全國中小學科展

物理科

水落石出-探討水流在不同障礙物形狀與排列下的流動現象

為了預防在溪邊戲水造成的憾事,我們模擬水流經障礙物的流動,計算波紋中心曲率大小,探討障礙物後方水流的狀況,發現如下: 水溫越高,水流越紊亂;若障礙物大小佔河道的1/3~2/5時,水流容易被吸入後方區域,較為危險;若障礙物越尖銳或水流與障礙物夾角約30度,障礙物後方流速差異大,也須特別注意。若前方障礙物較小或與後方障礙物相同大小時,前後排列距離較近,可能會有被吸入的風險;前面障礙物較大時,後方安全區域則會變大。若大小相似障礙物左右排列距離較近,須注意兩側水流;若兩不同大小的障礙物排列距離較遠,則須注意小障礙物附近的區域,有可能被沖擊的危險。盡量避免以上的狀況,以保護自身安全。

我變、我變、我變變變 -炫風卡的秘密

在一次班上校外教學到海洋生物博物館,在參觀的出口附近,我們看到一面很大、很有趣的牆,牆上的海豚會隨著我們移動而移動且有動作的變化。這令我們想到和一種餅乾所附贈的「炫風卡」有著類似的現象,當轉動「卡片」時會有圖案和顏色的變化。對於「卡片」圖案變化的秘密我們感到相當好奇,於是興致勃勃跑去找老師討論,並利用六年級上學期所學過的第四單元「簡單的生活工具」中的齒輪,製作一個簡易的燈架來從事一連串有趣的實驗與探討研究,希望能找出圖案變化的秘密。

粒“力”皆辛苦~探討顆粒長短對擊球的影響

因為在桌球課堂中,發現同學們準備的不同桌球拍影響了球的彈跳軌跡,因而引起我們想要一探究竟的好奇心。在考量經費有限及架設的需求,動手自行設計發球機,運用實驗室器材設計固定板及自由釋放裝置以利穩定發射。並藉由改變兩側輪胎轉速差來製造穩定直球及旋球。透過噴覆石墨噴漆使乒乓球及拍顆粒面具有導電性,進行錄音取得接觸時間,同時搭配慢動作錄影分析速度來分析不同長短拍面對球的彈跳影響。發現,高速球之下各拍面與球的接觸時間有明顯差異,且其下方的海綿厚度影響頗大。斜向入射時,反彈後角度較入射前減少,且長顆粒拍面的反射軌跡改變最大。更在右旋球垂直向下時,展現出馬格努斯效應。讓我們對於各種拍面有了基本認知。

大放異彩

為配合國家產業發展及綠能節能環保政策,我們提出此一作品:『大放異彩』,試圖藉由所學的「色彩變變變」及「燈泡亮了」此二單元,來進行有關發光二極體 (Light Emitting Diode, LED)之混光的研究。經由本作品的研究成果,可以發現到:當我們在各三原色光 (R、G、B)之LED各別以不同電流予以驅動時,便可以混出各種不同顏色的光。若分別在R、G、B之LED通以適當的電流,就可以混出白光。如此,我們就可以將其應用在照明使用上。由於LED具有節能省電、壽命長、體積小、環保、響應快、抗震動等等優點,對講究環保節能的今天,著實為一相當良好的照明元件,其可用於照明、汽(機)車燈、交通號誌、資訊看板、液晶面板、數位照相機、數位攝影機以及醫療用燈等領域上。

當「鋼珠」碰上「磁鐵」

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。

珠混魚目如何有效分離─震動、攪動、簸動對固體對流影響之探討

地科中的靜水沈積,層理為“ 下粗上細”,但當我在混合“三合一”咖啡時,卻發現,無論如何震動、攪動 … … ,總呈現“下細上粗 ”讓我十分好奇,想設計一簡單方法,建構一理論,一探究竟,並能應用於日常生活中。另外,以簡單可行的實驗條件來應證老師所說的反擴散理論【註】 也是我們的動機之一。(註:老師說:「反擴散現象違反熱力學第二定律“平衡趨向最大亂度” 的情形。」

線性半徑非典型圓周運動~ 一種特別旋轉方式的探討 ~

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。

濃不濃~光知道

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。

誰在馬路上變魔術?- -柏油路面上虛幻的水光

我們有很多次這種經驗:「前面的馬路上有水」,可是當我們走近那地方,卻發現水不見了!原來看見水的感覺是錯覺,是虛幻的;這到底怎麼一回事?我們想揭開柏油路面上虛幻水光的謎底。本實驗分四個步驟進行:步驟一:實地觀察---透過觀察找出形成虛幻水光的可能因素。步驟二:資料蒐集與分析---分析第一階段實地觀察得來的數據及參考有關文獻,提出假設。步驟三:實驗驗證---在實驗室中模擬戶外情境驗證假設。步驟四:再觀測、驗證---「假設」在實驗室中得到證明後,回到馬路現場,再驗證一次。由本實驗知道柏油路上虛幻水光的形成原因是:1. 鏡面反射—只要入射角度夠大,在柏油路面也可以看到鏡面反射現象。2. 溫 差—溫差使柏油路面上的空氣密度有了漸層的變化,貼近路面的那一疏空氣層使射入路面的光產生全反射,也使我們看到亮亮的水光。

光知道你「濃」我「濃」

本研究將探討不同波長的光線在水中的吸收現象。因為不同波長的光在水中行走後強度會有不同程度的衰減。為了要模擬不同深度的水深,本研究使用兩片相互平行的平面鏡放入裝滿水的玻璃缸兩側,讓藍、綠、紅雷射光在此兩片相互平行的平面鏡中進行多重反射。最後再量測藍、綠、紅雷射光在此兩片相互平行的平面鏡中行走的距離與最後出射光的強度。經實驗結果發現藍、綠、紅雷射光在水中走固定距離之後,藍光的衰減最少,紅光衰減最大。此外,這套實驗裝置還可以擴大應用來量測稀薄液體的濃度,使用多次的反射來增加光行走的距離,可增加稀薄溶質吸收光線的能力。實驗結果顯示使用此多次反射吸收裝置可以量出0.05 wt%糖、0.05 wt%鹽以及0.00004 wt%亞甲藍的濃度。