物理科

本實驗以空心的橢球，在其內部填充液體物質，對照內部為固體、空氣的情形，探討不同的容量、不同的轉速、不同的接觸面，與橢球長軸等變因對穩定性（註）之影響，結果發現穩定度隨模型內填充的液體體積的增加而呈現下降情形，並且得到其他變因的影響程度。(註：穩定度(性)：橢球模型旋轉自一定轉速並釋放，因摩擦而其長軸由垂直水平面逐漸變為平行水平面的時間，以秒數表示)。

本研究的目的是要分析高速鐵路在經過不穩定地區時的運動狀態，並描述當時的運動狀態和發現有益與有意義的結果。分析後的結果發現，高速鐵路在經過不穩定地區時的運動狀態是屬於非線性的情況，因此，嘗試以非線性振動理論來描述當時的運動狀態。初步結果顯示，以KBM非線性振動理論來描述當時的運動狀態，可發現共振對列車行駛安全性有影響。

洗東西時，有時會形成水膜、水苞，讓我們驚嘆，但有時卻噴得到處都是，造成我們的困擾，所以我們想找出水柱沖在物體上的規律性。我們將物體分為平面與凹凸面，用水以不同流速、水柱長沖在物體上做探討，結果發現平面物體正多邊形邊數愈多，水沖在上面愈容易形成水苞，且物體愈小、流速愈快，水苞變寬率愈大。我們也發現平面物體，只要傾斜60度以上，不管水的流速有多快，水都會沿著物體傾斜處斜斜流下來，不會形成圓弧狀。而流速愈快，沖在愈小、愈淺的凹物體上，水平噴水距離會愈遠。藉由這些實驗結果，我們就知道該如何沖洗東西而不把自己弄濕，而所探討出的水膜、水苞規律性，也可以應用在噴水池公共裝置藝術當中，讓我們的生活環境更加美好。

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。

水滴滴落液面的同時，水滴除了會產生漂浮之外，你是否可曾想到『水滴會產生至少兩次以上體積縮小的不連續現象』，如圖二。我們想知道，為何液滴不是一次就被吸附進入液面？而是在吸附進入液面時，會產生這種多次不連續性體積縮小的變化現象。我們實驗過程採用高速攝影機來觀察這個有趣的現象，實驗發現，液滴的表面張力、液滴滴落的高度、液滴體積的大小等，都會影響液滴是否產生這種不連續性的體積縮小現象。當表面張力越小，如酒精、洗碗精水等，液滴不僅會產生漂浮，而且在吸附進入液面時，產生至少兩次不連續性體積縮小的機率都達百分之百。而且，隨著液滴滴落高度的增加以及液滴體積越大時，產生至少兩次不連續性體積縮小的機率隨之下降。

通電線圈與永久磁鐵均有NS極，憑此相同磁極的推力可將線圈與磁鐵當成電磁砲。在研究中，我找到一種可以立即得到磁力大小資訊的探索方法――利用推拉力計與量錶測量出線圈內部力量與距離的曲線，得知線圈內部磁力大小的分布。實驗一將永久磁鐵由線圈的單端進入，發現推力與位置關係呈現鐘形，過特定位置後推力降為零。實驗二的永久磁鐵起始放置位置與發射距離關係也印證此結果，放置位置的推力與距離所圍出的面積(代表作功)越大，則發射的距離也越遠。這又引導我增加繞線單位密度，經實驗證實，短線圈確實能產生更大推力。最後在線圈中加入軟磁鐵棒，產生奇特的雙推力高峰現象，也確認能產生更大的推力與距離面積，也就能發射得更遠。

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。

溜溜球是一種流行久遠的兒童玩具，很多人童年都有玩過。它上下運動過程中，所呈現的物理現象看似簡單，其實隱含了很多高深的物理原理。經由我們詳細觀察、研究、實驗、分析後發現，溜溜球是物理學上力學篇的綜合表現。1. yoyo上下運動遵守能量互換原則。2. 摩擦力大小與纏繞圈數有關，摩擦係數（μ）與纏繞圈數無關但與材質有關。3. 摩擦力大小、摩擦係數（μ）與接觸面積無關。4. yoyo是否反轉向上決定於摩擦力大小是否能夠阻止軸心滑動而定。若摩擦力足夠大，必會產生一反作用力出現，因此會有反轉向上的扭力。5. yoyo徑，加速度a、角加速度α、角速度ω、轉動慣量Ｉ)有密切關係。6. yoyo圓形輪直徑大小影響其轉動慣量（Ｉ）的大小，因此影響反彈高低。直徑大，轉動慣量（Ｉ）大，反彈上昇不易停止，反彈高；反之，直徑小，轉動慣量（Ｉ）小，反彈上昇容易停止，反彈低。7. yoyo若改變質量分佈會影響其質心位置變化，因此等效半徑( r )改變，轉動慣量（Ｉ）也會隨同改變。其反轉爬昇的反彈高低與前述yoyo圓形輪直徑大小變化所呈現物理現象相同。8. yoyo由上往下降類似第三型槓桿(費力)，反轉上升類似第二型槓桿(省力)。我們發現用槓桿原理分析yoyo，比用轉動慣量分析更能清楚了解轉動力學原理。yoyo上下運動完全附和牛頓直線三大運動定律、也可附和牛頓第一、第二轉動定律。9. 若yoyo輪固定， yoyo下降時，輪（圓形直徑大小）的半徑相當於槓桿的抗力臂（阻力）；軸的半徑相當於槓桿的施力臂（作用力）。軸心直徑大小不同，其下降的作用力也不同，軸心越大作用力越大，下降加速度a越大，附和a與軸半徑(r)的平方成正比；反之，軸心越小作用力越小其下降加速度a越小。但反轉上升時，輪、軸角色扮演、功能互換。軸心直徑轉軸不同，反抗爬昇的阻力能量大小也不同，所以YOYO反彈高低不同，原理其實完全附和槓桿原理。

目前要測量氣壓大多使用氣壓感測器，雖然便宜而方便，但其本身的體積也會影響空氣的流動，尤其是需要測量微小變化時更明顯。如果我們能使用光線來測量，就能解決這種問題。空氣本身就充滿灰塵，如果以強光照射，就會產生散射光。而這些灰塵本身也會移動，當移動速度變快時，整體的散射頻率也將會加快。比較這散射頻率，就可以得到空氣流速，進而得知氣壓。

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。