0

嘉義縣第 54屆國民中小學科學展覽會

作品說明書

科 別：物理

組 別：國小組

作品名稱：奈米科技--我把球變小

關鍵詞： 奈米 光折射 凹透鏡

編號：

1

奈米科技 — 我把球變小

摘要

燭火烤黑的彈珠放入水中產生一層透明的膜，從水中拿起來又不沾水，很像變魔術一般，

可見奈米科技真神奇，為了探討其中隱含了光的反射和折射的物理意義，我們製作了等距離

拍照彈珠大小的裝置，更利用 GeoGebra 的電腦軟體直接在電腦中測量彈珠的直徑大小，最後

發現透明的膜與未烤過的彈珠直徑大小一樣，彈珠會縮小是因為烤黑的彈珠和水之間有空

氣，而且彈珠是一個球體，水覆蓋上去形成一個曲面，類似凹透鏡的原理。

壹、研究動機

去年有機會參觀國立高雄科學工藝博物館的奈米科技成果展，其中最引起我注意的是燒

烤彈珠的實驗，將彈珠放在燭火中烤黑，再放入水中居然出現像珍珠奶茶中的珍珠一般，中

間是黑的，外層是透明的，哥哥說像極了撥開外殼的龍眼，這引起了我的好奇，到底是何種

原因造成這種現象呢？因此與老師、同學們討論後決定以燒烤彈珠的實驗為主題，探討為何

烤黑的彈珠放入水中，彈珠的中間是黑的，外層是透明的。

2

貳、研究目的

一、設計和製作可以測量彈珠在水中大小的裝置

二、探討彈珠放在火焰中何處燒烤較容易燻黑。

三、探討彈珠大小和水深的關係

四、探討烤黑的彈珠在水中的大小和水深的關係

五、探討不同大小烤黑的彈珠在水中的縮小比例和水深的關係

六、探討烤黑其他球體材質和水中成像的關係

七、探討烤黑不同形狀的金屬和水中成像的關係

八、探討烤黑的彈珠和周圍容器顏色變化的關係

九、探討烤黑的彈珠在水中變小的原因

叁、研究設備及器材

木頭、L 型鐵片、鋸子、螺絲起子、照相機、電腦、彈珠、鐵珠、銅珠、鋁珠、正方體

鐵塊，圓錐形鐵塊、圓柱形鐵塊、紅、綠、藍的玻璃紙、GeoGebra 電腦軟體、燒杯、塑膠管、

玻璃漏斗、光碟片圓桶蓋。

3

肆、研究過程與方法

一、理論探討

1、奈米：長度單位，1 奈米＝十億分之一公尺＝0.000000001 公尺，例如：頭髮的直徑約

為 100000 奈米，1 奈米=DNA 的結構大小。

2、光的反射：光在均勻介質中沿著直線前進，遇到不同的介質時，會在兩介質界面上發

生反射的現象，如圖 4-1。

3、反射定律：入射角和反射角位於法線的兩側，入射角＝反射角，如圖 4-1。

4、光的折射：光在不同的介質中有不同的傳播速率，例如光從空氣進入水中，速度會變

慢，光的行進方向會改變，如圖 4-1。例如筷子在水中會彎曲，如圖 4-2，在空

氣中看碗中的錢幣好像變淺，如圖 4-3。

圖 4-2 南一版-光的折射 圖 4-3 南一版-光的折射

5、全反射：光從水（速度慢）進到空氣（速度快），光有反射進入水中和折射進入空氣

中，入射角小於折射角，當入射角一直增加時，折射角大於 90 度，折射線消失，

