物理科

為了能簡單利用聲能，所以利用亥姆赫茲共振的方式，對原理及應用進行探討，目的是用來找出共振空腔的頻率，並找出旋轉器的共振範圍，使其轉動而產生電流。 亥姆赫茲共振原理驗證： 1、有無瓶頸不影響公式頻率，但將無瓶頸空腔當作極短瓶頸去計算，真實頻率與公式頻率相近，但會影響公式趨勢的變化。 2、瓶頸越長、截面積越小及空腔體積越大其頻率越低，但材質與空腔外型會影響公式頻率的準確率。 亥姆赫茲共振應用： 1、空腔頻率越低，材質越硬，外型越流線越利於轉速，且共振不只在單一頻率，在一定範圍都可轉動，材質越硬，驅動頻率範圍越大。 2、聲量分貝越大，轉速越快，但線圈來不及磁化，電流反而越小。 3、裝置可吸收一定的環境聲能。

本實驗主要是在探討pipette熱噴泉的現象，我們先觀察到了將吸入熱水pipette倒轉過來會有水噴出的現象，並設計適當的實驗方式與裝置加以詳細探討。研究的目標是找出影響噴泉最大高度的各種因素。實驗中我們改變熱水溫度、水量比例、滴管大小、滴管口徑、倒轉速度等，觀察各種變因對高度造成的影響並分析研究。找出這些因素如何影響熱噴泉噴出高度的關係，並進一步探討它的原理與建立理論模型。由我們的研究成果得到了一些相當不錯的結果與結論。

我們用不同面向探討可能影響氣槍聲音大小的變因，卻發現預設變因中，只有扣下板機的速度是重要的，其它的變因氣壓不同、槍管長度、槍管粗細、氣壓腔大小等竟然和預期的不同，沒有什麼明顯的影響力。 我們希望保持氣槍的威力，並同時降低槍聲的音量，參考相關設備及文獻後，提出不同解決方案，但因為自製氣槍的子彈是套在槍管外，與一般內嵌式的槍隻不同，導致一般使用的方法並不適用於此，最終發現加上外套管即能有效地降低音量，並提高射程。

滾子(橡皮圈、踏墊圈及彈簧圈)在轉盤內滾動時，會產生滾動、滑動、跳動、滾滑、跳滾等各種運動現象，亦會有下凹、前凸、上凸、後凸、橢圓、擴張波動... 等各種形狀的變化，並伴隨著滾子周長的增加。透過本實驗可驗證滾子的運動模式受到轉盤跟滾子的接觸面性質、轉速等因素的影響，而滾子在轉盤速度產生改變時，會因為摩擦力及重力的影響，產生後退或前進的現象。透過分析錄影檔，可計算出滾子的後退角及臨界轉速，促使滾子後退角產生改變的因素除了轉盤的材質之外，原因尚有其質量與表面狀態的差異。除此之外，我們又延伸出其他不同材質、大小的轉盤及滾子，嘗試各種組合，也因此發現把彈簧作為滾子時，能觀察到明顯的共振駐波...等有趣的現象。

一下子就吸引許多人目光的飛行玩具—氣球直升機，是我們這次科展研究的主題。 透過實驗設計與研究，我們發現影響氣球直升機飛行的因素有很多，我們整理出三個面向，包含氣球、扇片、吸管。可想而知氣球越大會使得飛行更久更高；在扇片面向上，使用A4紙包覆、用3個梯形(或圓弧形)的扇片、設定偏折40度角也能增加飛行時間與高度；扇片內的吸管彎曲90度以及使用扁狹狀的出氣孔也對飛行時間與高度有正面影響。若能掌握這些正面的影響變因，相信氣球直升機一定會讓人愛不釋手。

水有三態變化，液態、氣態及固態。平常我們常食用的冰品會因為溫度升高而溶化，由固體轉變為液體，難道只有溫度會影響冰的溶化及掉落嗎？還是有什麼不同的因素會影響冰的溶化及掉落呢？因此本研究設計了不同的實驗，來探討冰在各種不同的變因之下(冰棒棍刻紋、原料溶液、濃度、風速、風溫、水溫、容器中、冷劑添加物等)觀察冰的溶化及掉落情形。

我們想到磁力在生活中無時無刻存在的，那結合風力發電，會如何呢？所以組成了研究小組，展開這次實驗活動。 研究顯示：(1)串連磁鐵數、磁鐵-鐵片接觸面積與磁吸拉力都呈正相關性。(2)磁鐵面對面角度、間距與相斥絕對走角都呈負相關性。(3)正轉走角與轉盤切角近正相關；反轉走角與轉盤切角近負相關性。(4)磁鐵與轉盤切角在30~70度間，正轉/反轉走角比值 > 1，最大比值為1.55。(5)在內外磁鐵比值數為8/4、4/8、8/8時，會突破cogging現象獲得1/2圈。(6)第一代新式風磁發電機，磁鐵間距6.3cm，協助增加78％發電量。 (7) 第二代新式風磁發電機經過直流風洞場實驗，磁鐵間距5.5cm，協助增加70％發電量。(8)攝影求出轉速證明磁力協助風力發電的確是有效，風推轉速越大cogging就越小。

我把兩顆半徑相同的圓球體黏著在一起，在平面上轉動雙珠並用手機從側面與俯視拍攝其運動影片。將拍攝影片匯入電腦，隨後利用軟體Tracker，研究雙珠在不吹氣的情況下，其運動的型態，並且從受力狀態推論其成因。接下來操縱不同半徑的雙珠和對雙珠不同的吹氣方式來觀察對其運動型態的影響。研究發現，雙珠的半徑與不同的吹氣方式造成的力矩對雙珠運動皆會有規律性的影響，因此嘗試建立理論模型來解釋實驗結果的規律性。在最後的進階研究探討，不僅由實驗結果再度驗證上述理論模型的適用性，也發現雙珠運動在磁攪拌機的磁力趨動下也呈現出進動現象。

我們發現黑白條紋的組合具有緩升溫的效果，在不同條紋密度比較時，可以將寬度分成三群(0.2cm，細紋，寬紋)，條紋愈細，緩升溫效果愈好，但小至0.2cm時效果不佳。在黑白條紋系統中，不論1.5cm(細紋)或3cm(寬紋)，外部黑條紋溫度都比白條紋溫度低，而內部則是黑條紋比白條紋高，如此會形成溫差，而有對流現象。我們以銅管模擬條紋溫差，無論溫度是上冷下熱或下熱上冷，經迴歸分析後發現對流速度都與溫差成正比，並具有高度相關性。我們認為黑白條紋內部跟外部皆形成溫差但方向相反而造成對流方向不一樣，產生熱逆對流機制的效果，使熱能不易進入瓶內，具有緩升溫的效果。

我們藉由紅光雷射通過石墨懸濁液的透光率變化，探討沉澱過程中濃度和時間的關係。我們首先測量紅光雷射通過不同配製濃度石墨懸濁液的透光率，建立「透光率-標定濃度」對照表。接著，我們測定雷射長時間(12小時以上)通過石墨懸濁液的透光率變化，發現其濃度變化率隨沉澱遽減，並在標定濃度0.04~0.06kg/m3達近似穩定態。理論部分，我們藉由史托克定律建立不考慮擴散效應的沉澱模型，與實驗結果對照，分析擴散效應對於沉澱的影響。我們推斷3微米以上的粒子擴散效應不明顯，而0.6微米以下粒子的擴散與重力造成的運動達成近似平衡。同時我們比較了石墨粉末在食鹽水中沉澱的特徵，探討介質對粒子沉澱的影響。