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金門地區第 56 屆中小學科學展覽會

作品說明書

科 別：物理科

組 別：國小組

作品名稱：霧裏看光

關 鍵 詞：光、水霧、氣幕（最多 3 個）

編 號：

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摘要

探討光在氣幕上成像的原理以及方法，如何用簡單的器具達到氣幕成像的效果。

壹、 研究動機

三、四月份進入到金門的霧季，路上所見總是霧茫茫的一片，車子來來往往，每一台的車燈，

皆打在前面霧茫茫的路面，突然發現，每一台的車燈，所打在霧中的形狀，似乎不太一樣，

整條路就像一個超大型的布幕電影，一幕幕的呈現出不同的車燈形狀，所以這次科展，決定

來研究光線與水霧的關係，

我們在網路上用「光」「霧」「投射」等關鍵字去做搜尋，結果發現了氣幕投影這種機器，對

這種設備產生了好奇，但這種投影設備的價格通常是大公司才能買得起的價格，所以我們想

試試看能不能用最簡單的方式，達到在空氣中投射出影像的效果

貳、 研究目的

一、了解氣幕式投影的基本運作原理

二、如何運用簡單方法製作出氣幕

三、怎樣的光源才能出現在氣幕上

四、怎樣讓影像清楚留在氣幕上

參、研究設備及器材

材料 鐵鍋、鋁箔紙、細線、小風扇、酒精燈、LED 手電筒、一般手電筒、雷射筆、電池

工具 剪刀、刀片、腳架、石綿網

肆、研究過程或方法

一、 氣幕的基本原理：

氣幕基本的運作方式是利用海市蜃樓的原理，製造出由水蒸氣形成的霧牆，用來代替一般的

投影屏幕，再將光線投射在上面，可以形成像飄浮在空氣中的圖像 [1]

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(圖 1)氣幕投影展示

二、 氣幕產生設備的製作

我們一開始以「如何簡單產生氣幕」做思考方向，雖然像乾冰、燃燒等也能簡單產生氣幕，

但相對危險，最後我們決定以網路上查到的資料為出發點，用相同的概念，利用煮水的方式

製造水蒸氣，利用水蒸氣來做成氣幕。

(一) 製作氣幕產生設備

我們先利用鐵鍋裝水至鐵鍋一半的位置，利用電湯匙以及酒精燈來持續加熱，以維持水的溫

度，來製造出熱氣而穩定的產生水霧 [2] [3]

(圖 2)電湯匙加熱 (圖 3) 酒精燈直火加熱

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(二)不同光線照射測試

我們使用了三種不一樣的光線對氣幕進行照射，照射的情況如下

一般手電筒：能稍微照出黑暗中水霧

緩緩上升的軌跡，但無法明確看到光

前進的方向。[4]

(圖 4)一般手電筒照射

LED 手電筒：因光線較強，能很清楚

的看見照射範圍內的水霧，用以辨別

光照的範圍，但仍無法清楚看到光直

線前進的軌跡。[5]

(圖 5)LED 手電筒照射

雷射筆：可照射的範圍較小，無法照

出整片水霧，但可以清楚的看見光前

進的軌跡。[6]

(圖 6)雷射筆照射

上面幾種光線照射過後，對於做出一個投影在空氣中影像的條件來說，雷射光是比較適合

的光源，於是，在接下來的投影中，我們選用了雷射光做光源。

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(三)光線投射距離及角度測試

我們選用的雷射筆是有圖案的，為了把最完整的圖案投射在氣幕上，我們做了距離以及角度

的測量，[7] [8] [9] [10]