就剩下反射線，此時稱為全反射，如圖 4-4。

6、凹透鏡：透過凹透鏡看物體，物體會變小，例如近視眼鏡的鏡片是凹透鏡，彈珠放在

鏡片下會變小，如圖 4-5。

圖 4-4 全反射的示意圖 圖 4-5 近視眼鏡的鏡片

4-1 南一版-光從空氣進入水

面時，同時發生反射與折射

反

射

角

入

射

角

折

射

角

4

二、實驗原理

1、蠟燭燒烤彈珠，彈珠會吸附一層很微小，達到奈米尺度的黑色碳微粒，於是如同蓮葉

效應顯現出疏水性，當放入水中時，水和碳粒之間會隔著空氣，水滴無法附著在彈珠

上，利用自製裝置等距離的拍照，看彈珠的光經由水的折射產生的效果。

2、利用 GeoGebra 的電腦軟體計算相片中的彈珠直徑方法為彈珠兩邊畫平行線，量平行線

的垂直距離。

1 選擇編輯—插入彈珠圖片 2 使用滑鼠滾輪將圖片放大 3 畫點在彈珠左邊

4 在左邊畫點處畫線 5 在彈珠的右邊畫點 6 通過右邊點畫平行線

7 通過左邊點畫垂直線 8 畫垂直線和右邊線的交叉點 9 量左右兩點的距離

5

實驗流程如下圖：

藉由網路、書籍，蒐集有關奈米、光反射、光折射的相關知識

設計和製作可以測量彈珠在水中大小的裝置

分析資料和討論

事

前

準

備

進

行

實

驗

結

果

探討彈珠放在火焰中何處燒烤較容易燻黑

探討烤黑的彈珠在水中變小的原因

探討彈珠大小和水深的關係

探討烤黑的彈珠在水中的大小和水深的關係

探討不同大小烤黑的彈珠在水中的縮小比例

和水深的關係

探討烤黑其他球體材質和水中成像的關係

探討烤黑不同形狀的金屬和水中成像的關係

探討烤黑的彈珠和周圍容器顏色變化的關係

6

伍、研究結果與討論

實驗一、設計和製作可以測量彈珠在水中大小的裝置

【說明】因為觀看物品的距離會影響物品的大小，本實驗是利用相機拍照觀察彈珠的大小，

為了控制相機與彈珠的距離，所以製作觀察彈珠的裝置。

【步驟】

1 鋸木頭 2 木頭用螺絲鎖上 3 用 L 型鐵片強化構造

4 觀測裝置鎖在平台，底部鋪

上珍珠板

5 移動塑膠筒讓相機鏡頭中心

對準塑膠筒的中心

6用 3個L型鐵片固定塑膠筒，

大功完成

【結果】

圖 5-1 測量裝置說明圖 圖 5-2 測量裝置完成圖

【討論】

1、本實驗裝水的桶子是用裝光碟片的塑膠筒，這種塑膠筒中間有凹洞，剛好可以將彈珠放入，

彈珠不會滾來滾去。

2、本實驗的裝置是長 49.5 公分，寬 28.5 公分，高 21 公分，塑膠筒高 16 公分，相機鏡頭離觀

測物大約 15 公分左右，製作此裝置目的是為了拍照距離可以固定。

3、L 型鐵片只固定塑膠筒三個邊，第四個邊不固定是為了方便將塑膠筒拉出換不同的觀察物

固定相機

相機鏡頭插入點

L 型鐵片固

定塑膠筒 彈珠放入塑膠筒中心

放入相機

7

外焰(1400℃)

內焰(1200℃)

焰心(1000℃)

