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探究為什麼-不可思議的冷光現象

MAR 12 ,2021

 <本篇內容參考PASCO資訊,轉載請註明出處>

簡介

自然界中發光的現象有很多種,除了通電可以使日光燈、手電筒發光外,有一種發光的方式不會伴隨著熱量的轉移,這是所謂的「冷光(Luminescence)」。生活中有許多冷光現象的例子,例如礦石的螢光性、生物的發光現象(螢火蟲、水母……),許多生化醫藥的分析技術也與冷光息息相關。現在就來透過PASCO的設備,探索不可思議的冷光現象

 

活動目的

  • 透過光譜儀,觀察螢光素溶液照射紫光後,所產生的螢光現象
  • 透過光感應器,探索螢光棒的光強度隨著時間的變化
  • 透過能量的觀點,探索生活中的冷光現象

 

活動1-溶液的「螢光(Fluorescence)」探索

  1. 活動所需設備與材料
  1. 活動流程
    1. 取少量的螢光素於燒杯中,並配置成溶液
    2. 開啟無線光譜儀與軟體
    3. 在光譜儀在軟體中,選擇「溶液分析」的模式,並點選405nm的螢光分析頁面
    4. 點擊開始量測,觀察放置樣品前,激發光本身的光譜曲線

    1. 取大約3~4ml的螢光素溶液至比色管中,並將比色管放入光譜儀的比色槽內(比色管透光面朝向光源)
    2. 點擊開始量測,觀察螢光素溶液的變化,同時也觀察光譜圖型中的曲線

Q: 在激發光的照射下,螢光素溶液發出哪個波長的光?

Q: 比較激發光本身的光譜曲線與照射螢光素溶液後的光譜曲線,有什麼差別/

 

 

活動2-螢光棒的「化學冷光(Chemiluminescence)」動力學探索

  1. 活動所需設備與材料
  1. 活動流程
  1. 在保麗龍杯的蓋子上剪開一個小洞,使光感應器的環境光源的偵測端能偵測杯內的光強度變化
  2. 在保麗龍杯的外側與蓋子貼滿黑色膠帶

Q: 為什麼在本次活動中需要貼黑色膠帶?

  1. 開啟無線光感應器,並連接至軟體
  2. 在軟體中建立「光強度vs.時間」得座標圖
  3. 將螢光棒剪開,將外側的草酸苯脂與螢光染劑倒入燒杯內
  4. 小心的將內部的玻璃瓶敲碎,並將過氧化氫溶液倒入燒杯內
  5. 迅速將燒杯放置於保麗龍杯內,蓋上杯蓋,將光感應器放置於杯蓋上,環境光源偵測端透過小洞朝向杯內,點擊開始測量
  6. 觀察光強度隨時間的變化

Q: 隨著反應的進行,光照度產生什麼樣的變化?

 

 

問題討論

    1. 在活動1中,螢光素溶液為什麼能夠在405nm波長的光照射下,產生發光的現象?如果換成其他波長的光照射,仍會有相同的結果嗎?
    2. 在活動2中,為什麼光照度會隨著時間而下降?
    3. 承上題,如果想讓螢光棒的發光過程更持久,想想看有哪些方式?
    4. 能量不會無中生有,因此物體不會無緣無故發光,綜合兩個活動,請透過「能量守恆」的觀點,解釋這些發光的現象。
    5. 想想看,紫外線並不是可見光,然而為什麼外面看到很多的紫外線燈管卻是可以發光的?

 

參考資源