物理科

一顆從斜面滾下來的珠子引起了討論，於是對球體滾動產生了許多的遐想。在遊戲中，看著鋼珠在 U 型軌道內翻滾、徘徊，似乎很想跳脫軌道的侷限；於是決定了研究主題分別是（一）拯救鋼珠大作戰（二）讓鋼珠乘坐雲霄飛車在 360°的軌道上自在遨遊、（三）鋼珠的登山之旅；這一系列活動組成了小鋼珠的驚奇之旅！本研究，要了解鋼珠在彎曲軌道上的滾動情形。過程中必須製造 u 形軌道、360°迴旋軌道，以及連續坡道；於是，拿著電鑽、鋸子、螺絲起子等，像木工一樣，這樣的體驗很特別；當工具完成，進行操作時，許多的問題又一個個冒出來了，我們一面讓自己反覆的操作使自己熟練；一方面必須仔細觀察、思考，找出問題也才能解決問題，例如測量滾動不停的鋼珠所到達之終點高度等等。然而，最後看到鋼珠在軌道上奔馳，那種欣喜的感覺，是不可言喻的！

清洗高腳杯時，發現水出現奇特形狀，決定研究水鐘。探討的變因包含擋水片的大小與形狀、水管粗細、出水量、出水口高度及不同表面張力的液體。發現流速不同時，固定溶液的水鐘長寬比變化不大，但不同溶液有不同的水鐘長寬比，表面張力愈大，水鐘愈矮胖。水鐘的寬長比與表面張力的關係圖為固定斜率的直線。也發現流速愈快，水鐘愈大。當擋水片為3cm及水管粗細為直徑1.29 cm時，都可以出現最大的水鐘。當出水量愈大，造成的水鐘愈大，形狀也愈矮胖；出水量太大，則出現水傘形狀。當出水口高度愈小，愈容易出現水鐘形狀，愈遠，則容易出現水傘形狀；而出水口高度愈大，則水鐘形狀愈矮胖也愈大。不同形狀的擋水片，則會在出水口高度較大時，出現水花瓣。

彈跳蟲看似簡單的跳躍方式其實隱含了非常複雜的機制，本研究利用彈簧來模擬其跳躍運動，並藉由調整彈簧端點間距與離地時間差來進行分析，換言之，本研究希望以客觀的科學角度，探討存在於彈跳蟲跳躍運動的奧秘。由研究結果得知，在釋放一端後經四分之一周期後再釋放另一端可跳最遠。

我們認為不同的變因會決定水皇冠的形式，因此我們根據滴落高度、液滴大小、液面狀態等變因，針對水皇冠的直徑變化、濺起高度和懸浮液滴進行實驗。我們發現當水滴滴落時，水珠的重力位能會轉為動能，而接觸液面時，進而轉變成表面能，大部分的能量都轉移到水面下形成氣泡膜，剩餘的能量則將水面推高，以形成水皇冠。滴落高度在80cm前，水皇冠以正成長的趨勢隨滴落高度的增加而變大水珠皇冠開始由外包式水皇冠轉而成為內包式水皇冠90cm~120cm時，外直徑會有不穩定的現象。到了120cm之後，位能持續增加，水皇冠向外擴張力超越了表面張力，所以外直徑又會慢慢的增加。

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。

大自然的一片葉子，如何吹奏出一首首動人的歌曲，經過我們的研究發現，「葉笛」是因葉片受到氣流吹拂，而振動發出聲音。若想吹出較高的音高，則葉片的受風寬度要窄、葉緣曲率半徑要大、受風長度要短、吹氣角度要小、葉片要柔軟等條件；若想吹出較低的音高，則葉片的受風寬度要寬、葉緣曲率半徑要小、受風長度要長、吹氣角度要大、葉片要厚實等條件。而想要利用葉子吹出動人的樂曲，葉子必須是容易吹奏且容易控制音高，因此葉子的葉緣曲率半徑、葉片的彈性、音域都必須適中，葉緣形狀也以平整較佳。只要選對葉子，知道吹奏的技巧，再加上「一直吹」的不斷練習，人人都有機會成為葉笛達人的。

以往浮沉子除了在上課教學演示講述其原理外，很少做其他相關的應用，所以我們希望能藉由這次參加科展的機會，找出浮沉子的相關應用: (1) 製作各式的浮沉子及其原理的探討。 (2) 製作出浮力溫度計，可將浮沉子應用在測量溫度。 (3) 配合浮沉子設計簡易的實驗，可應用在測量未知液體的密度。 我們由實驗中推導出一個未知液體密度的測量公式: D未=M1Vc/(V1Vc-VB．△Vc) (M1=浮沉子重量 V1=浮沉子原體積 VB=浮沉子內空氣體積 Vc=實驗容器內預留空氣體積 △Vc=塑膠針筒壓縮體積)

本研究主要是針對依”圓軸向心收線”定義之運動模式所做的探討，包含運動模型的理論推演、實驗方法的設計與實驗套件的整合。實驗套件整合與原理推導是共同進行的，再以測試整合套件與驗證原理為目的，整理了兩個實驗。實驗內容依序為：驗證近無摩擦狀況下之水平面運動理論、驗證鉛直面（受重力影響）的運動理論。

撲克牌的飛牌原理是利用作用力施力於撲克牌上，使撲克牌沿作用力的方向產生移動，且在移動的過程撲克牌本身必須產生自我旋轉，如此撲克牌才能穩定的飛行。以橡皮筋拉力產生作用力於撲克牌上，使撲克牌產生飛行的情況下，施力角度有一定的範圍，太小或過大都會使撲克牌無法穩定飛行；適當的阻擋點，可以使撲克牌產生不同的發射旋轉中心，改變撲克牌的飛行速度與飛行角度；橡皮筋拉力愈大，飛行速度愈快，飛行角度偏移愈小；撲克牌重量愈重，飛行速度愈慢，飛行角度偏移愈大。發射仰角愈大，撲克牌飛行距離會從愈來愈遠而反轉飛回愈接近的發射撲克牌的位置；同時考慮飛行速度、發射仰角、傾斜角與旋轉角，才有機會使撲克牌飛回接近發射點。

本研究是從自然與生活科技領域中有關「力」的單元出發，利用銣鐵錋磁鐵與鋼珠的組合，探究其中發生的碰撞及能量傳遞現象。研究中，我們發明了「滑輪磁力測量儀」及「磁力測量儀進化版」，進一步研究鋼珠與銣鐵錋磁鐵發生碰撞時，最右端的鋼珠所受到的吸力多寡及能量的傳遞情形。 最後，我們改裝原本的碰撞儀來測試各種防撞材質的反彈及能量傳遞情形，企圖找出最好的防撞材質應用於日常生活中。 我們利用一整年的時間完成這個銣鐵錋磁鐵與鋼珠的碰撞研究，獲得非常多的收穫。