全國中小學科展

物理科

一兩「壓」克力!

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

魔法神燈

本作品主要在探討“如何使不插電的燈發亮”。從元宵燈會中,螢光棒發亮的現象觀察起,先用自然課學到的方法—接通電路和常見的摩擦方式來實驗,再推想其他方法,使不插電的燈發亮,進而探討哪些燈不插電也會亮,哪些因素會影響不插電的燈的亮度,哪種摩擦物最快使不插電的燈發亮,最後試壞掉的燈管是否也會亮。一連串的問題終於一一解開:原來不插電的燈管,用接通電路、摩擦、接觸電視螢幕及用檯燈照射等方法都會亮;凡是含有螢光物質的燈,不插電都可以讓它們亮;摩擦物的材質、溼度、溫度及摩擦時的環境溫度、溼度和摩擦的速度,都會影響不插電的燈管的亮度;用氣球摩擦最快使燈管發亮;最後連閃爍和全不亮的燈管,摩擦都會亮。

簡單運動的深入探討—這也是彈性碰撞?

參考書上的一題:「質量 M 之光滑半球碗以等速度在光滑水平面上運動,今將一質量 m 的小球輕放於碗底,試求小球第一次滑回碗底時,碗與小球之速度各為何?」其解答過程,視球在碗內為純滑動(因無摩擦力)。今把問題複雜化,設球與碗面間有靜摩擦力,致使球作純滾動時,則所求答案應如何改變?我們先引用高二物理課程中所學過的:靜摩擦、相對運動、力學能守恆、動量守恆、迎面彈性碰撞、圓弧面的純滾動及轉動力學等原理來推演公式,再設計實驗以驗證所推得的公式,最後並試做實驗誤差的分析與討論。

隨波「阻」流─液體中物體運動研究

本實驗研究物體在液體中運動與阻力的關係,物體在液體中運動所受阻力與多項變因有關,本研究探討鋼珠直徑大小、鋼柱直徑大小、落入液體種類、破水時鋼珠轉速與阻力係數的關係。實驗設計將物體離液面固定高度時使其掉入液中以高速攝影機錄下鋼珠軌跡,再以tracker分析時間與鋼珠落下距離數據,探討物體在液體中的阻力係數。 在實驗分析過程中我們嘗試建立一個數學模型,將理論值與實驗數據做比較。最後得知鋼珠之阻力係數與鋼珠直徑平方成正比,圓柱體之阻力係數與圓柱體底面直徑平方成正比;不同體積百分濃度的洗衣精,其阻力係數相關呈w形;物體旋轉轉軸與落下方向垂直,轉速愈大阻力愈小;旋轉轉軸與落下方向平行,轉速愈大阻力愈小。

鉛錘擺連

自然課時,利用單擺的規律性與等時性,觀察其擺動情形,了解週期與頻率。我們在單擺的下方,放置磁鐵,觀察擺動情形是否會改變。 我們發現鉛錘擺動呈現螺旋狀,因擺角不同而產生不同的軌跡;我們進行錄影及量測後,雖然擺角不同時,量測的週期均接近2秒,符合週期公式T=2π×√L/g 。利用Tracker軟體進行質點的量測,發現速度、加速度及動能會產生規律變化;再者,運動軌跡均不會通過磁鐵中心,每次週期之路徑會構成平滑曲線。將磁鐵等距放置於單擺四周,當距離越近時,擺角越大,路徑的偏轉越明顯,且與一個磁鐵,擺角7度與10度時,所形成之圖形類似。 由此可知,磁鐵會影響單擺的運動軌跡,但不會影響其單擺週期。

ㄋㄟㄋㄟ的溫度準不準?

本研究實驗結果顯示市售的奶瓶測溫貼因為瓶內外溫度差,及本身顯示的度數極少,造成瓶內真實溫度和瓶外貼片顯示溫度有極大的差別,可能對於嬰兒的喝奶溫度造成誤差而使嬰兒受到傷害。實驗中我們也探討了不同材質的奶瓶,測得誤差值的大小有所不同,並最後也推算出修正函數讓貼片顯示的溫度能夠更準確。最後本實驗以14.89%的奶水外側以紅外線感測器來測量外側溫度,發現無論為玻璃或是塑膠材質的奶瓶,其外側中間與內側中間的溫度變化趨勢幾乎一致,且兩者相關係數達到0.92 以上,可用來設計製造出一個更能測得奶瓶內真正溫度的測量儀器。

接觸一瞬間〜蠟油模擬液體碰撞實驗

水滴碰撞是一個很有趣的實驗,一般的水滴碰撞實驗,都是用快速攝影來捕捉水滴碰撞瞬間的情形。我們改以蠟油來代替實驗,因為蠟油在不同的碰撞條件下瞬間凝固,留下碰撞瞬間的圖形或動態變化,我們就有足夠的時間與證據來分析探討變因。將落下的蠟油滴落在液面或固體表面時碰撞所展開的圖形,用影像分析軟體『ImageJ』測量碰撞後蠟固體展開面積,也可以測量「水中展開蠟滴固體最大長度(直徑)」來分析液滴碰撞瞬間的動態情形。 我們設計實驗讓固定蠟油從不同高度滴在紙面、不同固體表面、水面、不同聲波頻率振動的水面,根據蠟油凝固後展開「蠟滴展開面積大小」與「蠟滴形狀」分析液滴碰撞的情形來進行研究與探討。

淋淋傱傱-探討物體移動速度與受雨量的關係

又是個陰雨綿綿的日子,進入冬季後的基隆,在東北季風的侵襲,便籠罩在陰溼多雨的氣候當中。對基隆人來說,下雨和雨具在我們的生活中已經是不可或缺的物品了,但總有忘記攜帶雨具的時候,此時一定會被淋成落湯雞,有沒有方法能讓自己比較不會淋濕?據傳言「雨天時,跑步會比走路淋到更少雨」,然而事實是否真是如此呢? 從模擬下雨時物體移動速度與受雨量,觀察到(1)移動速度越快,可以減少受雨量,速度從0.15 m/s提升至2.46 m/s受雨量從2.447公克下降到0.480公克,而速度超過1.60 m/s後受雨的變化量逐漸減緩。(2)上方受雨量變化同樣會隨著速度而有變化。(3)而前方受雨量和移動速度沒有關係,受雨量依然沒有太大的變化。(4)速度超過1.6m/s時,前方受雨量會成為主要受雨面

水來土掩—毛細、入滲與黏滯度

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。

中華民國第三十一屆中小學科學展覽-物理科評語

一、今年入選參加全國科展的學校中不乏一向以升學著稱的學校。顯示這些學校的學生從事科學研究的風氣比以往更為普遍。這是學校科學教育進步的表現,令人鼓舞。 二、學生的科展題目比往年更具開放性,顯示同學們對木知的桃戰更為大膽。也因為如此,實臉及結果往往顯得不很完美,雖然如此,學生卻顯示出有更大的思考馳騁的空間。 三、學生的研究作品有傾向於理論及實臉兼顧的趨勢。由於兼顧理論的綠故,在實臉測量的精確上有時不能力求精益求精。 四、國小實臉研究方面在變因的控制上尚有待加強。