物理科

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。

所謂的放熱式漩渦，推測是一種類似對流的結果，由於水結冰前(4℃→0℃)體積變大而往上流動，加上與水中所析出氣體的逃逸路線(往上)相同，提供漩渦的動能，實驗發現渦流的旋轉方向皆有可能，故應屬於水體為平衡渦流動能系統的因應結果，導致整體旋轉的方向會保持一致。 所以我們利用色素水在結冰前的純化作用，從所排擠出的色素範圍形狀，及溶解的氣體由水中析出後的行進路徑來觀察，便能看出水體在凝固前，放熱式漩渦所形成的特殊結構，研究發現： 水在凝固結冰時的型態會受到容器的形狀、大小及冷卻部位差異的影響，就算不同的獨立水體靠近後，依舊會彼此相互影響，這些都會產生不同型式的放熱式漩渦流動。

由此次科展，我們發現國內基礎國小、國中、高中之科學教育，己慢慢揚棄以前教條式、公式化之教學，學生己能培養主動去挖掘問題，並實際動手去搜集資料，以實驗去作驗證之精神。對實驗數據之分析，亦能使用正確之方法，國中生甚至國小學生亦能使用電腦作數據處理，並用網路去尋求答案或資料，實為難能可貴，亦可頂期我國教育之向下紮根表現，此為國內教育升學管道多元化以後，學生唸書不再以升學目標作導向之結果，以及中小學教學生活化、趣味化之結果。 另與去年比較，今年的國中、高小及初小三組題材比較活潑具有創意的題目比較多，顯示這三組學生的思考有活潑化的傾向，對科展也比較用心。高中組則表現平平沒有特別值得一提之處，大約是升學壓力還沒有減輕。又作品多偏向現象的描述，如何量化還有待努力 〈 指導老師的指導相當重要）。

曾在科博館看到大型的全像片，市面上也常早見到這種可呈現 3 - D 立體影像的特殊照片，甚至信用卡上也可發現全像的應用，因此引起我去了解它的原理及加以深入討論的興趣，到底全像片是如何拍攝的？有何優缺點？有什麼應用價值？而一般全像片只能記錄物體 180°的立體影像，是否能改良成可看到物體 360°立體影像的全像片呢？

我們的實驗是為了觀察物體旋轉落入水中的軌跡，其與轉動慣量、落水速度及轉速的關係，落水速度可用距水高度控制，而轉速則可用馬達來控制，至於轉動慣量，我們另外設計了一組實驗，利用能量守恆的慨念，測量待測物(不規則形)的轉動慣量後，再來觀察不同轉動慣量的物體入水的軌跡。測量轉動慣量部份，我們測量了三角形、正方形以及一些特殊形狀的物體，例如傾斜待測物和有挖洞的圓板，應用於後面的實驗。觀察物體旋轉落入水中的軌跡方面，我們重點放在物體在不同轉速、瞬時速度時，其移動與受力的關係，利用相機動態拍攝，拍下物體在下落的過程中，位置和轉速的變化，記錄並分析速度、加速度和受力，與轉速和落水速度的關係，並改變物體的轉動慣量(挖洞)來觀察其變化。

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。

指尖陀螺旋轉時感覺有定向、牽引、穩定、改變重量的力量；我們以文獻探討、調查、定位觀測、吊掛觀測、滾輪觀測、三軸定位法來探究這些有趣的現象。我們發現指尖陀螺：（1）外型對稱，會穩定平衡的水平、垂直定向轉動，這和重量、翼數、精密有關（2）旋轉方式不影響旋轉時間，但重量有減輕現象（介於0.1~0.2克間）（3）水平吊掛順、逆時針轉動，會水平穩定旋轉，不受擺動影響；但旋轉路徑不同（4）吊掛垂直擺動時，軸距長旋轉時間久，這與垂直定位旋轉變水平定位旋轉有關（5）軸水平、垂直方向旋轉，會產生偏移的力（6）垂直、水平旋轉，有穩定滾動的作用（7）三軸定位器有穩定平衡的避震功能。我們希望擴展指尖陀螺有趣的研究成果，讓更多人喜歡研究科學。

遇到強烈陣風為纜車停駛的條件之一，然而我們更想知道未達停駛之陣風是否也會引起纜車共振，造成隱憂？首先，利用樂高積木製作長短、角度不同的六隻吊臂連結自製車廂，取得擺盪時的張力變化、角度及角速度，更定義了擺盪指數=角度最大差值 ×角速度最大差值來比較吊臂的安全程度。再來，透過穩定遮風製造出不同頻率的陣風，得到陣風雖未達停駛標準，但若頻率接近纜車擺盪頻率時，確實能夠引發共振，其中以180度直臂最危險，來回角度高達80度。然而角速度愈大，造成的纜繩張力變化也大，致使塔柱負擔增加。最後，我們將吊臂改良為伸縮吊臂，透過無線遙控改變長度，破壞陣風的共振，成功在20秒內有效改善擺盪情形，以期爭取時間讓乘客安全到站。

水是萬物生命的泉源，是一切生命的基礎。而水在大自然中會以許多不同的狀態呈現在世人眼前，這些不外乎就是固體、液體、氣體。在國高中的課程中我們學到了水的三相圖，了解了水在溫度或是壓力的改變下所產生的變化。

布朗運動，在人最常接觸的空氣與水中都會發生，卻很少人注意到，偶然的機會下我們開始探討其現象。對於亞佛加厥數好奇嗎?在物理與化學中，這是個非常重要的常數，卻不知道它如何而來。為了證明其正確性，我們找到了愛因斯坦推導出的公式並藉由布朗運動，以創新的方法、便宜的儀器，觀察與測量並導入公式內，求出其值到1023的科學尺度。現階段，測量濃度極小的溶液是相當不容易的，需要昂貴儀器、特定的限制。實驗觀察的同時，我們發現有趣的現象：不同的濃度下，微小粒子在溶液中運動方式竟然不同！於是對此現象加以探討，經由多次測量與計算，我們僅藉著實驗室中簡單的儀器：攝影機、電腦、顯微鏡，便能推測離子溶液的濃度。