(圖 7) 距離測量 (圖 8) 角度測量

(圖 9) 不同距離下的成像 1 (圖 10) 不同距離下的成像 2

觀察點 投射至氣幕距離 投射角度 影像情況

順光 10 cm 0 看不清楚

順光 20 cm 0 只能看到一點

順光 30 cm 0 可以看到

順光 40 cm 0 全部看到

順光 50 cm 0 有層次感，看得很清楚

順光 100 cm 0 有層次感，影像很大

順光 200 cm 0 非常不清楚，但有中心

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觀察點 投射至氣幕距離 投射角度 影像情況

順光 100 cm 0 有層次感，影像很大

順光 100 cm 10 失去層次感，還很清楚

順光 100 cm 20 只能看到一點

順光 100 cm 30 看不清楚

順光 100 cm -10 不清楚，有立體

順光 100 cm -20 不清楚，有立體

順光 100 cm -30 很不清楚

觀察點 投射至氣幕距離 投射角度 影像情況

逆光 100 cm -10 很清楚

逆光 100 cm -20 很清楚

逆光 100 cm -30 沒有中心，只看到一點

(四)光線成像及改良

光線投影於氣幕的過程中，常常因水蒸氣受到周圍空氣氣流的影響，導致成像不穩定，而影

響到實驗的結果，所以我們使用了抽風機的概念，將水蒸氣透過抽風機，讓水蒸氣集中往同

一個方向移動，抽風的方式雖然能穩定水蒸氣，不過相對的水蒸氣因為受到風的影響，使的

水霧則會變得較稀薄，投射的影像會變得比較淡，但是能讓影像穩定的出現在氣幕上 [11]

(圖 11) 上方使用小風扇做抽風動作

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伍、研究結果

一、不同光源，所產生光的集中度不同，會決定能在氣幕上的成像與否。

二、不同角度、不同的距離，都會影響到觀察者看到光在水霧中的形狀是否集中或散射。

三、做出來的實驗結果發現：要在水霧中看清楚光的形狀與行進路線，必須要在水霧較

集中且穩定的時候，干擾較少的情況下才能較輕易的看到光的行進路線。

陸、討論

光在均勻的水霧中傳播時才會沿直線傳播，但若水霧不均勻，則傳播速率有所改變，其傳播

方向就會發生改變，不再沿直線前進，而觀察者就會看到很多散射的影像。我們也可以看到

光的散射現象。且在這次實驗中，我們也發現使用的光照器具，也會影響到氣幕投射的結果，

要選擇集中度越好的雷射光筆，才能在不斷上升及流動的氣幕中清楚的呈現影像。

柒、結論

經過實驗，我們發現即使使用簡單的熱水蒸氣也能使光線在空氣中成像成氣幕，而對於水霧

及光，我們可以瞭解到光線可以透過氣幕，清楚的讓我們看到光的行進路線與圖案，且經由

觀察角度的不同發現入射角度越小，照度越大，圖案呈現的就越明顯。

捌、參考資料及其他

1.互動百科

http://www.baike.com/wiki/

2.北京環球晶點數字影視技術有限公司

http://www.007swz.com/Company/kingdear

3.康軒四上自然與科學第三單元 奇妙的光

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電壓雷射 X 光風險性評估表

凡涉及運用具危險性設備(設計)或從事潛在有害的或具危險性活動者，皆須檢附此表格 (例

如：涉及操作交流電壓超過 220 伏特、直流電壓超過 36 伏特、雷射裝置或 X 光等實驗作品)

【此表格必須於實驗進行前填妥】

學生姓名： 楊本翔、許梓佑、曾新原 就讀學校： 金門縣賢庵國民小學

作品名稱： 霧裡看光

1. 列出所有運用之具風險性之活動、設備(設計);須包含使用電壓數值或雷射等級。

雷光雷射筆 1mW

2. 標示、敘明並評估此作品所涉及之風險及危險性。

照射眼睛恐有受傷的危險

3. 描述採取何種預防措施與實驗過程以降低風險及危險性。

全程監督學生使用

4. 列出安全資訊之來源。

5. 以下由具相關資格證照之研究人員、主管人員填寫：

本人同意上述危險性評估與安全預防措施及程序，並證明本人熟知學生研究過程並將直接監

督其實驗操作。

■學校；指導教師簽名 日期： 105.03.01

服務機關： 金門縣賢庵國民小學 （請蓋系所戳章）電話： 082-325463

地址： 金門縣金城鎮庵前 18-2號