物質狀態變化的應用

6/25科學補給讚節目後半段是介紹物質狀態變化的應用。水溫降至0℃時會結冰，而加熱至100℃會沸騰，但你知道嗎？水也可能不到100度就沸騰了，或是超過了100度還是液態。例如，在海拔8848公尺的埃佛勒斯峰，大氣壓力只有平地的1/3，水加熱到71℃就沸騰，因此，在那裡煮東西不容易熟；相反的，氣壓變大時，水超過100度仍然維持液態，且沸點會隨壓力變大而提高，當壓力提高到200大氣壓，沸點會升高至300多度。壓力鍋就是運用「提高壓力使沸點上升」的原理製作的，利用高溫的水，可以大幅縮短食物烹煮的時間。

除了我們熟知的三態外，有些物質介於液態和固態之間，可以像液態一般流動，又同時擁有固態結晶的光學性質，這種物質狀態為「液晶態」，有些科學家將這種狀態稱為「第四態」。結晶物質近年來廣泛被運用在生活中，尤其是顯示器上，它到底是如何運作的呢？記得準時收看節目喔！

不同狀態下，物體的性質也不相同，但是，有沒有同時具有兩種狀態的情形呢？如果加壓力至220.5大氣壓，並加熱至374.3℃，氣態水蒸氣與液態水之間的界線消失，形成均勻相的流體，稱為「超臨界流體」，這個狀態下同時具有氣體和液體的性質，可以像氣體一般被壓縮，也可以像液體一樣流動。節目中介紹了二氧化碳的超臨界流體，可以運用在布料的染色和精油的萃取上，到底什麼是超臨界流體？有什麼優點？答案就在節目中，別忘了收看喔！

想進一步瞭解超臨界流體嗎，維基百科有更詳細介紹：

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%B6%85%E8%87%A8%E7%95%8C%E6%B5%81%E9%AB%94

如果你想體驗水不到100度就沸騰現象，下面實驗可以動手做做看：

準備一支去掉針的針筒，將90度以上之熱水抽取至針筒中，將針筒開口封住，拉開針筒使針筒內的壓力急劇降低，接下來可以看見針筒內之水開始起泡沸騰。若無法觀察到明顯的沸騰現象，請檢查水溫是否足夠高溫，或是準備較大支的針筒，操作此實驗時請小心避免被熱水燙傷。

物質的三態

6/25的科學補給讚節目前半部介紹物質的三態，水是地球最容易觀察物質三態變化的物質，冰、水及水蒸氣是水的固、液及氣態同時存在於地球上。當溫度改變時，三態之間會相互轉變，轉變的過程中，會吸收或是放出熱，例如，冰吸熱變成水，水蒸氣凝結為水的過程中會釋放出熱，水的三態變化調節了地球的熱量，是形天氣變化的主要原因。

我們看到的水其實是由許多的水分子所組成，水分子間存在有相互吸引的力量，但這個力量與分子間距離成反比，液態時分子間距離大，引力不明顯，所以水並沒有固定的形狀。當溫度下降時，水分子具有的能量變小，使得分子間距離減少，分子彼此吸引，無法自由移動，因此冰具有固定的形狀。相反的，當溫度升高時，水分子具有的能量變大，水不僅可以自由移動，且距離也變大許多，因此氣體的體積迅速膨脹，但受到壓力後又可以改變，因此氣態具有可壓縮性。

為什麼不容易見到其他物質的三態變化？這是因為水在100度就發生三態變化，而其他物質的狀態變化溫度差異大，例如，鐵是生活中常見的物質，它的熔點是1536.5℃，鐵要加熱到超過攝氏1500度以上才會變成液態，因此只有在大型的煉鋼廠中才可以見到液態的鐵；傳統燈泡會使用鎢當燈絲，是因為它的熔點高達3,407℃，即使將它加熱至高溫也不容易因熔化燒壞。

有些物質熔點高，也有些物質的熔點則是非常低，例如，二氧化碳的熔點只有-78.5℃，使用乾冰時一定要做好防護措施，以免凍傷。乾冰在一般大氣壓的環境下並不會變成液態，而是直接變成氣態，這個過程稱為”昇華”，由於沒有經過液態，所以稱為乾冰。其他常見的氣體如氧氣和氮氣，熔點更低，達零下200度以上，水的三態很容易觀察，但許多物質的三態變化卻需要特殊的條件才可以觀察到，大自然是不是很奇妙呢？

