物理科

研究利用廢棄腳踏車設計與製作微型川流式水力發電機，研究目的：首先研究最佳發電線圈，其次製作水平發電機，設計水輪機，最後完成微型水力發電機。研究結果：漆包線直徑0.5mm繞1000圈，中心為木心、線圈直徑6.0cm發電效能較佳。利用最佳線圈製作的水平發電機在磁鐵盤速度20Km/h，功率約84W。微型川流式水力發電機在水流流速3.5公尺/秒，磁鐵盤速度30Km/h時，發電功率約220W。在灌溉溝渠實際測試，在水流流速0.9公尺/秒，磁鐵盤速度10Km/h發電功率14.5W，足夠提供4個12V的LED電量，具實用價值。台灣有溪流或水圳都可設置川流式水力發電機，降低生態影響、提供環保發電方式。

近幾年溫室效應加劇，天氣越來越熱，為了降低教室溫度我們希望研究出哪種隔熱材料效果最好，我們分別探討不同材質、不同顏色、不同窗戶開法、不同遮蔽物及偏光片對室溫的影響，實驗後發現：1.材質以紙箱效果最好；2.顏色部分最佳防熱顏色為白色及紅色；3.最佳降溫窗戶開法為全鏤空，而綠建築廣為使用的中懸窗反而不是最佳降溫效果的窗戶；4.遮蔽物的部分各項材料效果則相差不大，隔熱磚、黑網、反光材料及保麗龍皆可達到差不多的隔熱效果；5.市面上完全沒有偏光片對隔熱的研究，研究發現，偏光片在隔熱效應部份優於透明塑膠片，在中午太陽直射時溫差甚至有10℃之多，又可調整進入室內的光線量，是很好的隔熱材料。

我們發現可以改變方向旋轉的迴旋棒（rattleback），感到很驚奇。我們想探討它產生迴轉的變化與原理。我們以（1）文獻探討法（2）調查法（3）數位成型法（4）灌模法（5）實驗法（控制材質、大小、形狀、底面粗細、旋轉力量、施力點、施力方法、施力方向等變因）(6)TRACKER軟體分析法進行研究，探討迴旋棒產生反轉的現象、原理及變化。我們發現：迴旋棒的反轉現象會受形狀、材質、重心位置、受力位置、受力大小的影響，我們應用迴旋棒X、Y、Z軸的關係及重心結構原理，對於這種發現我們十分興奮，希望繼續探討實作新型迴旋棒，擴展研究成果。

無意間發現調理棒可以吸起整個水杯的奇妙現象，便開始改裝調理棒進行實驗，將底部支架改變成各種不同的型式進行研究探討，此外，我們利用連通管原理和波以耳定律自製的一個流體壓力觀測器，來觀測水轉動時，水杯內不同位置的壓力變化情形。結果發現，調理棒可以吸住整個水杯的原理，是因為底部支架像是一個動態式的吸盤，當馬達葉片高速轉動時，會使得底部支架裡的壓力變得小於一大氣壓，而使得底部支架和杯底相互緊抵著。當手拿起調理棒時，整個水杯也同時被吸住而被拉起來。這個研究有兩個重要的應用：一是可以用來設計成水中的起重機，二是利用自製流體壓力觀測器來測量不同流速流體的壓力，可作為發展白努利原理定量化的教材。

市售棉心式白板筆是以毛細現象將墨水儲存於棉心，當墨水過量會有漏墨問題或無法將墨水以毛細現象完全導出。本創新直液式白板筆是類似鋼筆方式儲水，其物理原理與舊型棉心式完全不同，它是以內外壓自然平衡來導引墨水，實驗中以棉心吸水效率、墨水損失率與色彩分析相關的實驗驗證下，其可改善舊式白板筆的缺點。但新式白板筆仍會受環境溫度與壓力變化而有漏水狀況。本組以自製測試設備輔助下，模擬了溫度對應壓力的變化、墨管內空氣與墨水膨脹率不同產生漏墨與高山大氣壓力降低導致墨水溢出的實驗。根據實驗結果本組進一步設計以針筒活塞來調整壓力的新式白板筆，完全解決了漏墨的缺點，且此環保可重複使用的設計是值得持續研究與推廣。

