物理科

在日常生活中，任何活動幾乎都離不開電能，而照明是占所有電能消耗中相當重要的一項。許多室內場所都使用了輕鋼架與日光燈箱來做照明的設計。因此我們這次便設計了一個實驗，利用智慧型手機上的光照度感應器，配合APP軟體，來研究各種的日光燈箱位置組合，與空間中不同位置照度的關係。同時，最近有許多場所為了節約能源，會將日光燈箱中的部分燈管拆除。因此，我們也以這樣的方式進行照度測量。實驗中我們得到各種輕鋼架日光燈箱組合，在空間中不同位置所產生的照度，同時探討拆掉部分燈管時，對桌面照度所造成的影響。最後再進行T9日光燈管(傳統)與T5日光燈管的照明面積、照度與用電量的比較。

若將物體放在容器中，從上方開啟水流，物體不會下沉，反而迅速上浮！我對此感到好奇，便展開了研究。 我首先實際操作實驗，發現物體受力越大，上升速度越快；流體雷諾數越大，物體上升速度也越快。再以「COMSOL Multiphysics」模擬研究，獲得此現象之詳細資料，發現此現象有許多不同的流動模式，也得到和實體實驗等價的結果。 此現象可應用於農作物揀選與清洗之機械，揀選精細度達到一公克以下，有極高的應用價值。

本研究是從改良虹吸管實驗將水引出的使用習慣出發，進一步探討旋轉彎管對管內水面升降的影響。 首先在研究1和2中發現在空氣中旋轉管子後，管內水面上升，旋轉愈快及旋轉半徑愈大，水面上升愈高。在研究過程中，意外發現管內水面有時不升反降。因而設計研究3，直接將管子上下顛倒，改由在水中旋轉，管子轉愈快及旋轉半徑大，管內水面下降愈大，且變化幅度比研究2明顯。甚至可將空氣引入水中，增加水中含氧量達18%。 最後研究4中發現傾斜彎管其傾斜角度愈大、彎管鉛垂向下且出水口端低於水面時，當旋轉後，最能啟動虹吸管減少抽水時間，外管愈長抽水愈快。值得一提的是彎管並非在旋轉半徑大時抽水最佳，此與前三個研究結論顯然不同。

颱風過後，學校好多水塔蓋都不翼而飛，我們幾個同學很驚訝，想進一步探討水塔蓋被吹走的物理原理為何？便進行了一系列實驗探究。首先，尋找出強而穩定的適當風源，最後改良成四小扇前後間距2cm時，因產生類似氣流倍增作用，所以產生較強的風速。實驗發現，愈靠近出風口處的風速愈大，減輕的重量也愈多。 根據伯努利定律，減輕重量是風速差造成壓力差所產生的作用力。蓋子之所以會被吹走，是因為靠近出風口處的風速較大，產生較大的向上作用力，蓋子便先從此處被掀起，一旦蓋子被掀起，風力垂直作用於蓋子的面積就愈大，蓋子就愈容易被吹走。 最後，我們將頂蓋改良成不同的型式，發現邊緣高度為外斜型式的頂蓋，具有很好的避免被強風吹走之效果。

面對地球暖化及夏天的炎熱，除了開冷氣，有沒有其他方式可以降溫呢？我們以三個研究過程來了解顏色與溫度上升間的關係，首先我們以紅外線溫度計實測學校球場和跑道，得知相同材質但不同顏色的地面，在陽光曝曬下溫度確實有差異。緊接著我們進行以紅外線溫度計量測各種常見顏色及同色系不同明亮度的紙張，得知顏色色相及明亮度與溫度變化有顯著的相關性。最後我們以各種顏色及同色系不同明亮度的紙張密封保麗龍盒頂部，模擬觀測太陽曝曬下室內溫度的變化，並自製氣體溫度計用於量測密閉空間中的溫度變化，得知密閉保麗龍盒內部溫度變化與其頂部密封紙張的色彩色相及明亮度均呈現顯著的相關性。

無意間看到許多空手破玻璃瓶的影片，感到很神奇，便進行了一系列的實驗探究。首先，想辦法克服了用空手就可以順利將玻璃瓶擊破的方式，再來便設計實驗來找出破瓶的原理，特別的是，我們自製了一個壓力變化觀測器，可以用來觀測瓶內液體所受壓力的變化。最後，真正破瓶的奇妙原理被我們找出來了，主要可分成兩個部分：一是利用力的慣性作用，使得水與瓶底發生瞬間分離，因而產生了真空泡。二是利用真空泡的壓力幾乎等於零，使得周圍的水瞬間往真空泡收縮而產生震動，因而震裂了瓶底。這個發現也破除了一些人認為這個實驗會造成危險的疑慮，因為真正破瓶的原因，是由於水瞬間收縮而震裂瓶底，而不是會讓玻璃瓶爆裂碎片四飛造成危險。

看見生物體表顏色，認為生物就是那種膚色或是有該色澤的毛髮，青蛙有綠色的皮膚、棕熊有棕色毛髮。北極熊乍看之下是白色的就有白色的皮膚或是白色的毛髮。但實際上毛是透明無色的而資料顯示北極熊皮膚是黑色。與常識有所矛盾。經由玻璃、塑膠片、釣魚線的實驗發現，這是因為光的緣故─光照射於細小物件上時，產生了漫射。讓原來黑色的皮膚被掩蓋，透明的毛髮也無法表現出來，而呈現出白色的北極熊。 實驗過程中，我們製作一個仿北極熊皮毛的模型(黑色底色、透明的毛髮)，置於暗箱中做觀察。發現透明的釣魚線，在光照射下呈現白色，同時也掩蓋了釣魚線下方黑色的黏土。證實了北極熊的體色是因為光漫射的緣故，視覺上看起來呈現白色。

本研究以紙花的開花現象快慢為主，利用生活中常見的紙張，結合課堂中學到的紙花，將各種不同材質的紙摺成紙花，比較紙張材質之延展性下，給予不同能量的控制，如：紙張材質(孔隙數多寡)、紙張面積大小、紙花底部吸水面積、紙花底部摺線。除此之外，亦比擬氣溫，由相同流體性質的水來進行實驗，透過實驗結果推測紙花克服摺疊後所產生的力矩在水中開花與何者關係較密切。研究結果顯示對於紙張質料本身最直接造成紙花開花現象的快慢差異，採用教學常用之蠟光色紙為實驗器材。另外，透過溫度比擬實驗得知，當平均溫度到達30至40度之間，將會造成紙花開花現象速度加快，可推知在溫室效應下，當氣溫上升，此時紙花開花現象也會隨之增快。

實驗課，使用攪拌器的攪拌子都是磁鐵，鐵磁性及非鐵磁性物質不能使用嗎？本組自製攪拌子，比較前兩者與磁鐵當攪拌子之優劣。研究過程中，非鐵磁性攪拌子由於磁吸力太小，無法運轉，故排除。唯有鐵磁性物質可行，在長度、直徑、重量與磁鐵攪拌子都相近下，觀察兩者在各條件的攪拌效果，顯示：攪拌時液面無漩渦則失速轉速與攪拌子到轉盤的間距呈線性關係。在相同條件下，磁鐵攪拌子的失速轉速永遠大於鐵磁性物質。磁性攪拌子的優點是可作業75%濃度之甘油，符合實驗室大部分所需條件且失速時不會懸浮、彈跳，相對安全，更具優勢的是內芯成本1顆不到0.4元，非常便宜。磁鐵攪拌子的優點是高濃度甘油(100%)作業無可取代，使用功能佳，不易失速。

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。