變化多端的曲面鏡

鏡子是生活中重要物品，透過光的反射，我們可以看到自己的影像，但當表面原本是平的鏡子變成彎曲後，鏡子上出現的影像也會產生變化，有時候影像會變小，移動位置後又變大，也可能本來是正立的影像，換一種鏡子後出現顛倒的影像，變化真的多端，非常有趣。

表面彎曲的鏡子稱曲面鏡，分為兩類，表面凸起的稱為凸面鏡，另一種則是凹面鏡。為什麼鏡子彎曲後會有多種變化呢？變凸的鏡子會將反射的光線往外發散，使得光線無法聚集，眼睛所看到的是縮小且正立的影像;凹面鏡則可以將反射的光線向內聚集，有聚光的效果，所形成的影像具有多樣的變化；當物體很遠時，會形成縮小且倒立的影像，當物體往鏡子靠近，影像會漸漸變大，但仍是倒立的，當物體移到鏡子的焦點內，會出現正立且放大的影像。

曲面鏡在生活中的應用很廣，例如，凸面鏡上出現的是縮小的影像，因此可以看到更寬更遠的範圍，適合用來作為汽車的後照鏡，有些轉彎道路旁的也會設置凸面鏡，讓駕駛更能掌握路況，避免發生車禍。凹面鏡具有聚集光線的特性，可以將遠處的光線聚集於焦點，相反的，如果將光源放置在焦點，光線則會被反射到遠處。利用聚光的特性，太陽能集熱器上的凹面鏡會將陽光集中，不用使用燃料就可將食物加熱煮熟。也可以反過來將光源放在焦點上，將光線反照到遠處，車燈、手電筒及照相館使用的反光傘就是運用凹面鏡的原理。

想要進一步瞭解凹凸面鏡的功能嗎？下面的網站有動畫可以讓你操作，你可以自己玩玩看，可以更深入瞭解兩種曲面鏡的成像特性喔。

臺灣師範大學物理教學示範實驗教室

http://www.phy.ntnu.edu.tw/oldjava/Lens/index.html

讓天空更多采多姿的彩虹

雨過天晴後天邊可以見到彩虹，在陽光底下噴水也可以看到人造彩虹，這些現象是如何形成的呢？原來，陽光是由不同顏色的光所組成，大自然很奇妙，各種色光混合在一起就會變成白色的光，可是，光線通過小水滴會被轉彎，不同的色光轉彎的角度不一樣，白光被分散開來形成了彩虹，這種現象在科學上稱為『色散』。

色散現象不只在大自然出現，在幾百年前就已經發現，陽光通過三稜鏡後也會產生不同顏色的光。當時有些人認為色光是由三稜鏡產生，但牛頓認為七彩的光是來自陽光，並非三稜鏡所造成，為了證實他的觀點，牛頓將通過三稜鏡的大部分色光遮住，只保留紅光，並且將紅光再一次通過三稜鏡，但紅光通過後還是紅光，沒有七彩的光，透過這個實驗，牛頓證明了他的論點，這個發現是當時科學上的一大突破。此外，色散會使得色光折射後無法聚集在同一點，造成望遠鏡出現影像的模糊，為了改進折射式望遠鏡的缺點，牛頓發明了反射式望遠鏡，他不只在力學的研究上有偉大的成就，在光學的貢獻也很大。

不同顏色的光在水中的折射程度不同是形成彩虹的主要原因，你也可自己動手做做看，將雷射筆的光束射入有顏色的水中，就可以觀察光線的折射，如果將綠色及紅色兩種光束以同樣的角度射入水中，將發現兩個色光偏折的角度不同喔！但哪一個偏折角度大呢？請你自己動手找出答案喔！

下面這一本書對於光的性質有深入淺出的介紹，值得你參考

神奇酷科學10：變幻莫測的光，Nick Arnold著，陳偉民翻譯，小天下出版。

如果你想要進一步瞭解彩虹的成因，推薦你參考下面的網站：

臺灣師範大學物理教學示範實驗教室

        http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/html.php?html=rainbow/docs/rainbow

如果你想進一步瞭解光的折射及色散現象，可以瀏覽下面的網站：

中央大學物理演示實驗

http://demo.phy.tw/#!experiments/optics/

食蟲植物的法寶

食蟲植物可以透過特殊構造捕捉動物，由於他們種類多達600種，雖然很多是生長在陸地，但也有一部份的水生植物也是屬於食蟲植物。這些植物捕捉獵物的方法並不完全相同，捕捉獵物的構造大部分是葉子變形而來，捉獵物的方法可分為主動式和被動式兩類，下面分別介紹這兩類的方法：

