物理科

取一聚合物線，固定一端後加以旋轉，可得一螺旋狀之類彈簧結構。將其加熱定型，便成為一隨溫度升降而伸縮之「人造肌肉」。改變聚合物線粗細、加熱之溫度和時間、馬達扭力與轉向等變因，此人造肌肉之物理性質亦隨之改變。我們可藉由實驗觀測此現象，並探討其變動關係，再以理論驗證。期望能藉此控制人造肌肉之性質，以增進其應用。

日本開發出一種不鏽鋼扇，浸水冰凍後可搧出像冷氣般涼風！我們對此節能減碳又能在炎夏保持涼爽的發明深感興趣，便設計實驗探討。首先想知道哪種形狀的扇片能搧出較強風。實驗一、二知，以梯形的下底朝目標物搧動，可產生較強風。其中，我們設計了一較靈敏的單摺葉片風車，用以測量風力強弱。再來，將不同材質梯形扇浸冷水、浸冰水和浸水冰凍，想知道哪種狀況下可搧出較涼風。實驗三～六得，降溫效果最佳的並非不鏽鋼扇，而是鋁扇。且扇片本身溫度愈低、鑽孔數愈多、厚度愈厚，對氣溫降溫效果愈佳。此外，我們另設計一種蠶絲紙扇，能降低氣溫最多，缺點是降溫時間很短。最後，我們發現降溫效果主要不是在大幅降低氣溫，而是在延長降溫持續時間。

本研究以自製倒置平台、阻尼裝置與外力調頻器以進行實驗，為方便觀察阻尼質塊與平台交互情形，故將建物改為懸吊式平台，外力調頻器以馬達為動力來源，由電源供應器改變電壓大小控制轉速。實驗分彈射觀察衰減係數與外力調頻模擬4級震度觀測最大加速度。由彈射平台試驗可知擺長15cm時阻尼器與平台產生反向共振，可有效吸收大樓晃動能量;擺錘越重吸收效果越佳;加裝消能元件可有效提升減振效益。由彈射試驗較佳之消能元件組合以進行模擬地震試驗，發現結果與彈射平台實驗一致。發現阻尼晃動頻率與大樓頻率接近的情況下且在一定的阻尼範圍內可有效達到吸振減振的效果。電生磁之阻尼元件能減振並發電，也許將來可作為消能形式，能利用產生之電能。

本實驗中，火龍捲現象之產生是由於旋轉中的鐵網引起鐵網內空氣的渦流，加上火焰燃燒時的上升對流，使火焰以螺旋狀上升，形成螺旋狀火焰，稱為火龍捲。本研究使用圓柱型鐵網與轉盤、直流馬達、並以乙醇做為燃料進行實驗，研究不同變因下火龍捲之特性。研究指出：一、火龍捲的生成過程可分為四階段。二、火龍捲之高度與燃料損耗速率皆會隨著鐵網轉速增加而提升，但存在一極限值，而此極限值隨著燃料截面積增加而提升。三、火龍捲之高度和燃料損耗速率隨著燃料截面積增加而上升。四、鐵網轉速較快時，火龍捲會產生公轉現象，而公轉角速率約等於鐵網轉速。另外，火龍捲亦能有效提升火焰燃燒效益。

本研究從確認球形釹磁鐵磁極開始，到看見並描繪多顆釹磁鐵組合的內部磁力線，而後製作磁力測量工具，最後測量磁鐵串、並聯磁力大小。研究發現，內部磁力線有固定的排列方式（直線和圓圈）。並聯磁力比串聯磁力還要強大。如果在一串球形釹磁鐵旁再吸附一圈釹磁鐵，磁力會變強。

