理化科

這是我們第三年研究食用色素的電泳，這個實驗技術是在“自然科學博物館”出版的“花的前世今生”的通俗刊物中學到的。實驗設置很像國小自然課教的“電池和燈泡的電路”；我們用幾顆電池、以果凍為介質，研究食用色素在果凍中受電力影響而運動的情形。過去，我們研究的是色素在兩個電極間、沿著一個方向的運動；今年我們想到：如果介質是個平面、可以在各方向運動，色素會怎樣運動呢？實驗顯示：色素會跑向電極的尖角部位。老師告訴我們：在電極的尖角附近，電場較強、電力較大。因此我們的研究發現：色素會追蹤電場較強的方向，把電力線描繪出來，而且電力線會垂直電極表面。我們還發現：在空心電極內部，色素不會運動，顯示在空心電極內部沒有電場。我們也做了一些實驗研究介質的電性。

一般人總認為磁場的產生是由於電子移動而產生，因此認為只有在電器用品附近才會產生磁場，而忽略的事實上電池也可經由電解質溶液而傳導。因此本實驗在探討電解質溶液中離子的游動是否也可以產生磁場，而由離子產生的磁場是否也會跟電子移動時產生的磁場一樣符合安培定律，結果發現電解質溶液也符合此定律，但電解質所產生的磁場其所受的影響因素還包括濃度、液體中有雜質等因素，而且產生之磁場會慢慢消失；跟由電子所引起之磁場不同。

光在空氣中前進時，若進入與空氣折射率不同的介質，就會發生反射與折射現象。我們利用自製治具，以司乃耳定律取得實驗數據。實驗中將雷射光從空氣中射入牛頓、非牛頓液體等介質內，並試著改變其溫度、顏色、粗糙度、旋轉和水的流動，比較光的反射、折射、透光及光被吸收等物理現象，再探討這些現象對折射率、反射率及反射光和折射光能量（照度值）的影響。將照度計和三用電錶以不同距離的光源，測量電阻值與照度值的對照關係。利用自製的光敏電阻數值偵測板，分析在不同介質，反射光能量（照度百分比）及折射光能量（照度百分比）之間的關係，發現入射角越大，反射光能量有上升趨勢、而折射光能量則漸趨下降。

「科技始終來自於人性」一句耳熟的廣告詞，人們為了生活的方便而快速的發展科技，但地球環境卻付出了嚴重的代價，藉著本次的科學展覽，目標是製作出一個理想的發電裝置。本實驗決定以電磁感應為原理來製作模型，再透過種種討論畫出微型化的設計圖。針對線圈數、軸心、場磁鐵等實驗變因對感應電流的影響，找出最佳值作為本實驗的模型基礎，再應用於浮標，有效利用發電裝置所產生的電能使浮標上的LED燈亮起，做為警示用途。使用替代性能源是最近流行的議題，進行這個實驗時，正是地球暖化危機籠罩的時候，使用浮力發電是全無污染的發電方式，不會產生二氧化碳或其他溫室氣體，最後，將發電裝置、蓄電池、LED燈等串聯以立體模型呈現。

橋樑功用在於接續兩地空間。本次探討橋樑力學並分析各橋樑特性：樑橋可隨地形彎曲、建造容易，故適作為長路徑陸橋，其橋墩須承受橋面的載重，故橋面易變形、斷裂、吊橋纜索屬弦垂型，受力成弧線、安全性低，但易於山谷架設，為增加安全性可採直線型鋼纜並將底索張力大於主索、斜張橋、拱橋相較於吊橋、斜張橋，其結構可減輕橋墩受力，故適用於鬆軟地基，斜張橋其纜索可減少橋墩受力，且建造成本低，故適用於長跨程的橋樑、拱橋受力時可使切塊更加緊密，故適用於土質鬆軟、不易維修區域（如峽谷），但因所負載的重量易傳至兩側，故需架設墩台於拱橋兩端以承受拱橋的水平推力，增加其最大載重量與耐用性可採圓形設並將纜索和拱橋結合（如下圖）。

