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物理科

石落水出-落體入水空腔激柱現象探討

物體落入水中時,中央處會激發水柱,這和水面下形成的空腔密切相關。空腔體積變化愈快,水柱激發速度愈大,高度愈高。由於一般落體入水的狀態難以控制,無法定向鉛直落下,導致觀察結果有限。本研究的裝置透過3D列印及滾珠軸承組的設計改善了這個問題,藉由高速攝影並結合自行發展的分析方法,可獲得上、下腔的體積、氣流流出的速度…等重要資訊,擴大觀察的可能,對空腔形成過程的物理機制有更深入的了解。研究發現:落體入水的速度、截面積的大小、外觀的形態、溶液的種類以及周圍的氣壓高低都會使落體入水後空腔的形成有所差異,進而影響氣流流出的速度及激發的水柱高度。此外也發現下腔周圍在腔頸接合前後,會有波動產生明顯的S節及L節。

布朗運動

一、找出空氣分子的密度(在一定空間內所含有的空氣分子)與布朗運動(空氣分子撞擊的情形)的關係。二、比對『用花粉粒但無頭髮固定』和『用頭髮固定的 PV 鏡片』此兩者之間的晃動到底有何差異。三、在不同的溫度、氣體、壓力等環境下布朗運動的差別。

交流磁場與離子感應電流相關之研究

(一)理化第三冊提到英國科學家法拉第發現:當線圈周圍的磁場有了變化時,線圈就會產生感應電流,之後理化老師又說:「一個金屬板也會有相同的現象,產生感應電流及焦耳熱效應,謂之渦流熱」。頓時好奇的我們隨即閃過一個念頭:金屬板之自由電荷,因為磁場的變化,可以被推動而產生電流,那麼電解質中的自由正負帶電離子,應該和金屬板中的自由電荷一樣,也可以因為磁場的變化,而產生 『 離子感應電流 』 (我們的稱呼)。 (二)當我們把這個推論告訴理化老師,之後老師以引導方式告訴我們:電解質中的正負離子,是否可以因磁場變化被推動形成 『 離子感應電流 』 必項藉由實驗來得知,但是老師告訴我們,基礎觀念最重要,所以若要作研究,聶好由「平面金屬板」先做一系列相關實驗研究,再來架構我們的「離子感應電流」,會比較具備完整性。

水波全像法

全像攝影(Holography),是運用光波干涉性質,來呈現物體影像。干涉是波基本性質因此我們嘗試改以水波當波源,經過全像攝影相同過程來呈現物體影像。 我們將訊號產生器產生訊號一分為二,一個接到振動器產生水波,用光感測器接收相當於全像攝影物體波,另一個訊號直接以電壓感測器測量作為一虛擬平面參考波,將兩數值相加模擬物體波與參考波干涉,得到一數位化水波全像片。然後以程式計算虛擬平面參考波通過水波全像片,全像片上各個點波源相互干涉結果,成功將影像重建出來。然後討論影響影像重建變因、鑑別率,最後我們將不同位置物體影像一層一層顯示達成斷層掃瞄效果。水波全像法是我們自行獨力發展出來,以關鍵字搜尋並沒有發現類似實驗。

誰轉得快

在自然課本的第七冊第七單元中,我們學到物體受熱會膨脹,膨脹以後會較輕,就會向上升,此種力量可以用來推動物體。因此使我們想到,要如何利用它來使物體旋轉得最快,所以我想做這個實驗,看看那種情況下可以轉得最快。

中華民國第三十二屆中小學科學展覽-物理科評語

初小組的研究題目均頗為生活化、鄉土化,研究探討的方法亦頗靈活,水準普遍提高。 高小組除了兼具初小組的部分特色以外,多與實際課堂上的學習內容相關,顯示課堂上的學習活動透過科展研究,延伸到課堂以外,這是很可喜的現象。 國中作品佔多與電腦軟、硬體結合的研究,顯示電腦教育逐漸在國中生根,且已與科學科目結合,在方法上合乎潮流趨勢。 高中組就內容、方向較為廣泛,今年的特色在於結果的呈現趨於精確、簡明。

光彩魔術

本實驗研究如下:一、先探討偏光板的特性,了解偏振光所產生平行光與垂直光的互相的影響,以標準偏光板的0度當基準,可以讓全部光通過,90度是最黑無法讓光線通過。二、探討以圓形的偏光板每隔5度貼透明膠帶,了解哪一個角度會產生彩光?三、探討兩偏光版的相對角度對彩光產生的影響,四、再探討以不同(厚度)層數的膠帶對產生彩光顏色的影響。五、在偏光板固定角度貼不同層數的透明膠帶,探討兩偏光板的相對角度的彩光變化。六、不同品牌透明膠帶與光源強度對彩光顏色的影響。七、探討還有那些透明介質可以讓偏光板產生彩光。八、探討偏光板的彩光顏色互相加成和相對角度之間變化。九、觀察者與偏光板相對角度位置改變對彩光影響。十、偏光板的彩光顏色如何應用在生活上?

多管齊下-自製複管笛的音色探討

本研究利用生活中隨手可得的水管、廢棄椰子殼與竹子(掃把柄),嘗試研發製作出能同時發出旋律音與持續音的特殊樂器,並探討其旋律音與持續音之間所產生的音色和諧度的變化。 由於「雙管鼻笛」與「葫蘆絲」的構造比較特殊,我們除了探討相關文獻,了解笛類樂器的發聲頻率公式外,還實際操作器械,藉由自製的水管笛驗證管長、管徑與吹嘴對基音頻率理論的可行性。電腦頻譜軟體,除了可以分析主管與副管(和音管) 在各音階的的和諧程度外,更可以作為我們自製樂器微調管長或音孔大小的依據。

The climbing strandbeest

我們的目的在於完成一架能攀爬樓梯的「仿生獸」Strandbeest註。研究則專注在連桿系統上,並發現了腳尖的軌跡與系統所承載的阻力,分別肇因於連桿長度的比例與重心位置相對于曲柄的力矩有關,又分別影響著仿生獸是否能克服地形與產生足夠強大的前進力量。最後,我們再探討了足底的摩擦力和四足間軸距的學理,並使用3D列印調整連桿長度設計的便利性,完成一架可以克服地形的「仿生獸」。(註:所謂「仿生獸」,是由一位荷蘭科學家泰奧·楊森所發明的機械體,利用風力與力學原理制動,可以躲避障礙物或模仿生物的一些行為。)

黑暗中的光芒—夜光星星之研究

在房間裡,也可以看得到美麗的星星喔!只要將夜光星星貼在天花板上,夜光星星就能夠吸收光的能量,再放出光來。這樣一來,你就可以在家裡欣賞滿天的星星了。可惜的是夜光星星亮了一會兒就不亮了,於是,我們利用數位相機拍攝在不同的情況下(1.不同的照光時間。2.不同的照射光源。3.不同的照光顏色。4.不同顏色的夜光星星。5.不同大小的夜光星星),夜光星星的發光效果,再以 Inspector 電腦視覺軟體分析比較所拍攝下來的星星亮度。在這個研究當中,我們發現了讓夜光星星發出又亮又久的光芒的秘密:使用紫外燈近距離照射黃綠色品質佳的夜光星星上,在照射夜光星星吸光的飽和時間後,就有最佳的發光效果。