一、主動式：主動式的食蟲植物透過快速運動將獵物捕捉，比較消耗能量，下面介紹的三種方式是屬於主動式。

1.捕獸夾式：這類植物有一個類似捕獸夾的構造，當動物碰觸後觸發毛後，夾子會迅速的闔上將獵物捉住，如果動物想掙扎，夾子會合得更緊，捕蠅草就是屬於這類植物。

2.捕鼠籠式：貍藻這一類的水生植物具有特殊的囊狀構造，上面有一個往內開的蓋子，囊裡的水會排掉，當獵物靠近並碰觸到外面的觸發毛後，蓋子會突然打開，將水和獵物一起吸入，過程中蓋子會關起來，將獵物困住。

3.黏蠅紙式：毛氈苔的葉子長著細腺毛，末端具有粘性的消化液，當昆蟲靠近時被被沾粘，由於葉子和毛都具有運動能力，動物越掙扎，反而會被黏得越緊，最後被消化液分解。

二、被動式：被動式的植物動作比較緩慢，有兩種是屬於這類方法。

1.陷阱式：具有像瓶子一般的構造，具有蓋子，蓋子和瓶口會分泌蜜汁吸引昆蟲，由於瓶口非常光滑，獵物很容易滑落跌至瓶子內的消化液中，這一類的植物有豬籠草、瓶子草等。

2.捕蝦籠式：螺旋狸藻類植物具有像螺旋棒狀的捕蟲器，它就像一個迷宮，而且裡面長著倒插剛毛，使得爬進去的小動物只能向前無法後退。

你是否覺得食蟲植物很好厲害，跟我們認識的一般植物不同，如果你想進一步看看食蟲植物如何捕食，下面的影片相當精采，推薦你收看：

http://www.youtube.com/channel/HCJkph3pRhhbI

可怕的食蟲植物

植物是很多動物的食物來源，動物吃植物似乎是大自然的規律，可是，大自然是很奇妙的，也有相反的例子，有些植物會反過來吃動物，102/5/7（週二）民視無線台播出的《科學補給讚－吃肉的植物》節目中，介紹好幾種會捕捉動物的植物。

在陽光的推動下，葉綠素進行光合作用，將植物根部吸收水份及礦物質，以及葉子吸收二氧化碳轉變成醣類，提供植物生長所需，在生態界中扮演『生產者』的角色。但是，在某些區域，如沼澤、雨林地區，土壤相當貧瘠，尤其是缺乏生長所需的氨基酸，植物為了維持生長，發展出特殊的構造捕捉動物，以獲取維持生長的重要成分，例如，氮素。

可以捕捉獵物的植物稱為『食蟲植物』，也稱為『食肉植物』，世界上目前已知的種類有600多種。雖然它們和一般植物一樣靜止不動，但卻可以捉住自由活動的獵物，究竟是如何辦到的呢？這些植物經過長時間的演化，身體的構造產生了很大變化，變成了各式各樣的形狀，有的長得像瓶子，有些像捕獸夾，也有一部份發展出具有黏性的構造。

由於動物並不會自投羅網，食蟲植物不僅具有捕捉工具，也有吸引動物的法寶，它們像花一樣，可以透過鮮豔色彩、分泌蜜汁，或是發出特殊氣味等方法，吸引動物前來，最近科學家研究發現，有些甚至會發出特殊的螢光來吸引昆蟲，這些光的誘惑甚至連老鼠或蝙蝠也難以抵擋，非常特別。當獵物被捕捉後，食蟲植物會分泌特殊消化液，將牠們分解後加以吸收。

你是否覺得食蟲植物很特別呢？想進一步認識它嗎？農委會植物園館網頁有豐富的知識和漂亮的植物圖片，推薦你進一步瀏覽。

http://kmweb.coa.gov.tw/subject/lp.asp?CtNode=8305&CtUnit=4728&BaseDSD=7&mp=317

下面這本書也有介紹，推薦你閱讀。

神奇酷科學3：植物的求生本領，Nick Arnold著，陳偉民翻譯，小天下出版。

安靜的植物抽水馬達

你看過消防隊員噴水救火嗎？藉由馬達幫助，水才可以噴得又高又遠，可是，一棵20公尺高的樹，卻不需要使用任何機器，根部吸收的水就可以送至高處的葉子，植物是如何辦到的呢？102年4月30日星期二民視播出的播出的《科學補給讚－植物的抽水馬達》，透過了實驗和遊戲，介紹了植物水分輸送方式，內容精彩，千萬別錯過喔！

