物理科

我們的實驗以噴水以及玻璃珠的方式來製造穩定的彩虹，實驗中我們發現，利用玻璃珠製造全圓彩虹比水滴簡單許多，我們也發現折射率較高的玻璃珠所做出來的全圓彩虹上下可視角約44~46度，而小水滴不適合的原因是因為可視角太大上下整個圓可視角約85度(42.5*2)，明顯超過人眼能同時見到的可視角，所以我們只能看到一整個圓彩虹的一部分，而彩虹的圓心就出現在反日點；另外我們也發現玻璃珠的大小確實會影響彩虹的寬度、仰角、複虹、白色弧形區域以及霧虹的產生與變化。

為瞭解機翼與風車運轉間的關係，展開一連串的探索之旅，整個研究包含三個部份。首先，為了找出最佳的機翼外形，我們自製風洞並且觀察風洞風速的特性，再從傳統到現代的機翼找尋靈感，從距離出風口遠近、機翼攻角角度、機翼寬度、機翼漸縮比與機翼後掠角度來探討運轉效能，發現機翼漸縮比6:2後掠20度角機翼運轉圈數最多。 接著，研究修改機翼結構提昇運轉效率，模擬下降襟翼角度的方式來提高升力。一開始並不順利，經過修改襟翼擺放位置、增加機翼內斜角、用塑膠板遮住空隙增強「康達效應」使機翼運轉圈數再提昇。 最後，我們發現發電效能受運轉圈數多寡影響，而且相同圈數下三機翼比二機翼效能高。此外，在運轉的過程中噪音會隨著攻角增加而增加。

大嘴巴旋轉方向要符合馬格努斯效應，才能使紙片上升，製作大嘴巴時需選擇紙張材質輕盈，形狀必須符合慣性旋轉，並搭配不易變形容易操控的起風板，輔以玩家本身的訓練，便可成為好玩的科學小遊戲。實驗中，最佳的大嘴巴飛行器造型如下：利用日曆紙製作成長寬比值為4.0，長為20公分、寬為5公分的長方形，利用錯開接合的方式，讓兩端薄翼呈現2公分、且讓兩翼完整、成一字形，中空處為自然狀態的橢圓形。起風板選擇不易變形、輕盈的厚珍珠板。操作方式首先需先控制好大嘴巴啟動時為逆時針旋轉方向(從實驗者右側面觀察)，接著調整起風板角度，掌握好上升、下降、轉彎時的起風板角度及方向的訣竅，在無風的環境中便可大玩『大嘴巴飛行器』。

我們知道紙喇叭有擴音效果，聲音的三要素包含音色、音頻、振幅，本組想進一步研究紙喇叭對音頻分佈變化的影響。先了解市面上紙喇叭的類型及特徵，探討聽感與音頻分佈之關係，了解不同材質、長度和形狀對低、中、中高音頻分佈變化的影響。將通過紙喇叭出來的單音，以軟體轉化成頻譜進行分析。 研究發現，低音頻實驗長度的影響大，長的紙喇叭共振效果佳。中、中高音頻實驗紙材的影響大，瓦楞紙適合製作中、中高音頻效果的紙喇叭。 白棉紙40cm三角形低頻效果佳，具家庭劇院音感，適合聆聽熱門音樂。瓦楞紙20cm三角形，能提升響度展現中音頻音質特色，適合聆聽人聲及管絃樂。白棉紙40 cm四邊形及所有瓦楞紙紙喇叭，聲音清晰乾淨，適合聆聽長笛或洞簫等音樂。

本次研究主要是要把實驗從戶外改變到室內即可以進行，研究小組利用簡單自製儀器來幫助實驗研究順利進行。研究一中，利用便宜的光敏電阻（３０元／個）的特性自製出光敏電阻管測儀，來測量比較各種不同燈炮與太陽光的照度，以找出可以替代太陽光的燈泡。研究二是利用透鏡組和凹面鏡來改良燈泡的平行光和照度情形。結果照度效果改善率高達87.01％，甚至還稍微超越中午時太陽光的照度。在研究三裡，利用三稜鏡分析不同燈泡所產生的七彩成像，並與太陽光做比較與探討。同時也分析不同顏色的ＬＥＤ燈泡，發現將紅、綠、藍三顏色的ＬＥＤ聚在一起能產生白光。研究四中，探討燈泡所產生的七彩成像是否會隨著光閘的數目、形狀或寬度而有改變，並與與太陽光做比較。發現燈泡和太陽光所產生的七彩成像情形確實不太一樣。研究五中，研究小組自行設計出水三稜鏡。不僅效果很好，而且還可藉由添加鹽巴、紅、綠、藍等色素來改變水三稜鏡的折射率與濾光效果。