圖 5-3 燭火的分類

體。

4、本實驗裝置底部鋪上珍珠板，可避免木板潮濕，而且底色是白色，觀察物體比較容易顯示

出原本的顏色。

實驗二、探討彈珠放在火焰中何處燒烤較容易燻黑

【說明】將玻璃放在蠟燭燃燒的火焰中燻黑，探討玻璃放在火焰中何處燻黑效果最好。

【步驟】

1、將點燃的蠟燭向下斜放，滴蠟油在木製平台上，再將蠟燭

豎立在滴蠟油處，如圖 5-4。

2、將玻璃放在自製的裝置上，周圍用紙板圍起來，如圖 5-5。

3、調整玻璃的高度在外焰上方 1 公分，將燭台放在玻璃正下

方，如圖 5-6，燭火烤 10 秒，再將燭台移開觀察玻璃的表

面。

4、調整玻璃的高度分別在外焰、外焰和內焰之間、內焰、焰

心上，如圖 5-3，將燭台放在玻璃正下方，燭火烤 10 秒，

再將燭台移開觀察玻璃的表面。

圖 5-4 蠟燭豎立在滴蠟油處 圖 5-5 自製擋風儀器 圖 5-6 燭台放在玻璃正下方

【結果】

玻璃擺放

位置

焰心 內焰 外焰和內焰

中間

外焰 離外焰 1 公分

圖示

說明 中間白色，是蠟

油的蒸汽

黑色較深，但

範圍較小

黑色較淺，但

範圍較大

黑色範圍較

小

沒有黑色

【討論】

1、由實驗得知，彈珠放在內焰附近燻黑效果最好，太靠近焰心蠟燭可能會熄滅，太靠近外焰

燻黑的範圍太小。

8

實驗三、探討彈珠大小和水深的關係

【說明】將彈珠放在自製觀察裝置中，在塑膠筒中加入不同深度的水，用相機拍攝，探討彈

珠大小和水深的關係。

【步驟】

1、利用游標卡尺測量器測量彈珠直徑大小，如圖 5-7。

2、將彈珠放在自製觀察裝置的塑膠筒底部凹陷處固定不動，如圖 5-8，用相機拍攝。

3、塑膠筒利用漏斗緩緩加水至水深分別為 3、6、9、12 公分，如圖 5-9，分別用相機拍攝。

4、取相機的相片，利用 GeoGebra 的電腦軟體計算相片中的彈珠直徑，並記錄下來。

圖 5-7 游標卡尺測量彈珠直徑 圖 5-8 彈珠放入觀測儀器中 圖 5-9 利用漏斗緩緩加水

【結果】

彈珠真正直徑：2.1 公分

無水 水深 3 公分 水深 6 公分 水深 9 公分 水深 12 公分

視

直

徑

0.93 公分 0.97 公分 1.02 公分 1.08 公分 1.14 公分

測

量

圖

視直徑：目視的直徑大小，不是物體真正的直徑大小，物體愈遠，看起來愈小。

彈珠大小和水深的關係圖

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

無水 水深3公分 水深6公分 水深9公分 水深12公分

水深（公分）

視直

徑（

公分

）

9

【討論】

1、由實驗可知，水深愈深，物體看起來愈大，因為物體在水中看起來會變淺，而且水深愈深，

物體看起來愈淺，物體離我們愈近，看起來變大。

2、實驗過程中，利用漏斗緩緩加水是避免水倒太快或太多，將彈珠衝離中心點。

實驗四、探討烤黑的彈珠在水中的大小和水深的關係

【說明】將烤黑的彈珠放入自製觀察裝置中，在塑膠筒中加入不同深度的水，用相機拍攝，

探討烤黑彈珠在水中的大小和水深的關係。

【步驟】

1、利用游標卡尺測量器測量彈珠直徑大小。

2、將彈珠置放於漏勺中並在蠟燭火焰上燒烤，彈珠燒烤時需要不斷移動及滾動，使彈珠均勻

附著黑色的碳微粒，如圖 5-10。

3、將烤黑的彈珠，冷卻一下，再放入水中，讓多餘的碳粒浮在水面，如圖 5-11。

4、將烤黑的彈珠放在自製觀察裝置的塑膠筒底部凹陷處固定不動，如圖 5-12，用相機拍攝。

