物理科

本研究在探討咖啡外溢的原因，並試圖找出不讓咖啡外溢的理想杯子。 研究結果發現液體外溢取決於液面上升的高低與杯口的距離，而上升的高低又與瞬間加速、容器口徑和液面水位高低有關；液面升降的變化過程，則與產生初波後的來回衝撞有關。 研究結果發現設計一個可以簡易拆裝的杯壁阻隔板，能有效減少杯中液體的外溢現象。

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。

在相同的熱源下，第一部分，以不同黑白管狀體排列方式，觀察黑、白管狀體表面的溫度震盪現象，當黑白交錯排列時，會出現溫度震盪效應，間接驗證物體的溫度與表面顏色無絕對的關係，而是取決於本身所吸收熱量的多寡。第二部分，當均溫箱內的濕度控制在 30 %，水氣的存在會影響黑白管狀體的溫度震盪效應。由實驗結果得知，溫度震盪效應會因黑白管狀體的排列方式有規則性的變化，當黑管狀體的數量增加，溫度差距會變小；黑白管狀體的排列方式也會影響溫度震盪現象出現的時間；在濕度環境下，因液態水的比熱大、溫度上升慢，導致黑管狀體因和水氣溫差較大，熱量會持續由黑管狀體傳遞至水氣，造成黑白管狀體在熱傳導過程中，溫度熱震盪現象消失。

無意間將一團濕沙子往水裡丟，發現掉入水中後會形成一個環內部有一個圓，看起來有點像土星加上土星環的形狀。我們研究濕沙子的質量、顆粒大小及形狀，亦改變水的深度、不同的水溶液、濕沙子掉落高度等變因對沙子於水中成圓的影響。透過實驗發現，以上各種因素都會影響到沙子成圓的結果。為了更進一步了解沙子成圓的機制，我們透過高速攝影所得到的高速影像，發現濕沙子在水中落下的過程中，由於沙子周圍壓力小而中間壓力大，使得沙子形成了由外向圓內轉動的漩渦現象，沙子因此向外擴散而變大，中間形成中空圓環，落下至底部前都持續的變大，而漂浮於水中的沙子則最後掉落於圓環中間，以至於形成一個像土星加上土星環的形狀。

為驗證「酒精燈燃燒速率與環境熱阻成反比」之理論，本實驗仿參考文獻【一】作法並重現其實驗系統，做法為補強數據點並使用更多比對方式，實驗結果顯示該理論符合實驗再現性。 為實踐理論之應用性，設計縮小比例之「具有煙囪房屋」模擬對流系統，並使酒精燈芯蕊於爐火中心燃燒，透過設計、改變環境熱阻之變因，觀察酒精燈燃燒速率及煙霧走向，藉以了解環境熱阻及氣流如何變化。 本實驗根據模擬屋實驗結果設計對流風管系統，最後發現透過控制轉速及風洞開口大小可使火爐燃燒速率制控於「燃燒速率最大值為最小值之5倍」。

利用黏滯度和蜂蜜及麥芽糖相近的矽油，研究高黏滯度流體繩捲效應。經實驗發現，隨著矽油滴落高度距離液面的改變，繩捲區的盤繞角頻率、盤繞圓直徑及流體柱截面半徑的變化，在不同盤繞模式下會有所差異。此外，藉由改變溫度，改變矽油的黏滯度，隨黏滯度的改變，也會影響繩捲區的盤繞角頻率、盤繞圓直徑及流體柱截面半徑。此外，流量及黏滯度會影響各模式出現的高度；流量的影響較黏滯度大。

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。

本研究利用寶特瓶及水管製作好玩的水管壓力槍，藉由水管槍的飛行實驗，體驗壓力，彈頭形狀、重量對射程的影響。

去年根據附壁效應試驗出幽浮飛行器後了解氣流對飛行影響很大值得細探，於是今年更深入對外殼弧面、垂直導流板與水平移動板進行改造，發現： 1.機殼弧面改成低圓，不會降低氣流附壁升力又可減重 2.機身反扭矩力與螺旋槳長度與轉速成正比 3.小面積的垂直導流板修正反扭矩角度過大會耗損升力 4.水平移動板將向下氣流轉向水平側邊過多也會影響升力 根據機殼氣流附壁實驗發現，每一種變項都會相互影響下，以有限的升力調整出最佳平衡的構型，測試發現：機殼表面氣流的附壁吸力能有效提高升力16.7%，且風力越強提升比例越高；載重可達500g，且載重與續航時間成反比。沒想到只是簡單的幽浮外觀牽涉到的飛行氣流竟是如此的奧妙又有趣！

回授現象是一種特殊的物理現象，不僅出現在聲波上，也可能發生在其他現象中。本研究想針對聲音的部份進行探討，藉由生活中常見的聲響設備如音箱、麥克風、效果器及手機來進行實驗，並藉由電腦來錄音及分析，我們想要探討的變因包含有距離、角度、阻隔物、反射物、音量、阻隔板等變因，期望藉由實驗結果，分析了解回送現象背後發生的原因，並找出避免這個現象的方法及其未來的應用性。從實驗結果中，我們發現了回授現象的起源應該是空氣的擾動，而麥克風與音箱的距離會讓回授現象的頻率呈現一種特殊的規律變化，另外，聲音反射也會影響回授現象，因此我們製作了降回授裝置，能有效消除回授現象，而阻隔物也是未來可以運用的一種降回授方式。