物理科

我們利用電蚊拍和花生糖罐自製了一部高壓起電機作為電源，在兩金屬尖端間製造小型放電，以模擬閃電現象，並藉由改變外在環境來研究不同的介質以及溫度對於電光顏色的影響。我們發現閃電的顏色受介質影響，例如，介質為鈉的電光顏色就呈現亮黃色，介質為鎂的電光顏色就呈現藍綠色，介質為銅的電光顏色呈現藍綠色，其電光顏色與該原子光譜之特徵波長相符。而介質為離子化合物時，則由正離子影響電光顏色。介質濃度愈高或者溫度愈高時，電光的亮度會愈亮並且顏色趨近於白光。因此，我們將此研究結果應用在酸雨成分及溫室氣體二氧化碳為介質時的閃電顏色，發現閃電的顏色會隨其濃度變化，因此可作為偵測汙染嚴重程度的方法。

我們發現水滴大小、滴落的高度、液面振動與否以及表面張力大小等因素都會影響水滴是否會彈離液面的結果，我們把撞擊的過程給攝影下來並進行分析。水滴會漂浮於液面的原因是因為空氣層與表面張力的關係，當水滴接近液面時，兩者之間會形成一層空氣薄膜，若再加上降低水滴和液面兩者的表面張力，水滴會變扁狀且液面較柔軟，容易形成凹槽而包覆更多的空氣，因而更不易發生黏合。在振動的液面中，水滴撞擊波浪的波谷位置時會產生漂浮，而撞擊波峰位置時卻會與液面黏合而消失，這也與空氣層有關。為了證明空氣層的影響，我們把滴水的環境改成真空時，發現水滴在接觸液面時會被吸附進入液面，而相同滴落高度與顆粒大小的條件下，在常壓下卻會彈開。

本實驗是『讓洋菜替彈性說話』，藉由自製之儀器來測量洋菜凍的形變情形，利用洋菜凍來探討虎克定律和楊氏模數之彈性問題。實驗過程中發現洋菜凍在室溫下凝固，易造成內部濃度不均勻，於是，我們利用0℃的冰作冰水浴，改善此濃度問題。由實驗數據分析得知，相同濃度的楊氏模數並不是常數，而與長度、面積、體積及形狀有關，並推測楊氏模數的常數和面積及長度成線性關係。再者，我們發現壓縮洋菜凍時，圓柱狀的洋菜凍其形變輪廓為均勻變大，而三角柱、正方柱與長方柱的形變卻有不均勻的圓化現象，由此不均勻變大之輪廓，設定一內部等效彈簧模組計算，可說明上述三種柱體的變形有趨向於較低彈力位能之趨勢。

當我們由課本的理論及他人所作的實驗分析，我們知道了重力加速度，但當我們想求取「重力加速度」時，才發現並不是很容易的一件事。這促使我們有無論如何要克服技術上的困難，使每個人都易於操作，並求取更精確數值的決心，因此設計出實驗(C) 之測定法。在約半年前，剛接觸到物理，使用電鈴型計時器，以測量運動物體的運動狀況，我們就想到以此簡單的裝置來求重力加速度，但因電鈴型計時器的不穩定，以及紙帶與計時器或其他的摩擦，使實驗結果與公認值出入甚大（參考後述實驗 A )，若落體在短距離內的運動確為等加速度運動，則任意相鄰兩時距的位移差應相等，結果不甚理想，加以分析紙帶亦稍嫌繁冗，因此為了觀察短距離內的落體運動，是否為等加速度運動，才設計出實驗(B) 予以證實。寶驗(C) 原理簡單，操作容易，且每個有興趣的讀者皆可自己動手製作此裝置，實驗結果已使外力影響達到極限，希望我們提出能引起大家的興趣，並共同追尋科學的新發展。

在日常生活我們常可看到一些和表面張力有關的一些現象。如：荷葉的水珠成球形，刮鬍刀片小心放在水面上，不會下沈。一顆豆大的鉀粒會在水面起火燃燒，且在水面急速的移動。以上所述這些現象都在在顯示液值表面有所謂「表面張力」存在。然其大小受到某些因素影響。在國中第三冊物理第十四章曾指出，雜質及溫度會使液體表面張力降低。然而對於所有液體是否都是如此呢？實在是殊堪玩味。