5、塑膠筒利用漏斗緩緩加水至水深分別為 3、6、9、12 公分，分別用相機拍攝。

6、取相機的相片，利用 GeoGebra 的電腦軟體計算相片中的彈珠直徑，並記錄下來。

7、將步驟 6 的資料與實驗三沒有燒烤的彈珠資料比較。

圖 5-10 火烤彈珠 圖 5-11 烤黑的彈珠放入水中 圖 5-12 烤黑彈珠放入觀測儀器

【結果】

彈珠真正直徑：2.1 公分

無水 水深 3 公分 水深 6 公分 水深 9 公分 水深 12 公分

烤

前

的

視

直

徑

0.93 公分 0.97 公分 1.02 公分 1.08 公分 1.14 公分

外圈 內圈

10

彈

珠

測

量

圖

烤

黑

的

彈

珠

視

直

徑

內圈 0.74 公分 0.78 公分 0.83 公分 0.87 公分

外圈 0.94 公分 0.96 公分 1.02 公分 1.07 公分 1.13 公分

測

量

圖

彈珠

縮小

比例

76.3% 76.5% 76.9% 76.3%

彈珠大小和水深的關係圖

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

無水 水深3公分 水深6公分 水深9公分 水深12公分

水深（公分）

視直

徑（

公分

）

烤前的彈珠

烤後的彈珠外圈

烤後的彈珠內圈

【討論】

1、由實驗資料得知，烤黑的彈珠在水中縮小為原來的 76.5%左右，而且水深愈深，彈珠縮小

的比例沒有改變，可見水深愈深不會改變彈珠縮小的比例。

2、由實驗三可知，水深愈深，物體看起來愈大，所以烤黑的彈珠縮小比例的計算是烤黑的彈

珠與相同水深的未烤過彈珠比較。

3、由實驗資料得知，烤黑的彈珠在水中出現亮的部分（外圈）和相同水深的未烤過彈珠的直

徑大小相同。

4、將烤黑的彈珠放入水中，讓多餘的碳粒浮在水面的目的是避免直接放入觀測裝置時太多碳

粒浮在水面，影響拍照。

實驗五、探討不同大小烤黑的彈珠在水中的縮小比例和水深的關係

【說明】將不同大小烤黑的彈珠放入自製觀察裝置中，在塑膠筒中加入不同深度的水，用相

機拍攝，探討烤黑的彈珠在水中的縮小比例和水深的關係。

【步驟】

11

圖 5-13 三顆不同彈珠

(一)測量未烤的彈珠大小與水深的關係

1、取三種不同大小的彈珠，利用游標卡尺測量器測量直徑大

小，如圖 5-13。

2、先取最小的彈珠放在自製觀察裝置的塑膠筒底部凹陷處固

定不動，用相機拍攝。

3、塑膠筒利用漏斗緩緩加水至水深分別為 3、6、9、12 公分，

分別用相機拍攝。

4、分別取中間和最大的彈珠，重複步驟 2~3。

5、取相機的相片，利用 GeoGebra 的電腦軟體計算相片中的

彈珠直徑，並記錄下來。

(二)測量烤黑的彈珠大小與水深的關係

1、將三種大小的彈珠分別置放於漏勺中並在蠟燭火焰上燒烤，彈珠燒烤時需要不斷移動及滾

動，使彈珠均勻附著黑色的碳微粒，如圖 5-13。

2、將烤黑的彈珠，冷卻一下，再放入水中，讓多餘的碳粒浮在水面。

3、先取最小烤黑的彈珠放在自製觀察裝置的塑膠筒底部凹陷處固定不動，用相機拍攝。

4、塑膠筒利用漏斗緩緩加水至水深分別為 3、6、9、12 公分，分別用相機拍攝。

5、分別取中間和最大的彈珠，重複步驟 3~4。

6、取相機的相片，利用 GeoGebra 的電腦軟體計算相片中的彈珠直徑，並記錄下來。

【結果】

1 彈珠真正直徑：1.1 公分

