物理科

電影「Three idiots」中，尿液觸電情節引起我們的興趣，尿在通電的湯匙上，真的會觸電嗎？人體電阻值差異很大，潮濕時電阻值會降低很多，增加觸電的危險。尿液電阻的個別差異也很大，但尿液柱長度愈長、愈細，則電阻愈大，而流動的尿液電阻變小。 DC110V時，尿液柱在3cm內電流達70mA以上；AC220V時，距離15cm以內可達到 10mA，皆能造成危險，而要達到這樣的電流值的條件與電極材質或溶液樣本均無明顯相關。尿液是否導致觸電的主因與「電極的距離」和「尿液柱是否分散」有關；當尿液柱集中無分散時，AC220V時，在10cm遠處可測得60mA以上的電流，而150cm遠處都還可以測得微小電流。電影情節中，尿液觸電真實發生機率很低，除非電壓極高，尿液柱集中且與通電湯匙距離很近，才有可能發生。

1820 年，丹麥物理學家奧斯特（ Orested ）首先發現載有電流導線附近之磁針，會偏離南北的方向。同年，法國物理學家必歐和沙伐，兩人建立了帶電流的極小段導體附近所產生磁場的數學公式──必歐──沙伐定律，其內容如下： 其向量形式則為 (上面二式表示：設任一彎曲導線上電流為i，取線基素，其方向為沿導線的切線電流流動的方向。為電流基素i在P點所建立的磁場，是此基素至P點的位置，則是與間的夾角。) 這是一個重要而基本的電磁學定律，很遺憾，在高中與大學的物理教材裡，卻找不到如何驗證此定律的實驗資料。

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。

凡作用於液體表面，使液體表面積縮小的力，稱為液體表面張力( liquid surface tension )，因液面上部蒸氣或空氣分子不如液體內之分子密，故內部分子力(inter molecular force ) 較大，使分子有走向液體內部的趨勢，因此液體表面常生面積縮小之張力。表面張力之測量，應在受檢液體與其自身所蒸發之蒸氣達到平衡狀態時，但Renard Ferguson 等氏之研究發視：受檢液體若為水或水溶液時，實驗誤差為0.2 % 左右，可忽略之。液體表面張力以dyne/cm、erg/cm2，兩單位表示，亦即顯示液體單位表面積所具有之能量，影響此值之因素以溫度，溶質為重要，但溶質涉及濃度，吾人一併列入研究範圍，由研究的結論得到溫度升高表面張力降低，又分子量大者，表面張力下降顯著，部分溶質能增加表面張力，經分析發現溶質的加入與陰、陽離子有關。

本實驗藉由製作泡泡氣壓計裝置來測量泡泡的表面張力，並透過最大泡壓法與簡易測量法等其他方式來檢視泡泡氣壓計的功能。並且利用泡泡氣壓計探討溶液濃度對泡泡表面張力的影響，並比較甘油與糖水對泡泡表面張力影響的差異。研究結果發現本實驗裝置對於泡泡表面張力的測試接近其他兩種方式所測得的數據，因此是為一種測量泡泡表面張力的方法。加入甘油與糖水後，均可使泡泡表面張力變大，並且延續泡泡的生命期。

每次談到"全反射"時，許多學生總喜歡以"海市蜃樓"之現象相詢，當告以「氣體溫度高時，折射率反少？」或「溫度與折射率之間到底有何量的關係？」為了滿足同學們的好奇心，並為往後教學方便起見，遂設計本實驗，以定量來研究溫度與折射率的關係，並希望能藉此導的期數學關係式。

發現水面上兩個肥皂泡靠近至一定距離時會加速快速互相靠近。這代表了此時肥皂泡必定有受力，才能產生加速度。經由資料分析及一連串的實驗排除了各種力量因素的影響，如：萬有引力、靜電力、分子間吸引力、凡德瓦力、外側的大氣壓力、白努利原理、…等等。最後找出造成此一現象的成因，就是馬拉高尼效應(MarangoniEffect)產生的馬拉高尼流的帶動，導致兩肥皂泡加速靠近。

本作品目的在於探討小學自然與生活科技教材有關電磁鐵裝置之內容，其線圈纏繞的形狀與電磁鐵磁力之關係。實驗小組利用自行設計之實驗設備操作實驗，自製4 種外圍周長相同、但形狀不同的中空柱體，分別以相同長度之導線纏繞相同的圈數做成各式電磁鐵，再利用砝碼及迴紋針做為測量磁力之工具，得到「相同線圈數之情形下，所繞的線圈之形狀愈靠近圓形者，其產生的磁力愈強」之結論。實驗小組並針對線圈纏繞之中空管的粗細大小對磁力的影響提出現象的探討，得到「磁力的大小與中空管的粗細並無直接關聯，透過電阻與電流的測量，通過線圈之電流大小才是影響磁力最重要的因素」之另一結論。最後，實驗小組利用穩定之電源供應控制，設計一嚴謹之操作步驟，以維持實驗結果之穩定性。最後針對電磁鐵各種變因與磁力的影響，提出了現象的觀察心得。

在老師的結婚喜宴上，有位來賓表演－「喜結良緣」，大家都看得目瞪口呆，認定它是魔術秀，但我們卻選它做為研究題材。老師說，對於這麼創新、奇幻、令人嘆為觀止的研究題材，我們不必急著了解最快、最直接的「魔術秘訣」，而應以循序漸進、旁敲側擊的研究態度，把研究重點放在：運用物理學理論，尋找成功率最高的表演道具及純熟的手法。我們終於得到出乎意料的成果，原來，它是 物理學「轉動慣量」的原理 ，我們也將以這次研究成果做為送給老師的結婚賀禮 。我們發揮下列五個創意，探索「喜結良緣」－鐵鍊拴環的物理理論。創意一、設計製作鐵鍊拴環歷程間歇攝影裝置。創意二、設計製作鐵鍊拴環歷程全程顯示裝置。創意三、設計製作左、右鍊手實驗架。創意四、設計製作標準實驗環及實驗裝置。創意五、設計鐵鍊拴環道具優劣猜測遊戲。

上國語課時，老師讓我們欣賞一首兒童詩蜻蜓我是一架靈巧的小飛機沒有螺旋推進器，也不噴氣體上上下下，自由自在翱翔天空，輕快無比我是一架新式的小飛機不需要燃料，也不會污染大地起飛降落，稱心如意雖然是創造發明，卻不申請專利我好喜歡這首詩，因為我曾在烏來看過蜻蜓飛翔，一會兒高一會兒低，當我靠近一捉，它卻一下子飛得遠遠的，我真希望它能和我作伴，今天我欣賞了這首詩，心裡便決定做一隻竹蜻蜓，一連做了幾隻，都飛了一下就掉下來了。於是我便去請教專門指導航空模型飛機的陳老師，請他教我製作一隻飛得高，飛得遠，飛得久的竹蜻蜓。