海市蜃樓的成因..證明教科書錯誤
2006.08.02  中國時報
 呂素麗/嘉義報導

嘉義女中高三數理資優班學生李璇、戴君容及陳冠樺,在物理老師莊立山、莊立帆兄弟帶領下,以「國王的海市蜃樓─柏油路面上倒影的成因」為題研究,提出新理論,推翻課本上有關海市蜃樓形成的說法,為新發現提出佐證,獲今年全國科展高中組物理科第一名。

    嘉女師生觀察發現,地面與上層空氣的溫差,並非柏油路面上假積水現象及倒影出現的必要條件,反而和入射光的角度、路面的平坦程度及性質有關;因此,他們認為,假積水現象及倒影主要成因是「柏油路面的單向反射」,而非「空氣的折射與全反射」。

    晚上會出現海市蜃樓假象
    嘉義女中的研究成果,引起國立中正大學物理系系主任門福國及多位台大物理系學生的極大興趣,雙方將合作繼續研究,瞭解教科書上的理論及嘉女的新發現,是否可能兩者並存?或教科書所述是錯誤的?

    莊立山說,人們總是在炎熱天氣中,看見柏油路面上的「假積水」現象及倒影,因此,多數人都認為,柏油路面上的假積水現象及倒影,只會出現在溫度高的白天,與沙漠中幻影的成因相同,稱為「海市蜃樓」。
    而嘉女師生研究提出新理論,晚上高熱溫度沒了,柏油路面上同樣會出現假積水及倒影現象,和白天一樣;莊立帆說,用相機長時間曝光發現晚上也有海市蜃樓,才知道課本上寫的是錯誤的。

    艷陽下實驗 一邊哭一邊做
    為瞭解這個普遍常見的問題,嘉女師生從今年三月起,選定嘉義縣市交界的仁義潭水庫主壩三公里長的柏油路面作研究,大白天正中午艷陽下,李璇、戴君容、陳冠樺三位小女生,在主壩上走來走去做實驗,莊立山打趣說「三人都擦很厚的防曬油!」

    曬了好幾天,都沒有很好的結果,師生不斷研究、辯論,提出各種可能,一度想放棄,三位小女生的毅力和堅持讓老師佩服;莊立帆形容三人「咬住就不放」,碰到挫折永不放棄,有時一邊哭一邊做。

    後來,改在晚上進行,從半夜到清晨,在地面鋪黑布、排鏡子、倒墨汁、沙等不同材質的東西,瞭解改變地面性質,「像」是否會改變,莊立山舉例說,為了排出直直的五十公尺鏡子,失敗多次才成功。

    賽後再接再厲 駁斥舊論述
    而夜晚趴在地上,打很強的光源,以高功率雷射光束,利用望遠鏡貼地看遠方地面景物(螢光棒),證實晚上的柏油路面也發生「假積水現象」

    科展時,評審認為,嘉女的研究成果只是間接證據,可能發現了柏油路面上產生倒影的另一個機制,但並不能排斥在艷陽高照時,會因為折射和全反射造成倒影的可能性。

    因此,師生在賽後再接再厲做實驗,終於以「改變地面性質使積水現象消失」,駁斥「因為折射和全反射造成柏油路面假積水現象和倒影」的傳統論述,揭穿「國王的海市蜃樓」

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