無水 水深 3 公分 水深 6 公分 水深 9 公分 水深 12 公分

烤

前

的

彈

珠

視

直

徑

0.55 公分 0.57 公分 0.61 公分 0.63 公分 0.66 公分

測

量

圖

烤

黑

的

彈

珠

視

直

徑

內圈 0.43 公分 0.46 公分 0.48 公分 0.5 公分

外圈 0.55 公分 0.57 公分 0.6 公分 0.63 公分 0.66 公分

測

量

圖

彈珠

縮小

比例

75.4% 75.4% 76.2% 75.8%

12

彈珠大小與水深的關係圖

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1 2 3 4 5

水深（公分）

視直

徑（

公分

）

烤前的彈珠

烤後的彈珠外圈

烤後的彈珠內圈

2 彈珠真正直徑：2.1 公分

資料請參照實驗四

3 彈珠真正直徑：3.75 公分

無水 水深 3 公分 水深 6 公分 水深 9 公分 水深 12 公分

烤

前

的

彈

珠

視

直

徑

1.63 公分

1.73 公分 1.83 公分 1.95 公分

測

量

圖

烤

黑

的

彈

珠

視

直

徑

內圈 1.37 公分 1.44 公分 1.53 公分

外圈 1.65 公分 1.75 公分 1.87 公分 1.99 公分

測

量

圖

彈珠

縮小

比例

79.2% 78.7% 78.5%

13

彈珠大小和縮小比例的關係圖

74%

75%

76%

77%

78%

79%

80%

直徑：1.1公分 直徑：2.1公分 直徑：3.75公分

彈珠種類

縮小

比例

（﹪

）

圖 5-14 三顆金屬球

彈珠大小和水深的關係圖

0

0.5

1

1.5

2

2.5

無水 水深6公分 水深9公分 水深12公分

水深（公分）

視直

徑（

公分

）

烤前的彈珠

烤後的彈珠外圈

烤後的彈珠內圈

【討論】

1、由實驗資料得知，不同大小烤

黑的彈珠在水中各自縮小的

比例沒有因水深愈深而改

變。但是直徑較大的烤黑彈珠

在水中縮小比例有比較大，如

右圖。

2、直徑 3.75 公分的彈珠沒有水深

3 公分的資料是因為彈珠大小

超過水深 3 公分。

實驗六、探討烤黑其他球體材質和水中成像的關係

【說明】將鐵球、鋁球、銅球烤黑，放入水中，用相機拍攝，探討球體材質和水中成像的關

係。

【步驟】

1、利用游標卡尺測量器測量鐵球、鋁球、銅球的直徑大小，

如圖 5-14。

2、分別取鐵球、鋁球、銅球放在自製觀察裝置的塑膠筒底

部凹陷處固定不動，用相機拍攝。

3、塑膠筒利用漏斗緩緩加水至水深分別為 6 公分，用相機

拍攝。

4、分別取鐵球、鋁球、銅球置放於漏勺中並在蠟燭火焰上燒烤，燒烤時需要不斷移動及滾動，

使鐵球、鋁球、銅球均勻附著黑色的碳微粒。

3、將烤黑的鐵球、鋁球、銅球，冷卻一下，再放入水中，讓多餘的碳粒浮在水面。

4、分別取烤黑的鐵球、鋁球、銅球放在自製觀察裝置的塑膠筒底部凹陷處固定不動，用相機

拍攝。

5、塑膠筒利用漏斗緩緩加水至水深為 6 公分，分別用相機拍攝。

14

圖 5-15 不同形狀的金屬物體

6、取相機的相片，利用 GeoGebra 的電腦軟體計算相片中的彈珠直徑，並記錄下來。

【結果】

銅球(直徑 1.47 公分) 鐵球(直徑 1.42 公分) 鋁球(直徑 1.41 公分)