一、A4紙張折成的?翔機要能滑行得遠必需要平順的滑行，除了滑翔機的材質(質輕但堅固)及對稱等條件外、主要和重心位置、側翼、水平翼面積、發射速度及角度有關。不同的滑翔機條件，只要用對發射方法，也可以獲得良好的滑行距離。 二、從實驗的結果，我們獲得了如何依據滑翔機的滑行軌跡來調整滑翔機及發射方法使它能更平順的滑行，獲得較佳的滑行距離。 三、最佳發射角度和速度要能產生適合的升力使滑翔機射出後能平順的滑翔，和重心位置有關，重心越前，發射角度和速度都有增加的趨勢(角度為向下增加)。 四、最佳的滑翔機為重心位置可以使機身以穩定的速度平順的滑行。

本次研究中，我們使用了直流電源進行感應電流的測試，實驗中發現，直流電源因為電流穩定，所以並無法產生感應電流，只有在一開始打開電源或關閉電源時才會有。於是我們用打點計時器設計了自動開啟與斷電的裝置，使直流電不斷地開啟與斷電，造成源源不斷地感應電流，但此裝置的輸出功率太小，於是我們使用了簡易的振盪器形成了振盪電路，使直流輸出的電源也可以有交流電的效果，透過多種測試，最後利用細線編織而成的麻花辮來繞線圈，解決因集膚效應所造成的損耗，接著利用倍壓式整流電路，將交流電轉成直流電搭配同步共振的電路，使原本的傳輸效率提升了2~3倍之多，而在充電式電容實際充電後發現，充電5分鐘，就可以使3V的LED燈泡點亮25分鐘以上。

以吸管、胡蘿蔔做笛子，研究笛音的響度、音高、音色。發現笛音的響度與吹孔的大小、角度有關；音高與笛子的長度、管徑大小、窗口位置有關；並分析笛子的音色，比較有無笛膜的音色差別，發現笛膜可以豐富笛子的音色。最後依據所做的實驗數據來自製笛子。

竹蟬是胡琴的老祖宗－探究弦樂器的構造、發聲方式及製作簡易絃樂器－竹蟬是我們喜愛的童玩之一。由玩竹蟬的遊戲，我們發現它是自然課本有關「聲的現象」探討的好教材。「聲的現象」佔一至六年級自然課本4/78（5.1﹪）；顯示它是特別重要的題材，因此我們決定深入研究。首先，我們收集與主題相關的參考資料，發現在第37 屆全國科學展覽會中有研究「竹蟬變聲術」的作品。經過了解，它的作品內容探討範圍很小，只針對「竹蟬材質和聲音的關係」作研究。在實驗過程中，祇準備13 個用竹子鋸成2.5 公分的竹筒和紙筒13 段，而我們共準備了上百個各種竹蟬，同時變因控制也較客觀（規格一致），他們製作的有些材質的竹蟬實驗極限圈數，只有1 圈或5 圈，就在十多種材質中，比出高低頻順序，實在難以叫人信服。於是，我們擴大研究範圍：（一） 先針對發聲原理－－探討發音的方法和發音的特性。（二） 再藉由它來尋找絃樂器的發音特性。（三）進而利用它來自製簡單絃樂器－－胡琴。實驗過程中，我們採用較實際明確的方法－－創新的聽判法（二分法）噪音測量器；同時，各種材質的竹蟬實驗極限圈數，都必須60 圈以上。經過我們對竹蟬、胡琴深入研究後，發現：（一） 竹蟬和胡琴的發聲方式與發音特性相同。（二） 不同的是：胡琴可以用手指壓住絃的位置，控制它的高低頻，奏出美妙的歌曲。竹蟬就是無法隨心控制它的高低頻，因此無法奏出美妙的歌曲。依據以上的實驗歸納，由無法控制高低頻的竹蟬，進步到可以控制高低頻的胡琴。我們可以說：竹蟬是胡琴的老祖宗。

「風火輪」是1980年代以前兒童的童玩，將酒瓶蓋打扁穿線的風火輪，是小朋友們很喜歡玩的玩具，在玩的過程中容易發生危險幾乎已被遺忘。本實驗是利用簡單便宜的扳手與節拍器取代昂貴的馬達，釐清隱藏在風火輪中的物理。實驗結果得知『扳手往後、繩子被拉緊』時所產生的”波”，原來是繩子「自然頻率」和風火輪「轉動頻率」相同或接近時，所產生的共振現象。因繩子「自然頻率」和所受張力及繩長有關，故左右繩的共振振幅不一定一樣。轉動風火輪圈數為50圈時，繩子發生共振的時間維持較長、共振時的振幅較大。而繩長40cm時，繩子則不易發生共振現象。因風火輪在實驗過程中其位置會改變，在適當條件下，繩兩端都會產生一個完整的共振波。