物理科

本研究主要探究哪一種容器可以成功轉起容器內的旋轉物，在實驗過程中以塑膠容器為主。容易成功取起旋轉物的關鍵技巧為先把旋轉物轉到容器的最寬處再立刻將容器轉180 度，可以增加成功取起旋轉物的機會。 成功取起旋轉物的關鍵因素為：內縮瓶口的傾斜度、容器最寬處的高度和旋轉物的轉速。內縮瓶口傾斜度達 6.7 度就有機會成功取起旋轉物，但內縮瓶口傾斜度越大成功率不一定越大；容器最寬處高在 2.4cm~6.5cm 都容易取起旋轉物。旋轉彈珠時，發現瓶口越小所需轉速較快；而使用相同容器，發現旋轉物體積越小所需轉速越快。 利用自製的機器手臂控制轉速可以推論當容器的轉速夠快就愈容易成功取起旋轉 物，且實驗發現傾斜度 30 度以上的自製容器成功取起彈珠機率達 80%以上。

本實驗探討聲波在容器內互相激盪所產生的回授現象，並證實利用聲音的回授現象可以測量聲速。研究發現： 一、 容器長度和麥克風的位置皆會影響回授音的頻率，容器底部、開口邊界處頻率較高。容器的內徑大小與回授音頻率無關。 二、 回授音頻率與容器和聲源的距離的關係圖中，出現波浪起伏的現象，將兩波峰間距離，乘以回授音頻率，會等於當時氣溫下的聲速。 三、 以閉管的回授音頻率解釋，我們測到在同一位置的頻率中，基頻與倍頻應是同時存在的，只是軟體只能顯示其中一個頻率。 四、 以測量開管中央的回授音方式來測量聲速，需再以節點數來修正才能得到較接近理論值的聲速。管子越長，節點數越大。 五、 大盆容器內的回授音聲場，頻率起伏仍有規律性。

虛像不是真實的光線匯聚而成，無法在紙屏上成像，不能藉由紙屏測量虛像的位置及大小，我們想在紙屏上找到虛像。高中物理對虛像位置及大小的測量，介紹了視差法，此方法誤差較大，在歷屆全國科展的作品中，作者利用自創的「視高法」測量虛像位置及大小，此方法也存在一些缺點，我們想找到更準確更具體的方法來測量虛像位置及大小，於是利用相機和刻度尺，記錄虛像發出的假想光線，依此推算虛像的位置與大小。 我們用自創的方法測量平面鏡及凹凸透鏡形成的虛像，都得到和理論值接近的數值。 為了讓虛像的呈現更具體，我們進一步使用雷射筆模擬虛像的假想光線，將虛像假想光線逆像射回，在紙屏上將發出假想光線的虛像位置找出來，結果也和理論值接近。

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。

盤緣的刻紋間距真的會影響塑膠蓋飛行距離嗎？經過我們實驗測試證明，答案是肯定的。第59屆中小學科學展覽會作品—變化多端的瓶蓋棒球，評審評語提到兩點： 1、挑選大、中、小瓶蓋後，有確認瓶蓋大小不同，刻紋間距、材質是否相同？ 2、人為發射會有許多誤差，若能設計簡易旋轉發射機會更佳。 利用設計的塑膠蓋自動發射器來測試，可以把每次塑膠蓋發射出去力道的變數影響降低。理論上物體在做水平拋射運動，初速度會決定它運動後距離的遠近。為什麼塑膠蓋會飛得這麼遠？這是因為塑膠蓋多了「空氣浮力」這個因素可以支撐它飛行。

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。

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。

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。