未烤 烤黑 未烤 烤黑 未烤 烤黑

沒

水

直

徑

0.68 公分 0.68 公分 0.67 公分 0.68 公分 0.67 公分 0,.68 公分

水

深

6

公

分

外

圈

0.74 公分 0.74 公分 0.73 公分 0.74 公分 0.75 公分 0.74 公分

內

圈

0.55 公分 0.54 公分 0.56 公分

縮

小

74.3﹪ 74﹪ 74.6﹪

【討論】

1、由實驗結果得知，不同球體材質不會影響水中成像，仍然有縮小，所以烤黑的球體在水中

會縮小應是與球體上面附著一層碳粒的原因。

實驗七、探討烤黑不同形狀的金屬和水中成像的關係

【說明】將不同形狀的金屬物體烤黑，放入水中，用相機拍攝，探討不同形狀的金屬和水中

成像的關係。

【步驟】

1、分別取不同形狀的金屬物體放於漏勺中並在蠟燭火焰上

燒烤，燒烤時需要不斷移動及滾動，使金屬物體均勻附

著黑色的碳微粒，如圖 5-15。

3、將烤黑的不同形狀的金屬物體，冷卻一下，再放入水中，

讓多餘的碳粒浮在水面。

4、分別取不同形狀的金屬物體放在自製觀察裝置的塑膠筒

底部凹陷處固定不動，用相機拍攝。

5、塑膠筒利用漏斗緩緩加水至水深為 6 公分，分別用相機

拍攝。

15

圖 5-16 塑膠筒圍上玻璃紙

【結果】

正立方體 圓柱體 圓錐體

圖

示

側

面

看

討

論

平面無內圈、外圈的分別，

也無縮小

平面無內圈、外圈的分別，

曲面就有

平面無內圈、外圈的分別，

曲面就有

【討論】

1、由實驗結果得知，只要是平的面，烤黑的物體就無內圈、外圈之分；而曲面的部分就有內

圈、外圈之分，所以烤黑的物體在水中會縮小是因為表面為曲面。

2、正立方體、圓錐體有很亮的部分，查資料原來是光線全反射的原因。

實驗八、探討烤黑的彈珠和周圍容器顏色變化的關係

【說明】將烤黑的彈珠放入自製觀察裝置中，在塑膠筒周圍圍上有顏色的玻璃紙，塑膠筒中

加入水，用相機拍攝，探討烤黑彈珠顏色的變化。

【步驟】

1、將直徑 2.1 公分的彈珠烤黑放在自製觀察裝置的塑膠

筒底部凹陷處固定不動，塑膠筒周圍分別圍上藍

色、紅色、綠色的玻璃紙，如圖 5-16。

2、塑膠筒利用漏斗緩緩加水至水深為 6 公分，分別用

相機拍攝

16

【結果】

綠色 藍色 紅色

圖

示

說

明

外圈變成綠色 外圈變成藍色 外圈變成紅色

【討論】

1、綠色玻璃紙只會讓綠色光通過，所以綠色玻璃紙包住塑膠筒只讓綠色光進入水中，則水中

只剩下綠色光，而綠色光經彈珠外圈反射進入眼睛中，所以彈珠的外圈變成綠色。這證明

彈珠外圈明亮是因為反射水中的光線，因為烤黑彈珠會吸光。

實驗九、探討烤黑的彈珠在水中變小的原因

【說明】利用前面實驗的結果，探討烤黑的彈珠在水中變小的原因。

【步驟】

1、 拿一個平凹的凹透鏡，如圖 5-17，放在彈珠上面觀察，用相機拍攝。

2、 拿兩個平凹的凹透鏡垂直擺放，放在彈珠上面觀察，用相機拍攝。

圖 5-17 平凹的凹透鏡

【結果】

一個凹透鏡 兩個凹透鏡成十字排列

圖

示

說

明

凹透鏡前後放置，則彈珠前後縮小 凹透鏡成十字排列，則彈珠前後左右縮小

17

外焰(1400℃)

內焰(1200℃)

焰心(1000℃)