本研究從發音體的確認進行水杯敲擊產生音調開始探討，接著從產生的音調確認發音體的振動並非（水面以上玻璃杯壁）局部振動，透過「巧妙」的敲擊可以產生不同一般重擊而會產生“高音”，從聲音頻率倍數關係分析得知此高音為另一種「泛音」。本研究接著進行產生泛音的因素探討，提出「局部起動」的概念，發現「輕敲」、「本質為發低音者—水位高的水杯」、「固定杯底」、「水面靜止」、「敲擊稍厚處」較容易產生較高的泛音。本研究中所使用的水杯以敲擊方式最多可以產生三種泛音，因此可以容易產生與一般敲擊不同地發音情況——水位越高敲擊後的音調越高。敲擊方式改變發音音調的控制可以作為日後樂器製造的參考。

本作品探討了笛音壺汽笛的響度及音調變化的變因如下： (一) 風速愈大，音調愈高，響度愈大。 (二) 出入口孔洞直徑相差1~2mm時響度較大。出入口直徑愈大頻率愈大，但孔洞大於10mm或小於3mm時，將難以產生共振而無法發出特定頻率之聲音。 (三) 上下出入口位置容忍稍許的偏移，偏移量對響度影響較大。 (四) 開孔不一定只能開一個，開孔總面積愈大響度及頻率都變大，但有其極限。 (五) 空腔愈大響度也漸增但有上限，空腔愈大頻率愈低。 另外本研究希望能製作出有音階變化之笛音汽笛壺，我們發現以原汽笛之原理較難達到目的，我們改用哨子發聲原理來製作汽笛，其頻率變化較能達到我們的需求，我們也製作出接近我們期望的汽笛壺。

本研究是探討LED在照光時產生端電壓及電流的現象，為了減少外界的光害及控制發光強度與色光，我們自製了測試盒及LED燈具，研究中發現，LED對同色光的光源有比較好的吸收效果，當LED串聯時，端電壓會增加，電流則幾乎不變；LED燈並聯時，電流會上升，但電壓則不變。我們也意外地發現，利用菲涅爾透鏡聚光後，可使短路電流上升100倍以上，且其發電的關鍵在其發光晶片，將晶片功率換算後發現，其功率竟然與等面積之太陽能板相當。接著分析焦耳小偷電路的作用效能，以達到低電壓並長時間作用的發光效果，最後綜合以上結果，設計了可充放電的簡易照明裝置。

看到水車式增氧機在養殖池打出白色水花，經仔細觀察與文獻探討，我們發現葉片有不同的形式，而且隨著養殖池的大小不同，也會有不同數量的水車式增氧機，究竟什麼形式的水車會有較佳的增氧效果呢？我們自行設計製作了水車打水相關的裝置進行模擬實驗，結果發現：在相同電力的條件下，吃水深度不可太深(20mm)、葉輪葉片數量為8片、葉片長度較短(30mm)、葉片寬度不可太寬(20mm)、且葉片上有孔洞(9個直徑5mm的圓孔)，可以得到較高較遠的水花，落入水中產生的氣泡會較深，葉輪後方的流速也能較快；而在水車葉輪後方加裝導流管，可將水面溶氧量較高的水導流至較深的水域，加上可移動旋轉式水車增氧機的設計，可提升26.67%的增氧效能，更可減少同一養殖池水車的數量。

我們發現5-35圈之間，線圈數越多、通電線圈與磁鐵間推斥力越大，成線性正比關係，因增加線圈的圈數所增加的推斥力與線圈重量增加的速度約略相同。電流量與線圈斥力呈線性正比關係。通電線圈與磁鐵間距離越近推斥力增加越快。線圈形狀則以橢圓形和圓形的效果較好。以電池提供的電流流量來看，鎳氫充電電池〉鹼性電池〉碳鋅電池。鎳氫充電電池和鹼性電池輸出的電流較穩定，而碳鋅電池會隨著時間而持續下降，較不穩定。磁鐵數量越多、磁鐵與線圈角度越小，這些因素都會使推斥力增加。漆包線長度固定時，線圈直徑略大於磁鐵直徑的推斥力會較大。