物理科

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。

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。

偶而發現待洗碗盤上的油漬，在遇到洗衣粉之後，外形產生縮小擴大不間斷的震盪現象，猶如心臟般的跳動忽大忽小。我們配置沙拉油與洗衣粉的混和液來進行濃度控制，結果發現，濃度在5%及混和液滴在較高溫的水面上時，產生凸起、破裂及縮小擴大不間斷的震盪現象最為激烈，進一步探討混和液滴大小的變化頻率，發現並沒有一定的規律。我們設計一個密閉-開放可交替的實驗方法，發現一開始先處在開放環境時，震盪現象明顯而激烈，但改為密閉環境，則震盪現象消失，緊接再變為開放環境，則混和液的震盪現象變回明顯而激烈。我們因此推論，水蒸氣是造成油滴混和液產生凸起、破裂及縮小擴大不間斷的震盪現象的主要原因。

水下偵測機在偵測時需要動力補給，若可以使用無動力無聲無息地偵測又不消耗能源，那麼此偵測機就相當值得研究及探討，在搜尋資料過程中，無意間找到無動力水下滑翔機相關資訊，僅靠重力和浮力就能在水中前進。那麼如何增加它在水中移動的距離呢？這問題引起了我們研究及探討。 所以我們嘗試改變拋重和配重的位置、十元硬幣數量、機翼長寬、機身長短、水深、入水角度等等因素，發現拋重和配重的位置變化影響下潛距離最為明顯，加長機翼長度也能大幅增加無動力水下滑翔機下潛距離。另外我們又設計當水槽深度變成兩倍時，可讓無動力水下滑翔機的下潛距離會增加近三倍之多。

為了探討螢光物品的發光特性，我們自製簡易的螢光拍攝裝置來拍攝光譜影像，並分析光譜特性。把貼有光柵的手機鏡頭對著被雷射光照射的螢光物品，就可以拍攝到螢光物品所發散出來的螢光光譜。從光譜照片中測量出的螢光中心與螢光範圍的相對距離，分析歸納後發現，不同雷射光源、不同螢光物質的顏色、材質、濃度都會影響光譜的亮度和色光的分布情形。我們將不同比例的紅色與綠色螢光混合液體的光譜，用Excel軟體畫出相對波長與強度關係的波形圖，可以看出混合液體中的顏色比例，也驗證了橘色與黃色是由三原色中的紅色與綠色組合而成的特性。

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。

自然課學到弦的鬆緊和長短會影響聲音的高低，老師用吉他弦說明改變弦長後，音高就會跟著變化，我們對吉他能發出各種樂音充滿好奇，改變一個振動弦的音高除了用吉他上的旋鈕改變弦的鬆緊度，也可利用縮短弦長的方式提高振動頻率，弦振動的頻率代表聲音的高低。當我們拿儀器測量吉他弦的振動頻率，發現每條弦振動時都不只有單一個頻率，還會伴隨一些頻率的產生，查詢網路上關於弦振動的一些知識，知道弦振動的模式相當複雜，於是我們特製一個三弦琴，專門研究這些頻率和樂音的關係，依測得的頻率數據，發現弦振動時所產生的各種頻率和樂器使用的樂音有奇妙的關聯。

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。

我們以PVC水管複製還原雲南古老樂器「吐良」，雖然看似簡單的只有單一吹孔，但在管子的兩端開口用不同按法及吹入不同氣流下，音高會有不同的表現！最後歸納出它可呈現的音階排列。發現：中國古老樂器沒有Fa音和Si音，只有Do、Re、Mi、Sol、La，果然就是我們中國音樂裡說的「宮、商、角、徵、羽」中國五聲音階。

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。