【罩蠟燭使水面上升的實驗 以前學錯了嘛？】
　　
大家以前上課是否做過/聽過這個實驗：在加了淺水的水盆中放直立的蠟燭，點燃後蓋上透明玻璃燒杯，被封在玻璃燒杯中的蠟燭逐漸熄滅，然後可以發現倒蓋的水杯內，水位上升，彷彿燒杯中佔五分之一的氧氣被消耗殆盡似的。
　　
但實際上造成水位上升的兇手竟然是......熱漲冷縮?! 底下的原文有詳解，也貼上實驗影片在下面留言處喔。

#竇娥冤 #兇手就在我們之中 #冤枉人家這麼久

【翻轉迷思──關於蠟燭燃燒】

作者│ 盧政良
台大物理博士，現任高雄中學物理教師、高師大兼任助理教授、物理教育學刊副主編。
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多年前教科書裡有個經典實驗「蠟燭燃燒、水面上升」，在淺盆中固定一根蠟燭，使之正立，並將水緩緩加入。在點燃蠟燭並蓋上玻璃容器後，瓶中水位開始變化，燭火熄滅後水面明顯上升，上升比例可達瓶中原來空氣部分的15 至20％，非常接近氧氣在空氣中的比例。以往教材將這個實驗作為「證明」空氣含氧量約為21％的一大方法，相信很多人也和筆者一樣，對此深信不疑。
數年前筆者陪著學生準備國際青年物理學家錦標賽的辯論賽，對於其中一道探討蠟燭燃燒實驗的題目(1)*感到困惑──這不就是確認空氣中的氧氣比例，難道外國人不知道這個實驗？隨著著手進行，卻發現越做越不合理，
才驚覺這個實驗並不單純，甚至有很多大家誤解的地方。我們花了一番功夫，將深入探討後的成果，發表於《IYPT-Magazine》(2)*。

．長期被誤解的實驗
問題一，氧氣是否完全被消耗殆盡？可用一個簡單的方法表示蠟燭只消耗瓶裡部分氧氣，也就是同時用兩根蠟燭（一隻短、一隻高）進行實驗，會發現高的蠟燭先熄滅，而短蠟燭在高蠟燭熄滅後繼續燃燒；由此可知高蠟燭熄滅並非因為氧氣耗盡。
問題二，即使蠟燭燃燒消耗了所有氧氣，仍會生成相當比例的二氧化碳或其他氣體，由此可見玻璃容器內的氣體體積變化並非只由氧氣減少所造成；顯見原有實驗解釋並不恰當。
問題三，查理定律告訴我們，空氣體積在加熱時會膨脹，冷卻時會收縮。蠟燭燃燒時加熱周圍空氣，因此蓋上容器時，燭火周圍空氣的溫度上升， 密度也較小，瓶內的空氣甚至會排出。隨著燭火熄滅，空氣冷卻而體積收縮，使得水面上升。

．眾說紛紜
近年針對研究或應用的科展作品以及教學設計，更衍生出其他問題。例如有些人認為氧氣燃燒後產生二氧化碳，後者只是略溶於水，液面高度理應不會改變太多，並提出實驗數據證明。還有人研究嘗試進行化學計量，假設H2O都凝結成水，且氧氣占1/5，可計算出氣體的變化量約占總體積的7％(3)*。
還有學生使用凸透鏡聚焦太陽光以點燃燭火， 避免蠟燭燃燒後蓋上玻璃瓶造成的熱空氣， 結果卻發現水面幾乎沒有升降(4)*。有趣的是， 以上論點似乎都不相容。近年更有學者研究這樣的教學過程，發現科學教師可能會過於自信地使用不正確的知識來教導學生而導致誤解(5)*。
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(1)請見網頁中第10 題：iypt.org/Tournaments/Taipei
(2)goo.gl/J6RjzS
(3)水位真的上升五分之一嗎？goo.gl/wAC95t
(4)悶熄蠟燭燃燒實驗的重新設計：goo.gl/3rC8i9
(5)以蠟燭燃燒實驗探討科學教師的教學策略：goo.gl/uMWfeC
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文│摘自《BBC知識》國際中文版第88期，更多資訊請見本期雜誌。
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