物理科

將水晶寶寶放置於加熱板，會不斷跳動並發出高頻聲音。本研究透過錄音及錄影進行分析，探討其跳動的原理及特性。研究發現：水晶寶寶於加熱板溫度80°C開始出現穩定跳動，並發出高頻聲音。溫度越高，跳動高度越低且聲音頻率越高。並發現水晶寶寶為符合虎克定律之彈性固體，其聲音頻率與√k成正比，符合簡諧運動的型式。進行動力學分析發現，水晶寶寶於加熱板撞擊之恢復係數穩定於1附近震盪，且發現水晶寶寶撞擊加熱板時會噴發氣體。我們嘗試於加熱板上方放置壓電晶片進行撞擊，發現溫度越高，產生電壓越高，可透過碰撞實現能量轉換。最後結合聲音及動力學分析，提出物理模型針對觀測之現象進行解釋，論證此現象屬於高含水彈性固體的Leidenfrost效應。

本研究主要探討開口管自然頻率的聲音在腔體共振後產生的減噪效果。我們利用穿孔管及密閉腔體自製共振減噪裝置，針對不同的變因設計實驗來驗證，研究結果如下：一、形成共振減噪須滿足條件為：(一)穿孔管長度為欲消除聲音波長的二分之一；(二)最佳開孔位置與入口端腔壁需距離四分之一波長；二、當腔體共振減噪時，開孔數量越多，減噪率越高，有效減噪頻率會越接近自然頻率；三、在最佳開孔位置前後端另外開孔，可同時增加自然頻率附近的減噪率，擴大有效減噪範圍；四、多位置開孔時，孔距對孔徑比為7：3，有最佳減噪率；五、密閉腔體容積會影響減噪效果，容積越大，減噪率越高。

為了了解被揉皺的鋁箔紙團的抵抗能力，我們使用了二、三維的擠壓實驗。實驗分成兩種型態，一種是對單一平面作擠壓的動作，另一則是以對三維表面作擠壓。經過實驗，我們可觀測到其外力和鋁箔紙團體積變化的存在著函數關係，並且其中指數的部分是與鋁箔紙的厚度無關，有鑑於此，我們猜想鋁箔紙團的自身抵抗力應該是個相當突出、明顯的現象。最後，我們求出以下的數據並分析：一、單一平面擠壓：(一)各種大小的鋁箔紙在各種大小施力面的體積變化(二)探討不同形狀的施力面所造成的體積變化二、三維表面擠壓：(三)定壓下長時間對鋁箔紙球紙球半徑的影響(四)各種層數鋁箔紙樣本在各種力、壓力下的體積變化

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？

從影片看到多個節拍器，在數分鐘後，居然可以同步，好奇的我們開始構思適合的實驗裝置，探討影響同步時間的可能原因，最後整理出節拍器、吊線及板子三項因素。 在節拍器因素方面，我們發現節拍器越多、頻率越低、擺放間距越大、間距中心偏移越多，都會讓達到同步的時間增加。而且多個節拍器不同的撥法、擺放形狀都會影響同步的時間。 在吊線因素方面，吊線越長、越細、吊線材質較軟、固定位置越靠近板子中心、與板子間的夾角越大，也會讓節拍器同向同步的時間拉長。但從50度角減少時開始產生反向同步的現象。 至於板子因素，板子越重、表面材質摩擦力越大，會讓節拍器同步的時間增加，但相同重量時，板子厚度及材質並不會影響節拍器同步的時間。

老師教我們製作由紅、橙、黃、綠、藍及紫等比例六種顏色，組成的牛頓盤快速旋轉後會變成白色，但同學們所製作出來的牛頓盤沒有一個可以變成白色。我們想找出原因，由分析同學的牛頓盤開始，依顏色材質、尺寸大小、顏色排列及顏色比例等做實驗，結果發現使牛頓盤變白色要加一靛色，七種顏色等分，但必須要較淡且柔和的紅、橙、黃、綠、藍、靛及紫色組成，或者也可以不等比例的顏色組合，其比例必須以三稜鏡做光譜色散實驗，量算出各顏色所佔的比例，依其比例和顏色製作牛頓盤，快速旋轉後一定會變白色。製作牛頓盤所用的顏料以可調配的廣告顏料和水彩最好的選擇。

日常生活中，我們可以看到許多不同種類的土壤，土壤也與生活息息相關。因此我們利用簡單的器材，進行了砂子、陽明山土壤、泥火山土壤及黑壤的毛細現象、入滲現象和黏滯度實驗，比較四種土壤的特性，發現不管是黏度，或是最大靜摩擦力，數值最高的都是黑壤，其次是泥火山土壤、陽明山土壤，最後則是砂子。這樣的特性，讓我們瞭解平時要盡量避免踏入溼黏的泥土，以免腳陷入土裡造成困擾；練跳遠之前也必須將遇水後變硬的砂子挖鬆，以免危險。

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。

本實驗運用乾冰低溫特性，進行昇華、擴散及讓液體結冰的直接觀察研究。研究中發現乾冰置放在金屬材質上冷卻效應較佳；在木質桌面降溫的程度較低。乾冰邊角上因為二氧化碳冷氣流產生渦旋現象而讓水滴最慢結冰；又因為結冰順序的影響，造成冰滴尖端呈現向外放射狀現象。將蒸餾水、糖水、硫酸銅溶液及鹽水分別滴入四面乾冰牆中間，可以觀察到液滴快速結成斗笠狀、扁桃狀、鍋蓋狀及結晶花等不同變化。最後利用烙印原理，將不同的色素溶液滴入台灣形狀凹槽的乾冰上，有長出中央山脈的台灣、也有美麗的結晶花夜空，更進一步利用乾冰碎塊做出大海環繞的福爾摩沙。「漫步在雲端，乾冰塑台灣」科技與人文創意的連結，浪漫而炫麗地呈現在我們眼前。

將實驗室現有的器材及日常生活中可回收利用的材料，自製三種測量儀，以研究溶液濃度：自製光度衰減儀讓光來『讀出』有色溶液的濃度。自製偏光儀讓旋光物質的濃度在光底下『現形』。自製折射儀改進現有裝置，能節省大量的藥品，符合『環保』概念。