第50屆--民國99年

線圈槍/炮指的是一種由電流通過的電磁線圈組成的直線電動機，將發射物發射出去的武器。這類武器可以將具有磁性的發射物提升到極高的速度。有時這種武器會被稱為高斯槍/炮，是為了紀念用數學方法描述電磁加速效應的卡爾 ? 弗里德里希 ? 高斯。 電磁炮是由一個或多個線圈，沿著槍管直線排列而組成，如下圖，線圈依次開關以確保發射物得到磁場的充分加速，就是當物體接近螺線圈時電容放電，遠離螺線圈時放電完畢。電磁炮並不是軌道炮(註1)，後者會在軌道上給發射物通上強大的電流，且兩者的原理也不盡相同。第一個實用的電磁炮是由挪威物理學家克里斯蒂‧安奧拉夫‧伯克蘭製造和申請專利。 什麼是電磁炮或高斯槍？它是由一個管子加速一磁性物體。貫穿一系列電磁線圈（如電磁閥）。沒有火花或噪音和其它的副作用（如部件磨損）。經過精密的定時電路，依序激發每個線圈，這項原則可使發射體的速度迅速增加。 為什麼要建造電磁炮？它含有許多基本磁力機械的概念。電磁炮是一個簡單的直線馬達的例子，也是螺線管裡最重要的一個例子。這些螺線管看起來幾乎無處不在，從汽車門鎖到門鈴，從軟盤驅動噴射器到燃油噴射器。唯一不同的是，大多數螺線管的設計限制物體移動範圍，而且通常有一個彈簧使它彈回。 雖然電磁炮沒有工業應用，但目前有些人建議，這個系統可以用來發射在有效載荷範圍內的物體，並將之送入軌道。這是極具吸引力的，但還有許多技術上的挑戰，需要加以解決，才能被認為是可行的項目。更現實的應用例如(一) 利用一個長型電磁炮加速器，來啟動車輛，並給它一個初始速度，在離開電磁炮加速器時，讓車輛啟動本身的推進器，並使之進入軌道。這種啟動模式可以大大節省燃料成本。(二)從軍事角度來看電磁炮技術可以使用在未來作戰車輛，例如，它可以設計成一種所謂的'主動電磁裝甲'系統。超高速發射仍然是軌道炮(註1)的領域，如果有再進行研究的話。它可能令你驚訝地感到，電磁炮是新鮮事。

地瓜葉是常見的蔬菜，更是絕佳的抗氧化寶物，以碘滴定法來測量蔬果汁的抗氧化力，在24種現榨蔬果汁中，地瓜葉的抗氧化能力最好。蔬果汁放置時間越久，抗氧化力越差。大多數的蔬果汁加熱3分鐘後，抗氧化力都下降了許多。由此可知，加熱和放置時間是影響地瓜葉抗氧化力的重要因素。烹煮時所用的調味料也會降低地瓜葉的抗氧化力，以酸性物質如醋和米霖影響較大。地瓜葉的葉子部位抗氧化力最佳。鋼棉浸泡地瓜葉汁3小時後才出現生鏽的現象，且生鏽面積小，顯見地瓜葉汁具有防止氧化的能力。將地瓜葉汁加到雙氧水中，所製造的氧氣比相等重量的胡蘿蔔多了70%。添加5%地瓜葉汁的肥皂，使用起來泡沫柔細、好沖洗，洗後不乾澀，還有淡淡清香。

經本研究發現影響水果電池發電效能的變因有電極種類、電極間距離、電極與電解質的接觸面積、電解質的成分與濃度、電極串聯與並聯方式等。利用數位式電錶測量水果電池的電壓與電流，分析得到主要結果如下：一、利用成本低、容易取得的鋅-銅作為電極，發電效能佳；二、電極間距離近，發電效能佳；三、電極與電解質的接觸面積大，發電效能佳；四、以70％檸檬汁與30％雙氧水比例作為電解質，可以有效提升電流；五、以並聯方式製作基本電極模組與改良式電極模組，可以大幅提昇水果電池的電流至數千倍。應用勁量水果電池可以使LED燈及數位式碼錶作用，並可成功驅動小型電動車與風扇馬達，在並聯了兩組改良式電極模組之後，更進一步成功點亮了鎢絲燈泡。

我們利用廢棄的光碟機、手機充電座與鋰電池，加上一些簡單的零組件、工具，在花費約100元的情況下，組裝完成一套腳踏車發電儲電裝置。這套裝置可用家用電源充電，也可用我們的腳踏車發電裝置充電，而鋰電池體積小、儲電量大、提供電流穩定又可重覆充電使用，減少一次電池的使用，省錢又環保。 腳踏車有了固定的電源後，就可對鋰電池充電或加裝方向燈、尾燈、喇叭．．．．。除了好用之外又能學以致用，並推廣環保概念都使我們很有成就感，希望我們這樣的觀念與做法能推廣、改良，經濟又環保，還可加入自己的創意，真是一舉數得！