植物的根、莖、葉是負責生長發育的器官，又稱為營養器官。水是生物維持生命最重要的物質，透過根部的吸收，再由莖的運輸，將水送至葉子中進行光合作用。

莖部可以說是植物的高速公路，外表看起來很安靜，其實非常忙碌，水分和養分都透過它來輸送。莖的內部具有維管束構造，是輸送的組織，具有運輸養分的『篩管』及運送水分的『導管』。

植物吸收的水，90％以上的水會透過蒸散作用，由葉子的氣孔排出，但為何我們看不見水呢？這是由於水是以氣態的水蒸氣排出。觀察植物蒸散作用很簡單，找一個好天，用夾鏈袋套在樹葉上，一小時候取出，袋子中的小水滴，就是透過蒸散作用排出的水。

水變水蒸氣會吸收熱，再加上植物可以遮蔽陽光，因此，多種植物有助於降溫，可以解決夏天悶熱的情況喔。蒸散作用會產生一個向上的拉力，再加上導管的毛細現象，將水往上吸，所以，植物雖然沒有馬達，也可以安靜的將水送至全身各處，大自然很奇妙吧。想進一步瞭解植物嗎？『發現臺灣植物』網頁內容相當豐富喔，值得你一看。

http://taiwanplants.ndap.org.tw/index.htm

植物的向光性和背地性

ㄟ！植物為什麼長歪了？植物進行光合作用時，會產生哪一種氣體？102年4月30日星期二民視播出的《科學補給讚－植物的呼吸》節目中，介紹植物生長的現象。

植物和動物不同，動物的養分來自其他生物，植物則是自己製造。植物就像是一個太陽能工廠，葉子中的葉綠素，就像是製造養分的機器，光線則是讓機器啟動的能源，植物工廠可將二氧化碳和水轉換成葡萄糖，並釋放出氣體，這個過程稱為『光合作用』。還記得五年級的自然課中學過的氧氣和二氧化碳嗎？光合作用產生的氣體會使線香燃燒的更旺，想一想，植物產生的氣體是哪一種？別忘記看節目，確定你的答案是否正確喔！

葉綠素不溶於水，但是可以溶在酒精中，但它很容易燃燒，不可以直接加熱，須用隔水加熱的方式喔！葉綠素是一種螢光物質，可以吸收紫外線而產生紅色螢光。螢光現象在生活中也很常見喔，例如，檢驗鈔票真假的驗鈔機，就是透過紫外線照射鈔票，藉由螢光反應來判斷鈔票的真假。

植物除了會進行光合作用，其實它們跟動物一樣，也要呼吸，因此需要吸收氧氣，節目中將裝有綠豆的容器灌入氧氣，一段時間後將放入燃燒線香，結果會如何呢？動動腦想想看。

植物在成長過程中，會分泌一些物質來幫助生長，這些物質稱為生長激素，植物內有好幾種的生長激素，其中一種稱為IAA，它很害羞，不喜歡光線，所以，照光的一側生長激素比沒有光的一側少，使得植物莖的兩側生長速度不同，造成了植物往光的方向彎曲生長，這種現象會使植物產生『向光性』或『背地性』。如果這樣說明還是不明白，節目中有詳細的說明，並且介紹了有趣的實驗，記得收看喔！

紅光或藍光，哪一個對植物向光性影響比較大？不同顏色的光，對植物的向光性有沒有影響呢？你可以自己當老師，動手找出答案喔，曾經有人以這個當作科展的主題喔！有興趣的話，詳細的實驗步驟請參考下面資料：

http://activity.ntsec.gov.tw/activity/race-1/45/senior/0407_menu.htm，進入後請點選”植物向光性的訊息傳導”

自動噴水的虹吸噴泉

4/9播出的《科學補給讚－虹吸噴泉》介紹了虹吸現象，利用一個裝滿水的管子，兩端分別放入高低不同的水中，由於壓力不同造成流體流動的現象，水面較高一端的水會自動流向較低一端，直到水面一樣高為止。