本研究是探討抽煙對維他命C 的影響，應用國二自然課「酸鹼中和」單元中，「酸鹼滴定」的實驗，測定抽煙前後溶液中維他命C 的變化，印證抽煙者體內維他命C 的含量會降低，會導致身體的病變，進而提醒大家遠離煙害。

廣義的機器人沒有一定形體，依個別需要而有不同的設計，使用範圍非常廣泛，翻滾車也算是機器人的一種。研究發現以下幾種因素會影響直線行走及翻滾效果：(一)輪子越大，平地行走速度越快，但爬坡力越差。(二)車輪增加磨擦力，有助翻滾。(三)路面平坦又能吸震者翻滾效果最好。(四)車蓋高度須在ㄧ定範圍內，才能順利翻滾，且在這範圍內，車蓋越高翻滾效果越好。(五)輪子外緣應和車蓋板形成順滑圓弧，翻滾效果較好。(六)車身短較能忍受偏斜角度，翻滾效果較好。（七）想要翻得好，重心應偏前，但不能過重。（八）車子翻回時，後輪著地的撞擊力及反彈力，影響車身偏斜很大，斷電裝置，對翻滾有幫助。

靜電對現代高科技的影響是不容忽視的，但多數教科書講述的靜電理論，並不能明確解釋一些特別的靜電實驗現象。因此在控制濕度下，分別對「摩擦起電」、「靜電感應」、「接觸起電」、「帶電體的去靜電」、「金屬的接地」、「絕緣體的接地」等靜電現象的相關細節做了檢驗與研究，得到驚奇的發現，並修正了理論說法，也藉此改良設計出使驗電瓶帶最大電量的新方法、甚至在這次的研究結果中，推翻了一般人對靜電造成的生活經驗謬思。

在生活上有各式各樣與『磁浮』息息相關的應用，但是想要利用磁鐵使物體浮起來就必須先了解磁鐵附近磁力(排斥力)大小的關係。我們利用電子秤來測量磁力(排斥力)的大小，測量對於磁鐵中心不同角度及不同距離時磁力的大小變化。在實驗當中發現要將排斥力轉換成為吸引力並不需要將磁鐵完全翻轉到另外一極，約在30度以下時排斥力就已經轉換成了吸引力。另外也發現當距離越近時磁力的變化量也就越大，而且在任意角度時這種變化的趨勢是一致的，磁力(排斥力)大小約與距離的二點八次方成反比。最後，我們再利用所量測到的數值來作「磁浮」相關的基本設計。

在顯微鏡底下，我們設計不同的微型化學反應裝置，嘗試探討各項變因(溫度、濃度、聲波…等)隊反應的影響。我們以成功地將實驗藥品用量減少到一滴(約0.04ml)，以微觀的角度觀察化學反應的過程，發現反應進行時，粒子會不斷流動，經查證後為愛因斯坦所提出的布朗運動，且測得硫顆粒的直徑大小約4.2~6.7微米。由於想了解微小粒子分子間運動速率大小，於是利用簡單的運動原理V＝△X/t＝X2－X1/t2－t1計算出硫粒子的移動速率，並探討布朗運動的相關問題。不同濃度及聲波所造成硫粒子的移動速率不同，在不同溫度的部份，我們發現：硫粒子移動速率大約和√T(絕對溫度)成正比。不同溶劑所造成硫粒子的移動速率不同，酒精比率愈高，硫粒子的移動速率愈慢，氯化鈉比例愈高，硫粒子的移動速率愈快，我們也利用流動型實驗裝置插入銅線測量其聲波。並藉由銅線傳入液中，此比藉由空氣將聲波傳入液中的效能大約3倍左右。本實驗成功地將顯微鏡應用在微粒子分子熱運動領域上，並計算出布朗運動速率的大小約8.9(μm/s)至220(μm/s)之間，也經由實驗驗證了愛因斯坦所提出的布朗運動理論，本實驗可達到污染少、觀察實驗的時間短、用量少的目標。此實驗是邁向微觀運動世界，一種值得嘗試且創新的方法。