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物理科

電子神偷~影響驗電瓶中金箔閉合的原因探討

本實驗欲探討影響驗電瓶金箔帶電張開角度隨著時間閉合速度的因素,設計實驗一到實驗八,結合驗電瓶、自製靜電產生器、組裝Arduino LED燈光源與真空幫浦等,每隔兩分鐘拍照並使用電腦程式tracker分析計算帶電金箔角度的閉合情形,記錄之。 實驗證明,濕度、氣體極性、溫度、氣壓(氣體分子密度)、光線有無、光線頻率與亮度均會影響驗電器金箔的閉合速率,且濕度越大、閉合越快;周圍氣體極性越強、閉合越快;溫度越高、閉合越快;氣壓越大,氣體分子密度越高、閉合越快;照射光線頻率越大、閉合越快;照射光線強度越強、閉合越快。

收放自如~實驗探討線軸展開或捲縮的條件

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。

「渦」藏玄機-磁鐵在金屬管中掉落時間的因素探討與應用

本研究探討磁鐵在金屬管中落下時,掉落時間(渦電流效應大小)與各項變因間關係。我們發現金屬種類、管徑、管壁厚度、及是否有缺口等因素均會影響鐵掉落時間。接著進行磁鐵在金屬管中的運動理論分析,並建立Z軸運動方程式,再與實驗數據進行比較分析,發現理論與實驗數據可相互驗證。我們又自製「簡易分幣機」,並探討影響「分幣效果」的各項因素。發現分幣效果是依照硬幣成分排列。最後自製製作「腳踏車下坡安全強制減速器原理模型」,並設計「腳踏車下坡強制安全減速器雛形」。並以自製轉速計此測試減速效果。減速器正進行第三代測試中,希望利用簡單器材,製作出環保又實用的「腳踏車下坡強制安全減速器」以減少下坡時產生的意外事故。

上帝寶劍—探討鐵屑效應與電漿蝕刻的現象

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。

柵變集團-光柵板的變圖與成像探討

實驗中我們發現,光柵板的校準線對於整個實驗有很重要的影響因素,包含校準的底圖線寬、校正距離,底圖太寬或太細都會影響圖形的大小以及可視角,校正距離我們認為比較像焦距,校正距離決定了這張底圖最適合觀賞的距離,另外光柵板的厚薄更影響著這張光柵板適合製作變圖還是3D效果、連續動畫等因素,厚板變圖快、圖數多適合連續動畫與3D;也可以增加底圖的數量,把底圖由雙圖改成五圖,則可以增加圖形的出現數量,更適合製作動畫,我們還發現不同的合圖法可以控制圖形出現的順序。

葉落知多少─葉子掉落樣態之分析與探討

本研究在探討影響葉子掉落樣態的因素,以不同條件的紙片模擬自然界的各種葉子,並以不同的擺放方式模擬葉子掉落瞬間可能的角度,將每次實驗過程錄影後,格放錄影畫面進行分析與量測。研究結果發現紙片的長寬比、質量以及擺放方式都會影響紙片掉落的樣態,並能從本研究的結果,推論至真實葉子掉落樣態的預測。

化浮咻為神奇,只給我電其餘不要

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。

水 正!不正?油關係

本研究發現將水加熱一小段時間後會出現溫度與加熱時間會成線性關係,但是當水溫升高至八十幾度後,因水開始大量蒸發,水溫與加熱時間關係圖則開始轉成非線性關係。另依實驗結果發現會影響溫度與加熱時間關係圖(以水為例)的因素有:(1)加熱方式(2)蒸發散失的多寡(3)輻射散失的多寡(4)受熱面積的大小(5)盛裝的材質。最後建議國中教材要進行溫度(變化)與加熱時間關係實驗時,可以在操作步驟中加入少許沙拉油,可以讓實驗結果更符合實驗公式。

旋轉吧!貝殼! -貝殼製造漩渦原理與變因之研究

我們發現貝殼旋轉能產生漩渦,進一步探討變因、原因和應用。研究過程中,我們自製漩渦檢測裝置,設計量化漩渦的方法。經過實驗得出下列結論: 1. 貝殼最佳放置方式為「開口在上、逆開口轉、開口不封」。 2. 製造漩渦效果較好的貝殼形狀為「紡錘形、棍棒形、琵琶形和梨形」。 3. 推薦最佳製造漩渦貝殼為「玉女象法螺」!使用3V電壓時推薦使用「黑長香螺」。 4. 推論貝殼容易製造漩渦的原因為:(1)為雙錐造型;(2)外型有螺旋向上紋路;(3)內部有螺旋向上的螺管。 5. 3D列印貝殼模型與中心縱切片都能製造漩渦。因此可人工大量製造與應用,不會有貝殼生態保育問題。 6. 製造漩渦貝殼可應用於「中心縱切片取代螺旋槳、360度打氣機、貝殼旋轉冷靜瓶」。

汽笛狂響曲

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。