製作掌心雷

• 活動目的

一.了解酒精易揮發的特性。

二.了解氣體燃燒比液體容易。

三.體會空氣受熱膨脹瞬間產生強大壓力及聲波的震撼。

 四.了解使用酒精之安全性。

• 器材  
• ※底下為製作一個「酒精掌心雷」所需的材料，工具部分可共用。
養樂多空罐子一個、９號橡皮塞一個、5/32×5/8螺絲釘（一般稱為「鐵板牙」）兩支、3/16華司兩片、0.5mm銅線(長8cm、5cm各一條）、手壓式火花產生器一個（從壞掉的打火機中可得到或可從專門修理打火機的店舖購得，一支約50元上下，高雄市在大同路上新興市場內有一家修理打火機的攤子有在賣此東西）、尖嘴鉗、錐子、十字起子、雕刻刀。
製作步驟

　
圖一
　




1.如上圖一，依所購得的手壓式火花產生器的大小先於9號橡皮塞的頂面上以原子筆描繪外形，然後以雕刻刀挖出恰好可將火花產生器塞入的洞。

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圖二
　
　
2. 將手壓式火花產生器兩極點以0.5mm銅線連接延長（可能需要用到烙鐵焊接延長），再撥去銅線的絕緣體以利於將銅線穿過橡皮塞。請參考圖二。
3. 將圖一橡皮塞的洞先以錐子戳穿兩個孔，再將圖二的火花產生器裝入圖一的橡皮塞中，在裝入的過程中須以尖嘴鉗將火發產生器上的銅線穿入原先戳穿的孔內，最後將銅線拉出。請參考圖三、圖四。

                               圖三                                                                 圖四                                           圖五

4. 將穿出橡皮塞的兩條銅線中是電子射出的那條銅線保持與橡皮塞底面垂直，另一條則折成「Γ」形狀。參考圖五。

　

　








                      圖六
　
　
5. 為了不使火花產生器掉落，所以再用螺絲釘套上華司鎖牢。參考圖六.七。

　

         
                    圖七

　

注意事項

• 本活動需注意安全，瓶子不可塞過緊且不可用其它易碎材質的瓶子代替養樂多瓶，並不可對人身體發射。
• 酒精只能滴入兩滴，若壞疑酒精已經揮發漏出，欲重新裝填酒精，需重新使用另一個空瓶，以避免燃料加倍造成太大的爆炸。
• 裝酒精小瓶需由教師隨手攜帶管制，裝填由教師親自操作，以避免酒精意外燃燒爆炸，造成濺出灼傷同學。

附註

本用瓦斯點火器與養樂多瓶的酒精槍或氫氣槍的裝置常見於一般中學科學活動。橡皮塞點火器的掌心雷裝置為高市三民國中郭奇宗老師於87年暑假高師大物理系進修時，在周建和教授指導下完成。

　
　
　

從掌心雷練習科學觀察與科學分析

 掌心雷練習科學觀察與科學分析 

目的
藉由趣味科學活動〈掌心雷的發射〉引發好奇心，進而引導同學進行科學觀察與科學分析方法的學習。

發射掌心雷
掌心雷裝置如圖一所示，以裝有酒精的滴瓶或滴管滴兩滴酒精於養樂多瓶內，並迅速將圖二的點火器塞於瓶口。將圖一的養樂多瓶握於掌心中約5秒，同時並搖動瓶子使瓶內酒精快速揮發成氣體。手握橡皮塞，並將瓶子朝向天空按下點火器發射瓶子。

　圖一  圖二
　
觀察

發射前 眼藥水瓶內裝液體滴入兩滴 將養樂多瓶握於掌心中約5秒 搖動養樂多瓶	發射過程 聽到巨大的聲響 相對暗度夠時看見瓶內火燄 養樂多瓶向前衝
發射後檢查養樂多瓶 瓶身溫溫的 瓶口溫度較高	發射後觀察點火器(圖三) 點火器的構造 點火產生火花 點火時會觸電
觀察點火火花 火花的顏色 火花的發生位置 火花形狀曲折	圖三

　
　
分析

現象	問題與解決方法	概念
發射前 眼藥水瓶內裝液體滴入兩滴 將養樂多瓶握於掌心約5秒 　 搖動養樂多瓶	什麼液體?(進一步觀察試驗) 手溫使液體汽化?(尋找證據) 氣體為何比液體更容易燃燒? 有無線索估計液體沸點與燃點? 液體汽化後，與空氣均勻混合 什麼作用?沒有空氣可以嗎?(回憶燃燒的舊經驗類比之)	汽化 沸點與燃點 助燃
發射過程 聽到巨大的聲響 相對暗度夠時看見瓶內火燄 養樂多瓶向前衝	爆炸?如何發聲? 生活上舊經驗有那些發聲類比? 瓶內火燄是燃燒嗎? 燃燒與氧化關係? 向前衝的機制? 如何增加射程或衝力?	燃燒與氧化 爆炸與聲音 反作用力與動量守恆
發射後檢查養樂多瓶 瓶身溫溫的 瓶口溫度較高	熱從那裡來? 脫離時瓶塞摩擦、收溫殘留、與燃燒、何者為主要? 瓶口 燃燒容易很快產生大量熱能?	熱的微觀與巨觀觀念 摩擦 傳熱 氣壓
發射後觀察點火器(圖三) 點火器的構造點火產生火花 點火時會觸電	點火器產生火花的機制?有何類似的裝置或現象?估計電壓多高 觸電的感覺?觸電的生理反應? 觸電的危險性? 如何防止觸電?	觸電 高壓點火 導電與接地
觀察點火火花 火花的發生位置 火花形狀曲折 火花的顏色	在那個位置發生火花? 為何? 火花為何曲折? 與閃電有何相關? 顏色為何?能夠換顏色嗎?	閃電 火花放電 富蘭克林

