晝夜循環 紫光現蹤

壹、活動目標  Goal 

1.理解為什麼有晝夜、太陽東升西落的現象

2.知道地球上紫外線的主要來源。

3.知道紫外光會造成「光致發光反應」讓物品產生螢光現象。

4.了解「光致發光反應」在生活上的應用。 

大概念 Big Idea 

能量有不同形式,彼此之間可以轉換。 

核心問題(探究問題) Essential Question 

1.紫外光的光致發光反應現象

2.光致發光反應的生活應用 

教學對象

教學時間

作者(服務單位) 

陳鈐鈴、邱美靜、楊宸驊、張喻翔 

通訊作者e-mail 

貳、課程綱要對照 Course Outline 

學習表現

tr-Ⅳ-1 能將所習得的知識正確的連結到所觀察到的自然現象及實驗數據,並推論出其中的關聯,進而運用習得的知識來解釋自己論點的正確性。

po-Ⅳ-1 能從學習活動、日常經驗及科技運用、自然環境、書刊及網路媒體中,進行各種有計畫的觀察,進而能察覺問題。

ah-Ⅳ-2 應用所學到的科學知識與科學探究方法,幫助自己做出最佳的決定。 

學習內容

Ba-Ⅳ-1 能量有不同形式,例如:動能、熱能、光能、電能、化學能等,而且彼此之間可以轉換。孤立系統的總能量會維持定值。

Fb-Ⅳ-1 太陽系由太陽和行星組成,行星均繞太陽公轉。

Id-Ⅳ-1 夏季白天較長,冬季黑夜較長。 

核心素養(領域綱要)

自-J-A1 能應用科學知

識、方法與態度於日常生活當中。

自-J-B3 透過欣賞山川大地、風雲雨露、河海大洋、日月星辰,體驗自然與生命之美。

自-J-C2 透過合作學習,發展與同儕溝通、共同參與、共同執行及共同發掘科學相關知識與問題解決的能力。

參、活動原理 Theory 

照射到地面的太陽光,除了熟知的可見光以外,還包括了紅外光和紫外光。紫外線為波長在10nm至400nm之間的電磁波,波長比可見光短,但比X射線長。紫外線按能量由低至高,一般會再細分成UVA、UVB、UVC三個波段,波長越短,對照射物體產生的刺激就越高。

所謂的「螢光增白劑」是利用化學物質的螢光反應來改變物質的顏色觀感,例如洗衣精中的「螢光增白劑」是由紫外光照射後會放出藍光的物質,藍光跟黃光是互補色,會使衣服或紙張呈現潔白的視覺效果。

使用紫外光照射物體時,有些會產生光致發光反應(Photoluminescence,簡稱PL)。這是指物質吸收光子(或電磁波)後重新輻射出光子(或電磁波)的過程。從量子力學理論上,這一過程可以描述為物質吸收光子躍遷到較高能級的激發態後返回低能態,同時放出光子的過程。光致發光是多種形式的螢光(Fluorescence)中的一種。

並非所有以紫外線燈照射後會顯現螢光的物質都含有「螢光增白劑」,因為具有共軛雙鍵的化合物(ex.含苯環的芳香族與雜環化合物等)若以紫外光照射就容易產生螢光。譬如環氧樹酯、棉線(含有木質素這種芳香性高分子聚合物)、牙刷毛(有些是使用PET聚乙烯對苯二甲酸酯材質)、電風扇塑膠外殼(材質是PS聚苯乙烯)、衣服上標註尺碼的標籤(材質是PET聚酯纖維),因此有螢光反應不等於有螢光增白劑。 

肆、活動材料 Material 

發光體(燈泡)、地球儀(氣球型)、吸盤玩偶(可附著於地球儀)、紫外線手電筒、白紙、洗衣粉水溶液、水彩筆、會產生「光致發光反應」的物品、1000元紙鈔。 

伍、活動步驟 Step 

第一部分 準備活動

第二部分 主要活動

活動一:太陽升起的方向

活動二:紫外光的運用

第三部分  整理活動

教案學習單

(待調整)

實作注意事項 

實驗安全事項

1.移動時,注意與同學間的距離,留意安全

2.使用吸盤玩偶時,請依據老師操作使用,避免丟擲及吞食

3.紫外線手電筒不可照射他人眼睛,不可離皮膚過近或長時間照射同一人體區域,以免受傷。 

教學心得

1.本課程第一個活動希望讓學生藉由小組合作、肢體展示,將課本的知識以實作方式呈現出來,要鼓勵學生表演時動作要大方,讓其他人能夠容易辨識。

2.進行活動二時,如果教室遮光效果不佳,或不容易遮光,可以使用大型空紙箱挖洞觀察,這樣效果會比較明顯。

3.含有螢光增白劑的水溶液(洗衣粉水)除了書寫在紙上,也可以書寫在報紙、桌子上,以減少物品的消耗。 

參考資料 

闖關活動(十分鐘) 

壹、準備活動

★教師準備:

1、準備器材及材料:螢光增白劑的水溶液(洗衣粉水)、水彩筆、白紙、會產生「光致發光反應」的物品、1000元紙鈔、紫外光手電筒。

2、準備學習單:

3、學生動線安排及分組:3-4人一組,各組按組別坐好。

4、告知學生實驗的安全守則

5、確保學生實驗之安全

6、本實驗的科學原理:紫外光「光致發光」反應。

7、前置作業:事先完成活動二的物品準備。

★學生準備:

1、遵守實驗安全守則,注意實驗安全。

2、發揮團隊合作的精神。

3、由做中學,瞭解本實驗的科學原理。

 

貳、闖關之前

1、闖關負責關主及學生就位。關主負則解說指導,副關主負責指導與通過不通過判定。

2、集合參加學生,以小組隊伍排列。

3、說明關卡配置與發下小組闖關卡。

4、安全宣導,請學生注意安全,不可以在場地內本跑。

5、請學生注意禮貌,進入關卡和離開關卡都要跟關主問好。

 

參、進入關卡

1、學生向關主問好,教師說明規則及建立默契。

2、關主介紹活動內容、實驗方法及安全事項(使用ppt或海報)

3、關主事先完成活動二步驟 1 至6 ,協助學生由步驟 7開始操作至 11 。

4、關主指導學生填寫實驗單。

5、學生完成實驗後,關主請學生分享結果。

6、關主說明實驗反應機制及連結。

7、關主掌握時間,隨時指導與提醒闖關學生。

 

肆、闖關結束

1、收回闖關集點卡。

2、學生心得分享(包括成功與失敗的原因)與關卡的相關科學原理。

3、鼓勵學生尋找更多紫外光致光反應的例子。

4、關主視通關人數給予評分。

5、關主在闖關卡上簽名或蓋通過章。 


預算表

每人次每組的材料及預算(*以一組為單位)

項目.材料 / 數量/金額 (元)

1.燈泡組/1顆/250元

2.地球儀(氣球) / 1顆/150元

3.紫外光手電筒/6個/150元*6=800元

4.洗衣粉水/300ml/自備

5.白紙或報紙/學生數/自備

6.水彩筆/25根/20元*25=500元

7.「光致發光」反應物品/自備

總計/每人次(或每組3-5人)/1700元