真是神奇，沒有使用馬達水就自己流動了，這是運用什麼科學原理呢？這是透過虹吸管兩端的壓力差，來推動水流動的現象。還記得我們上次介紹連通管原理時，提到水柱壓力和高度有關嗎，水壓Pw=hd，（h和d分別是水柱高和密度），由於虹吸管兩端的水同時受到來自大氣（以Pa表示）和水兩種壓力，管口的壓力P=Pa-Pw，兩端的大氣壓相同，但較高一端的水柱短，因此水壓較小，P較大，因此推動了水往低處流動，當兩邊一樣高，水壓相同，水就停止流動。如果想要進一步瞭解虹吸現象，可以閱讀下面網站：http://www.hjjh.kh.edu.tw/toyphysics/3/index.htm

在節目中，還巧妙的運用虹吸現象和大氣壓力設計了虹吸噴泉及其他有趣的實驗，相當精采，一定要記得準時收看喔！已經學過虹吸現象的同學，趁這個機會複習一下，還沒學過更是要看什麼叫做虹吸現象。

生活中有許多現象也是應用虹吸現象，像是：1. 家中洗手盆下面的污水管，必有一段彎成U形的部分，可以保留一部份的水形成阻擋臭氣的「水封」，透過虹吸現象，使用過的污水就可以輕易排出去。2.魚缸的水要更換時，不需要將整缸水抬起來倒，只要將水管裝水，一端放入魚缸中，另一端放在地面的水桶，這樣水就可以由魚缸中流出。3.有一種煮咖啡的器具，也是利用虹吸現象，來煮出風味不同的咖啡。

馬桶是我們每天都要使用的生活用品，你知道馬桶沖水時也是使用虹吸原理嗎？虹吸式馬桶與沖水式馬桶有什麼不同呢？有興趣的人，可以參考下面網站：

http://fix.housefun.com.tw/Article/Detail.aspx?Pkey=42237e0b-1346-4d5c-b20c-8e51ddc95faa

馬桶的水箱也可以使用虹吸原理來沖水，蠻特別的，想進一步研究嗎？

http://www.youtube.com/watch?v=qv2MUX3FGPc

有趣的燃燒現象

雖說燃燒很常見，但在什麼情況下，物質才會燃燒呢？4/9播出的《科學補給讚－燒很大》節目中，介紹物質燃燒的條件。燃燒是一種氧化現象，一般的氧化，例如生鏽，過程較為緩慢，而燃燒是快速的氧化過程，會產生光和熱。

燃燒是如何發生的呢？首先需要有「可燃物」，當它被加熱至一定溫度後，和「助燃物」作用，產生燃燒的現象，物體開始燃燒的溫度稱之為「燃點」。燃燒必需有可燃物、助燃物和達到燃點等三個條件，缺一不可，又稱為燃燒三要素。

生活中的物質如木材、蠟燭、布、酒精等物質燃點比較低，被加熱後容易燃燒，黃磷的燃點非常低，只有攝氏60度，天氣熱一點就可能產生自燃的現象。蠟燭燃燒時，是棉線還是蠟在燃燒呢？當然是燃燒蠟，當蠟受熱後變成液體，由於毛細現象，蠟沿著棉線上升，被加熱後揮發成蠟蒸汽而燃燒。

燃燒時需要幫助燃燒的助燃物，一般是空氣中的氧氣，因此，酒精燈使用完後，蓋上蓋子火就熄滅了，滅火器則是利用大量的二氧化碳來隔絕氧氣，達到滅火的目的。鎂是一種金屬，由於燃點不高，點火後容易燃燒，特別的是，它可以在二氧化碳中繼續燃燒，為什麼呢？看了節目就知道答案了。

近年來，政府鼓勵室內使用「防焰」產品，像是地毯、窗簾等，這類產品經特殊處理使「燃點」提高，變得不易燃燒，可以避免火勢擴大。

而水可以降溫，因此，火災發生時，使用噴水的方式讓物體溫度降溫，物體達不到燃點，自然就達到滅火的目的。紙是易燃物，怎麼有人使用紙做的鍋子來煮火鍋呢？

燃燒現象是五年級的自然與生活科技中的一個單元，4/9日的節目中介紹了好幾個有趣的燃燒實驗，如果你已經學過了，可以考考自己的燃燒知識還記得多少，如果還沒學的同學，更推薦你收看，內容相當精采，對你學習燃燒單元有幫助喔！