　

配合掌心雷的科學家小故事—富蘭克林

閃電富蘭克林
美國富蘭克林(Benjaming Franklin 1706..1790)在1746年看過萊頓瓶的實驗後，開始了電學的研究，一段時間曾從事蓄電研究，勾聯數個萊頓瓶做成蓄電器。後來懷疑雷電與摩擦起電的相同性，對雷電進行長期的觀察、對比、及分析，發現它們有許多共同之處；包括發光、顏色光線曲折形狀、可由金屬導電、發出爆裂的聲響等。於是大膽的計劃著，正準備進行一個驚人的實驗.........
人間的普羅米修斯：
遠古時代，人們對雷電往往心存畏懼驚奇之心。除此之外，早期人們就已經注意到，船尾頂上的金屬尖端、以及教堂塔尖上的“電暈“現象，這是一種緩慢的火花放電。人們稱之為“聖埃莫之火“（Saint Elmos's Fire)，認為它是水手的守護神顯靈。
希臘神話中一則故事如此說；普羅米修斯到取火種至人間，造福人群。因此觸怒宙斯，將之鎖在高加索山崖，每日受神鷹啄食肝臟。普羅米修斯寧受折磨，堅毅不屈。最後為大力神赫拉克斯解救。
費城實驗：
當時在人們心目中，雷電是上帝之火。關於費城實驗，大部分的人覺得是非常反傳統性的，而且大大地冒犯天威。
富蘭克林原本計劃爬上建築中的高塔上親自引電，後因高塔來不及完成而做罷，沒有被電死算是非常僥倖。
1752年7月富蘭克林與兒子威廉，在一間四面開敞的木棚裡，進行引接雷電的實驗。首先他將絲綢做成風箏，頂端縛了一根尖細的金屬絲，再用一條長長的繩子繫著風箏，下雨後繩子打濕著。繩子另一端末梢繫著充作絕緣的綢帶，因為人躲在木棚裡，綢帶一直保持乾燥，綢帶的另一端握在手中。綢帶與風箏交接處，掛上一串鑰匙作為斷路器以避免觸電。閃電後看到繩上纖維豎起，一陣子高興，禁不住另一手伸出去摸一下，突然指尖與鑰匙間發生火花，左半身麻了一下，手收了回去。

富蘭克林興奮的告訴兒子說： 「這就是電！！」
給朋友柯靈遜的信：
當帶著雷電的雲來到風箏上面時，尖細的鐵絲立即從雲中吸取電火，風箏和繩子全都帶了電，繩子上鬆散的纖維向四周豎了起來，可以被靠近的手指所吸引。當雨點打濕了風箏和繩子，以致電火可以自由傳導時，你可以發現電火從鑰匙向你的指尖大量流過來。用這個鑰匙可以使萊頓瓶充電，用充得的電火可以點燃酒精，也可以進行其他的電氣實驗。像平常用摩擦過的玻璃球，或者玻璃管來做的電氣實驗一樣。於是，帶著閃電的物體，和帶著普通電的物體之間的相同之處，就完全顯示出來了。
富蘭克林的遭遇：
後來富蘭克林以一篇論文“論閃電和電氣的相同“，寄給英國皇家學會，起先受到當時科學家的冷遇，不久法國的特里布爾，在巴黎成功地重複這個實驗後才受到重視，甚至被當時的法王路易十五世請去當場表演，歐洲科學界開始承認富蘭克林的成果，並且接納他成為皇家學會會員，授與柯普利金質獎章。許多科學家從此開始轉向研究電氣，期間俄國的梨赫曼曾在實驗時因電擊意外導致身亡。
避雷針：
富蘭克林將3米長的尖細鐵棒放在煙囪頂端，以金屬線引至屋內的金屬水pump，中間電線分成兩股，相隔一定的距離掛上小鈴，當閃電時經過鐵棒引電進入金屬線，小鈴因同性電荷的作用發出聲響。於是富蘭克林成功地將避雷針介紹給人們，漸漸消除他們對雷電的恐懼。
富蘭克林的發現：
H 費城實驗證明雷電與摩擦起電性質相同
H 電不是摩擦創造出來的，而是帶走轉移的
H 電的一流體(+ e - e)
H 電荷守恆律