物理科

我們發現學校、家裡到處有灰塵，室外的灰塵會經由紗窗進入室內，無論在櫃子上、桌上、地上都常常有灰塵，心想如果利用靜電吸塵的原理，讓靜電導入紗窗，是否能成功阻擋灰塵進入，來改善室內空氣品質，實驗結果發現我們研發的靜電紗窗，確實能攔截灰塵，攔阻80—90％的懸浮微粒進入室內，且透過並聯兩台靜電產生器的效果尤佳；同時利用線香煙粒，發現線香在通風環境正常燃燒下，靜電紗窗也可延緩室內空氣品質惡化。我們成功地在不鏽鋼紗窗上裝置自動型靜電產生器，研發出靜電紗窗來取代市面昂貴的靜電紗窗，有效地減少灰塵進入室內，維護空氣品質。

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。

因雨中的閒聊，而展開此次的研究。首先我們找一個詩情畫意的雨天，利用保利龍板及碼錶測出雨滴終端速度約為 9.07 公尺/秒，接著為了模擬雨滴落下的情形，我們在校內最高的建築物上做水滴的實驗，因雨滴有大小之分，故我們使用不同口徑的滴管來模擬雨滴的情形，由大樓樓層中滴下水滴，測雨滴的終端速度，但受風的影響很大，故再移至室內測量，再利用紙張測雨滴的大小，為了了解雨滴的大小與終端速度的關係，我們展開辛苦之旅，在幾乎放棄之下，製作二組光電計時器，而為了使保麗龍球準確通過光電計時器的感應處，以便感應計時，更是備受挫折。但也終於找到球的終端速度，再進一步探討球的表面性質及密度與終端速度的關係，最後我們利用風洞測出風阻大小，以進一步了解終端速度產生的原因。

本實驗先針對材質功函數與電弧狀態的關係進行研究，進而研究合金比例與功函數的關係，最後進行電解質、水果、豬肉以及農藥辨識分析，結果如下： 一、材質功函數與粗細： 1、功函數與電弧最大距離有負相關，但金屬的表面氧化會讓功函數變小。 2、合金比例所乘出的功函數對應的電弧最大距離與實際值接近。 3、直徑8~12mm的避雷針效果最差。 二、應用 1、 發現電解質濃度越大電弧中紫色光點越多。 2、 水果電弧偏紫紅，其中柑橘類與香蕉的顏色偏淡，可能是香蕉與柑橘類含的鈉離子較高。也發現果皮灰度值≧果肉的水果及灰度值大於豬肉的豬皮電弧顏色會偏紫紅。 3、農藥與非農藥可由波峰在波長500~520nm與偏藍光光譜來分辨。

我們利用鐵屑效應自製檢波器，發現連續性脈衝訊號檢波器(打火槍、電漿球發射器及零電壓諧振軟開關)比非連續性脈衝訊號檢波器(壓電素子)激活率高，在檢波器中以不同直徑大小的鋁球填充時，激活率的表現為：大鋁球＞中鋁球＞小鋁球，而鋁粉無法激活，當小鋁球的重量達5公克時較易激活，而大鋁球、中鋁球則不受影響，但電弧數量多寡對檢波器的激活率無顯著影響。發射器的感應距離，以第四代(ZVS)的效果最佳，可達99公分。以此裝置進行電漿蝕刻，我們可以看出銅蝕刻洞較淺，但顏色較深，而鋁蝕刻洞較深，且顏色較深，鐵蝕刻洞不僅較淺，而顏色也較不明顯，當電漿蝕刻的時間越久或次數越多，會使蝕刻痕越深；放置24小時候，蝕刻顏色會變深。

近年來，心血管疾病一直高居台灣十大死因的前三位。當病患的動脈有顯著的狹窄，繞道移植手術是一種解決方式。一般而言，醫生做完繞道手術後，並不處理原已嚴重狹窄的血管。但手術時若將原狹窄的血管綁住，會不會更佳？實驗是利用透明軟管建立模型，並以質點軌跡流場觀察法追蹤管內的情況。我們以水代替血液，橡皮筋顆粒作為追蹤質點，經攝影機紀錄質點流動的情形後，利用Tracker 影像追蹤軟體換算成粒子流速，再以Tecplot軟體計算管內的剪應力分佈。實驗結果顯示，繞道手術後若將原嚴重狹窄的血管綁住，使之完全阻塞，則繞道血管的血液流量、流速將明顯增加，而繞道管內的剪應力也相對較高，因此應可減低繞道血管阻塞的再發生率。

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。

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。

透過文獻整理，我們發現大部分的研究結果顯示出電壓、電容、螺線圈的粗細、匝數以及子彈質心位置等變因會影響發射威力。在電容的研究中，有提到當電容量增大時，發射速度會上升；但是電容量再更大，速度則會下降。我們覺得這個現象很奇怪，為什麼不是電容量大速度就無限上升呢？實驗後我們發現，在固定電壓時，電容量在一定範圍內，發射速度有極值。若此時再提高電壓充電，不僅發射速度會下降，繼續增加電容還會有子彈反向射出、折返後再射出的情形發生，亦即發射速度會隨著電容大小而振盪。就我們所知，這是以往的科展研究中從沒被發現過的現象，經過我們設計實驗仔細測量與分析，我們認為這與電容放電的時間常數有關。

生活中發現線軸會因拉線角度的不同而收放自如，此現象激起了想探究的決心。我們初步發現線軸在不同變因下會有一個特定的臨界角θc而改變其滾動方向，因此本組選擇了拉力大小、線軸重量、線軸內外徑比值及不同接觸面性質(靜摩擦係數)作為實驗的四種變因，並設計了「線軸收放儀器」來進行實驗探討。為了精確測量臨界角，實驗時儀器中的粗調裝置是利用螺帽固定螺旋桿以大範圍調整定滑輪的升降高度，微調則利用指針帶動螺旋桿轉動角度來微調定滑輪的升降，將實驗過程攝影記錄，並再利用Tracker分析物體改變滾動方向時的臨界角。實驗顯示，影響線軸滾動方向的臨界角大小，和線軸之拉力大小、線軸重量及接觸面性質皆無關，只和線軸內外徑的比值有關，即cos ⁡ θc=r/R。