日本福島核能電廠的地震災變，再次引起人類重視核電安全，採用再生能源發電或許是減少核電使用及降低溫室效應的可行辦法。老師曾給我們觀看一種旋轉裝置少少的力量讓它一直轉動，這使我們想到這個裝置阻力這麼小，如果用在風力發電機上或許是很棒的點子，在家長及老師的帶領下以科學的研究，探討磁浮軸發電機發電效率與風扇，葉片形狀、扇葉數目等等的相關性。主要發現：磁鐵磁力無法任意控制大小，磁鐵間相對位置稍改變就會引起磁力交互作用跳開平衡狀態，必須堅固基座來穩定磁力交互作用; 雙環磁浮軸以磁力取代軸承接觸轉軸，在小風力下也可轉動發電，可以串接多個扇葉磁浮轉軸增加發電的效果。

在球場缺乏的小學校園中，我們常看到許多同學在戶外打羽球，但打著打著，卻會因風力的因素使得球偏移難打。為此我們想研究，什麼造形的羽球與塑膠球能有較低的風阻，打起來比較不會受影響呢？我們嘗試了剪出各種造型的羽球與塑膠球，在室內營造出逆風、順風及側風的環境，測量它們受風後的位移程度，來瞭解什麼樣的球比較不怕風吹，並且在垂直風洞中驗證我們的實驗結果。我們得到的結論是，若想降低羽球的風阻，可以朝將球的重量加重、然後採對稱的剪法減少大部份羽毛面積這個方向去嘗試，未來還可加入改變羽翼直徑的做法來發展新型的羽球。

我們想瞭解如何做出較市售成本更低廉、且材料容易取得的導電筆。在經過蒐集文獻並嘗試製作後，我們決定將目標訂為導電膠的製作。在嘗試幾種粉末導體後，發現石墨粉效果較其他金屬粉末為佳。我們也嘗試使用不同種類、不同比例的有機溶劑及膠類，發現聚乙烯樹脂（PVAC）製成的導電膠效果最佳，其次是保麗龍膠，且當石墨粉的量為4平匙時，膠的量約2～3克為佳。另外有機溶劑在實驗中會影響到粉末與膠的結合，溶劑量太少時，導電膠便無法形成易塗抹的膠狀。最後我們經過電阻值、導電照度、風乾時間、塗抹順暢度等條件，來選出我們製作出最佳的導電膠比例，比例為「石墨粉16平匙、甲醇16毫升及PVAC 20克」。

本實驗依據自然課程：「再生紙製作」、「毛細現象」、「氣體擴散作用」等教學單元作為相關背景知識的依據，並運用生活被丟棄的材料回收再利用，例如：各種回收紙、吸管、空瓶，設計出在校園內容易DIY製作的精油擴香器，以取代市面上需要插電、燃燒或以非環保原料製作的商品。實驗中分析了不同材質、平整度的手抄紙之毛細現象結果，並進一步分析粗細不同的擴香器對精油的擴散效率。最後證明本實驗設計出的牛奶盒手抄紙擴香器其效果與實用性優於市面上的擴香竹，不同粗細的形狀也可滿足對擴香效率快慢不同的需求。不但可以應用在室內芳香，更可搭配天然驅蚊精油方便使用於學校各個角落，以天然環保的方式來應用。

本研究利用風力引進屋頂室外空氣，來降低室內溫度。將屋頂空氣引進室內有三項基本要求：「進氣效率高」、「防水效果好」、「能依風向轉動」。利用風洞與風速計測量「各種形狀的通風開口」、「對風向不同角度開口」的排吸氣速度，發現開口面對風向時進氣速度最快，找出吸氣效率最佳的方向後，再以氣水分離器的離心原理設計能將空氣、雨水分離的的管道，加上能隨風向轉動的開口，完成能以360度風向防水進氣的裝置，經模擬實測結果，自製的防水進氣裝置，在有風的晴天時，最多能降低室內溫度14.3°C（如實驗八數據）。