理化科

經過了一兩個月的研究討論與重覆的實驗，歷經無數次嘗試錯誤，我們終於從懵懂無知，進而瞭解，原來複雜的科學現象，可經由不斷地實驗與科學方法將其一一剖析，變成簡單而合理的解釋。最後的結果，讓我們深深地體會：我們好像科學家，找到一把簡單開啟通往神秘自然界的鑰匙，我們相信這顆種子已深植在我們心中。將來一定會茁壯，在人生的道路上，我們一定會用這種方法去找到通往成功的簡單之鑰--------一定有方法只是你找不找得到。

為了研究各種茶種間的不同，以及在不同環境下對其的影響，本研究進行五項實驗，研究八種不同茶種、熱水沖泡室溫保存與冰水沖泡低溫冷藏、通入二氧化碳與通入氧氣之茶液之酸鹼值還有顏色變化的不同，發現完全發酵茶酸於部分發酵茶，更酸於未發酵茶，而顏色部分，完全發酵茶較部分發酵茶深，更較未發酵茶深。 若比較以熱水沖泡常溫保存或以冷水沖泡低溫冷藏所得之茶液比較，發現熱水沖泡常溫保存之茶液較偏鹼性且顏色較深，並且以鋼絲絨生鏽的速度驗證了茶具有抗氧化的功效，而本組意外發現二氧化碳也能夠減緩氧化的速度，經由多次的比較結果更證實了其結果之正確性了。

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。

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。

以液晶螢幕的構造方式作為架構藍圖，利用重力將透明物質(膠帶)的性質改變，觀察並分析顏色變化與物質所受重力之關係。實驗發現當加掛重物時，膠帶會拉長，厚度會變薄，故各色光經偏光片在膠帶厚度不同的情形下，旋轉的角度不同，當各色光經偏光片時，光強度均不同，所呈現出的顏色才有所差異，且長度變化量越大，顏色變化越明顯。數據計算中可得知，當砝碼重量高於某值時，膠帶伸長量與砝碼重量有正比關係。由紀錄中發現膠帶斷掉所受的力約為膠帶顏色開始變化時受力的2倍。若應用在繩索或鋼索上，其常因彈性疲乏而斷裂，可在其上方加上可旋光的物質，再包上一層偏光片，由顏色變化就能及早發現彈性疲乏的現象。

利用電風扇所提供的穩定風力來源，了解風扇所造成的風力分布圖(風場)。利用簡單\r 的實驗器材取得相關數據，並根據國中所學之線段長短與力的大小成正比之關係，算\r 出風力的大小。並把各球點所受之風力大小與其相對位置畫於方格紙上，討論其結果。

霧，造成人們生活中的諸多不便以及危險，良好的除霧劑可以幫我們免除霧所造成的不便與危險。本研究，藉由一連串的實驗，找出日常生活中最好的除霧劑與其最佳除霧濃度。在研究設計中，我們利用視力檢查的儀器，試著將除霧效果量化、以便能夠做更客觀以及科學化的比較。在實驗中我們發現，日常生活用品中，如果將其不溶解物質過濾之後，有助於除霧效果的提升。而且這些日常生活用品所泡製的除霧劑，除霧效果可達一週之久。我們也發現表面張力以及不溶解粒子跟除霧效果有密切的關係。

要了解葉子飄落有無規律，我們搜尋幾種葉子，加以分類，再分別釋放，觀察其落下的情形。結果發現，業原有翹起的，其落下的路徑較穩定。為了精準的控制變因，我們用正方形的紙張，分別將其四邊折起一小段來觀察其落下的情形。結果發現，吳折邊的紙張落下會翻滾亂飄。有折邊的紙張，會向折邊的中點位置飄去。我們利用簡易風洞來探討折邊紙張的運動原因，首先在風洞下方燒樹枝製造煙霧，在觀察紙張周圍氣流流動情形。結果發現氣流經過紙張後，會向中心捲入，撞擊紙張折邊，使折邊紙張向固定方向飄落。接者改用折兩邊的長方形紙張來做實驗，竟然會旋轉，而且剛開始旋轉方向和後來旋轉方向相反。經過仔細研究才發現，剛落下時速率慢，阻力小，捲入的空氣推動長邊的力量較大，所以由長邊轉向短邊。當落下愈來愈快時，阻力大於捲入空氣的推力，使阻力推動長邊的力較大，改向反方向旋轉。由以上的實驗我們終於了解折邊紙片落下的原因了。

自然與生活科技課程中有許多化學實驗是利用肉眼來進行結果的判讀，常因觀測者個人的差異而造成數據解釋上的誤差，例如南一版第四冊第一章實驗 1-2「溫度對反應速率的影響」中，利用硫代硫酸鈉和鹽酸的反應所產生的黃色硫沈澱遮蔽錐形瓶底部「+」符號的時間來觀察反應速率，常發現觀測者彼此之間的差異很大。為改進此一缺點，利用硫化鎘(CdS)為光敏電阻的材料連接電源及三用電表，並以白光 LED 為光源；在光照射下的電阻值較小，因反應進行後產物黃色硫沈澱會遮蔽了光對於光敏電阻的照射而導致電阻值逐漸增加。藉由測定電阻值達到一定值所需要的時間來取代肉眼判讀硫沈澱遮蔽錐形瓶底部「+」符號所需的時間，結果發現反應物的濃度愈高或反應的溫度愈高，所需達到一定電阻值的時間就愈短，彼此間呈線性關係，與肉眼測定的結果比較，準確度較高，且儀器體積小組裝方便可用於同類型的實驗。

本實驗藉由製作珍珠板飛機，期望能夠多了解一些飛行的原理。在翻閱了一些文獻的資料之後，發現影響飛行的要素主要有「機翼形狀構造」、「發射仰角」、「重心的位置」等。我們分別對這三個因素做研究，並根據所得到的實驗結果做出其相對應的討論。最後我們找出了實驗中最適合於飛行的各種參數設定。