【討論】

1、由實驗結果得知，凹透鏡的成像是縮小。

2、由實驗七的結果得知，烤黑的物體的表面如果是曲面的部分就有內圈、外圈之分，這與凹

透鏡的結果相同，所以烤黑的彈珠會有內圈、外圈之分是彈珠和水之間產生類似凹透鏡的

結果所造成的。

陸、討論

一、設計和製作測量彈珠在水中的大小，可以固定距離，對於拍攝彈珠幫助很大，而且實驗

中相機沒有增加拍照倍數，直接拍攝，影像很清楚。

二、利用 GeoGebra 的電腦軟體計算相片中的彈珠直徑

1、由於測量前先將彈珠圖片放大，雖然目視彈珠有放大，但是 GeoGebra 還是計算相片

中實際的大小。

2、測量前先將彈珠圖片放大可減少測量誤差，因為測量距離的兩個點的定位可以更準

確，所以由實際的操作發現誤差可在 0.01 公分左右。

3、測量彈珠直徑的方法是利用夾住彈珠大小的平行線，再測量兩平行線的垂直距離，如

此誤差會更低。

三、蠟燭的火焰可分為以下討論：如圖 6-1

1、外焰：由於氧氣充足而完全燃燒，所以溫度最高，造

成所含的高溫碳粒較少，但因含碳粒比內焰少

所以並不很亮。

2、內焰：金黃色，因為內焰無法直接接觸氧氣，所以燃

燒不完全，造成有部分碳粒未燃燒留在此層，

高溫的碳粒能發出黃色的光，所以內焰是燭焰

最亮的部分。

3、焰心：淡藍色，未燃燒的「蠟蒸氣」所組成，因為這些蒸汽尚未被燃燒，也無熱量放

出，因此溫度最低，光度最暗。

4、由此可知接近內焰處碳粒子較多，所以烤彈珠應放在接近內焰附近最適合。

四、彈珠烤黑，放入水中時：

1、水和碳粒之間會隔著空氣，這可從圖 6-2 瞭解，因為圖中紅色圈起來的部分有空氣在

其中造成击出來，而且彈珠搖一搖氣泡會移動

2、分成外圈和內圈全是彈珠烤黑的結果，這可從圖 6-3 瞭解，因為圖中將彈珠烤一半發

現左半部有分內外圈，右半部沒有，而且外圈的大小和實際彈珠相同，內圈是縮小的。

圖 6-2 紅色圈起來的部分有空氣 圖 6-3 彈珠烤黑一半

圖 6-1

18

五、1、烤黑的彈珠和水之間有空氣，而且彈珠是一個球體，水覆蓋上去形成一個曲面，類似

凹透鏡，所以不管從那個角度看都有凹透鏡的效果，所以彈珠會變小，如圖 6-4。

2、烤黑的彈珠外圈很亮是因為水中的光線進入彈珠和水之間的空氣只要角度適合會產生

全反射，所以彈珠的外圈看起來很明亮，如圖 6-4。

圖 6-4 烤黑彈珠縮小示意圖

柒、結論

一、烤彈珠應放在接近蠟燭內焰附近最適合，因為接近內焰處碳粒子較多。

二、眼睛看物體距離一樣時，水深愈深，物體看起來變大

三、烤黑的彈珠在水中分成內圈（黑）和外圈（亮），而且水深愈深，彈珠縮小的比例與同樣

水深未烤過的彈珠比較是沒有改變，而且外圈和實際未烤過的彈珠是一樣大。。

四、不同大小烤黑的彈珠在水中各自縮小的比例沒有因水深愈深而改變。但是直徑較大的烤

黑彈珠在水中縮小比例有比較大，如下表

直徑：1.1 公分 直徑：2.1 公分 直徑：3.75 公分

75.7% 76.5% 78.8%

五、不同球體材質烤黑在水中仍然有縮小，所以烤黑的球體在水中會縮小應是與球體上面附

著一層碳粒的原因。

六、烤黑的物體的表面必須是曲面，才會有內圈、外圈之分。

七、烤黑的彈珠會有內圈、外圈之分是因為烤黑的彈珠和水之間有空氣，而且彈珠是一個球

體，水覆蓋上去形成一個曲面，類似凹透鏡，凹透鏡會讓彈珠縮小。

八、烤黑的彈珠外圈很亮是因為水中的光線進入彈珠和水之間的空氣只要角度適合會產生全

反射，造成彈珠的外圈看起來很亮。

九、未來建議：可以做為介紹奈米科技的入門教材，非常實用，彷彿魔術一般很吸引學生注

意，其中隱含的物理意義，可做為介紹光的反射和折射的教材使用。

凹 透 鏡

空

氣

彈

珠

全

反

射

全

反

射

水 水

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捌、參考資料及其他

一、自然與生活科技國小四年級、國中二年級，南一版

二、全反射 - 國立臺灣師範大學物理系系友會

http://home.phy.ntnu.edu.tw/~eureka/contents/elementary/chap%205/5-4-3.htm

三、反射定律，教育部數位教學網

http://content.edu.tw/junior/phy_chem/tp_ct/lab/252/light2.htm

四、折射定律，Flash 理化練功房

http://home.lsjh.tp.edu.tw/derchang/3_3_3.htm

五、奈米碳的奧秘，NTCU-科學實驗遊戲室 http://scigame.ntcu.edu.tw/chemistry/chemistry-018.html

六、蠟燭燃燒之研究，五夢網

http://www.fivedream.com/page1.aspx?no=221251&step=1&newsno=21494