一則新聞報導指出：一位木瓜農民找出效果最佳的防蟲網使用方式，讓他的木瓜園不怕蟲害，更不怕颱風侵襲。考慮颱風的風和雨與木瓜樹需日照充足之條件，我們自己設計與製作測量裝置，並進行相關的研究實驗，結果發現：木瓜樹葉片數量多、莖的高度高、結果數量多，會使木瓜樹受風吹襲時產生較大的力矩，造成容易傾倒；抓地能力增強時，則可以抵抗較大力矩，使木瓜樹不易傾倒。單層的防蟲網隨著網目的增加、二層不同網目重疊或間隔、增加水份，都會使風力減弱百分比增加，防蟲網承受的作用力增加。防蟲網為黑色、網目的增加與二層的重疊或間隔，都會降低照度。木瓜園平時防蟲時使用16目與32目重疊，颱風來時，掀開32目留下16目，是較佳的選擇。

利用靜電吸附原理製作靜電儀，計算不同材質塑膠摩擦產生的靜電力。自行裝設感測器，測量 PM2.5 濃度。結果發現：外科手術口罩如果沒有摩擦起電，沒有過濾 PM2.5 的效果；標示活性碳的口罩不一定能有效過濾 PM2.5，但是經過摩擦起電皆能提升過濾效果，最高可過濾 40％。不同種類金屬網通直流電有不同的過濾效果，但皆為電壓愈高過濾效果愈好。兩平行金屬網的距離愈近,層數愈多或表面愈粗糙，過濾效果愈好。快乾膠蒸氣附著在金屬網表面凝固後形成的微觀細毛或孔隙，在通電時能夠吸附更多的 PM2.5。

為研究出可自製的隔熱光學玻璃，我們測量了不同表面覆蓋物的單片玻璃，改變正、反，單、雙面等變因，以各種測輻射儀器找出隔熱最佳的非金屬反面隔熱紙，用其製作雙片玻璃(單層介質)。接著根據普物的多層板公式製造三片玻璃(雙層介質)之L1、L2等間距與不等距模組，發現以熱輻射角度而言，空氣才是最佳介質。實驗後另外計算「單位時間通過的熱量」(Pcond)，再將數據套回公式，得出實驗誤差值。接下來製作介質為空氣的四片玻璃(三層介質)，實驗後另外計算Sc值（遮蔽係數），並和上述各模組作Sc值比較，發現隔熱效果最好的模組是等距四片氣/氣/氣玻璃」。以普物熱輻射公式(Prad=σεAT4)來看，我們的模組有如下之等式Jin=Jout=Jcond+σεAT4(Pcond+輻射)。

本研究在探討毽子彈升軌跡與落點穩定度，我們設計了一座毽子的彈踢架，將彈升過程錄影來分析毽子的彈升高度與運行姿態和軌跡，再以毽子的落點座標來分析其穩定程度。我們成功找到最佳的撞擊力道與撞擊角度，並改變毽子的材質和構造，透過實驗歸納製作毽子的最佳條件。最有趣的是改變毽子的重心，意外發現運行軌跡與彈飛姿態多變，非常精彩。最後我們結合塑膠透明片來製作創意毽子，利用快速運行時，氣流推動翼片，成功製作一個彈升穩定且會螺旋旋轉的創意毽子。

我們藉由液體在旋轉的透明載具內會產生一中心向下凹陷的形狀，去製作一可變透鏡效果。完成後開始量測角速率，探討在旋轉時曲面曲率半徑；接著改變轉速時，角速率的不同，使的漩渦弧度也因轉速增加跟著變大，並算出轉速與弧度的對應關係。 為了要了解旋轉透鏡效益為何，我們利用物理課本中所學幾何光學，將已知條件代入，並利用電腦分析曲率半徑，得到透鏡與放大倍率的對應關係。 最後發現且隨著角速率越大，燒杯內液體面中心凹陷處曲率半徑會越來越小；且當轉速越快時，利用高斯成像公式所計算得到的結果與真實量測得到的結果較為接近，其液體形狀也應較接近一般透鏡形狀。