根據我們的研究，發現水滴可以在鋸齒狀金屬表面上移動，而且會向上爬升，爬坡角度 最大為20 度角。我們拍攝很多水滴的爬坡現象，我們觀察到水滴向高處移動的運動方式，發 現水滴的前端會向上、向前凸起，並且會伸長而後縮短，表示有一個力量造成這樣的情形。 我們知道水滴與高溫金屬面之間會存在一層蒸氣層，我們認為這層蒸氣層是造成水滴向上爬 升的主要原因。我們可藉由改變「鋸齒斜面長」與「鋸齒高」的比值，來控制水滴的移動方 向，鋸齒斜面長所面對的方向，即為水滴的移動方向，可見鋸齒狀金屬面的形狀，是讓水滴 向上爬升的另一個原因。我們也發現，水滴的爬升速率會受到鋸齒大小、鋸齒斜面長與鋸齒 高的夾角、液滴大小與液滴的表面張力所影響。

牙菌斑附著於牙齒表面，面積小不易被發現。只有牙菌斑指示劑能顯示出牙菌斑，可用於評估刷牙的效果，但一般只有在牙科診所使用，且價格不便宜，找到經濟實惠和簡易的物質，並且具有牙菌斑指示劑的功能，格外具有重要性。在此研究中，我們嘗試用紅色火龍果的汁液，作為牙菌斑指示劑，在家進行自我口腔牙菌斑的檢測，來減少齲齒發生。 我們採樣檢測人體牙菌斑的六種變化，利用紅色火龍果內含大量花青素的成份，在pH 8時呈現紫色鹼性染料，來做為牙菌斑指示劑。 紅色火龍果的汁液，可用來辨視牙齒上的牙菌斑染色效果，在堆積量及菌量數，是有明顯的差異，也印證除牙菌斑指示劑外，可利用生活中的食物來應用。

為了解蝴蝶飛行的原理，自製風洞及不同展弦比的蝴蝶翅膀模型，在模型中通入濃煙並 以數位相機拍攝蝴蝶翅膀上的渦流變化。發現主要有前緣渦流、翼端渦流及與翼身相交接處 的根部渦流等，進一步分析拍翅頻率和攻角改變對渦流的影響，發現拍翅不但會強化根部渦 流也會使前緣渦流向後滾，就像是一串向後移動的微型龍捲風，形成翼面有一股向上的力量， 即所謂的渦流升力。最後，把蝴蝶模型固定在自製振動座上，再將整個基座黏在電子秤上， 測量拍翅時模型所受的最大升力，結果發現當模型的拍翅頻率慢慢增高時升力會突然消失， 而頻率更快些升力又會再度出現。針對這個奇特的現象，我們運用Buckingham π 理論分析 最大升力及渦流的關連性。

我們是受到一部影片的啟發，以做實驗方式找出「極速鋼珠」原理。 首先軌道坡度40度時效果最佳。其次加入2個強力磁鐵，用較重的磁性物質─大鋼珠來撞擊，效果最佳。因撞擊力道除了珠本身重力外，還多了與強力磁鐵間吸引的磁力。 再者，強力磁鐵後端鋼珠為4顆時，效果較佳，且放置愈多組強力磁鐵組，效果愈好。我們利用改良式撞擊力道測量器，可比較出末端鋼珠所產生的力道大小。末端珠必須是磁性物質、且與磁鐵間的磁力愈弱、重量愈重、大小和小鋼珠愈接近、離受撞器愈近，則所產生的力道會愈大。 我們由一連串的實驗結果推論，末端鋼珠一開始並非是先滾動的。後來利用高速攝影相機證實了末端珠的運動方式，是先滑動一段距離，然後再做滾動的。

2008年衛生署公佈國內食品中毒通報統計，1-6月已發生133件食品中毒案件，而中毒原因以細菌引起比例最高。由於大部分的細菌可透過煮沸法殺菌，只要注意食物的加熱時間、衛生和正確保存，大部分可以防止食品中毒。相對於吃生魚片，由於沒有經過烹煮過程，引起食物中毒的機率大增。本報告經過抽檢市面上生魚片的生菌數，發現市面上生魚片生菌數含量超過衛生標準的比例偏高。透過實驗和研究，測試各種生活中殺菌物質是否可應用在生魚片殺菌上，並找出不影響生魚片口味而且具殺菌能力的方法。最後建議吃生魚片時，先將魚肉浸泡5%檸檬水加1%食鹽水15秒，再用冷開水沖洗10秒，然後再沾調味料，既可享受美食又能吃得健康。如果當時沒有檸檬，可用可樂代替，也有部份抑菌效果。

本實驗不在驗證筊杯與神明旨意之間的真實性，而是以物理學的觀點，找出筊杯的角度、形狀、大小、材質與掉落情形之間的關連性。此外，為了減少人為因素造成的實驗偏差，我們以鋁夾作為擲筊臂，以樂譜架作支架，製作出擲筊器，盡量使每次擲筊動作達到一致，並經由反覆的擲筊，探究不同角度、形狀、大小與材質的筊杯，驗證人稱的「聖杯」，其機率是否真為二分之一。且應用牛頓三大運動定律，觀察筊杯掉落時的不同狀態，如速度和落地點及筊杯間與地的接觸狀況，尋覓聖杯的成因。我們也應用電腦軟體繪製筊杯的3D圖，計算陰面及陽面的表面積，並以陽面與陰面的比值，製成曲線圖，觀察表面積的比值與形成聖杯的關聯性。