察到使用直徑0.3cm的吸管，泡泡水滴到水面後，經常不會衝入水中，而是集結在水表面上，無法進入水面下形成反泡泡。 （二）、探究問題2：距離水面高度不同，形成反泡泡的成功率有何差異? 操縱變因：離水面高度（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5cm） 應變變因：反泡泡成功率(%) 控制變因：插入水深(1cm)、泡泡濃度(1:100)、吸管直徑(0.5cm)
由實驗結果顯示，吸管距離水面高度越高，形成反泡泡的成功率並沒有規律性增加。離水面高度為1.0、1.5cm時，形成反泡泡的成功率為最高50%。而離水面高度最低的0.5cm，以及最高的2.5cm，形成反泡泡的成功率都是最低的10%。顯示吸管離水面高度太高或太低，都不利於形成反泡泡。因此研究假說「距離水面高度越低，反泡泡的成功率越低」的說法無法成立。 （三）、探究問題3：吸管插入水中深淺不同，形成反泡泡的成功率有何差異? 操縱變因：插入水深（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0cm） 應變變因：反泡泡成功率(%) 控制變因：泡泡濃度(1:100)、吸管直徑(0.5cm)、離水面高度(1cm) 由實驗結果顯示，吸管插入水中的深度越大，形成反泡泡的成功率並沒有隨之增加。吸管插入水中的深度為2.0cm時，形成反泡泡的成功率達到90%。而插入水中深度最小的0.5，以及最大的3.0cm，形成反泡泡的成功率都是最低的10%。顯示吸管插入水中的深度太多或太少，都不利於形成反泡泡。因此研究假說「吸管插入水中越深，反泡泡的成功率越高」的說法不能成立。 總結以上實驗，想要形成反泡泡，成功率最佳的條件為：取直徑0.5cm的吸管，插入泡泡水中1.5cm，以手指壓住吸管上端後，提起來距離水面高度1.0cm滴入泡泡水。 |
| ※參考資料 |
1.許良榮（2011）。反泡泡。玩出創意2：48個酷炫科學魔術（21-22頁）。台北：五南圖書公司。 2.李夢筑、黃晴（2006）。泡泡造反了－反泡泡之形成、存活與破滅之物理特性探討。中華民國第四十六屆中小學科學展覽（高中組物理科）。 3. Dorbolo, S., Terwagne, D., Delhalle, R., Dujardin, J., & Huet, N., Vandewalle, N., & Denkov, N. (2010). Antibubble lifetime: Influence of the bulk viscosity and of the surface modulus of the mixture. Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects, 365,43-45. 4 .Julia Thomas Associations. Antibubbles. http://www.antibubble.org/ |
