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物理科

春暖花開-探究紙花的開花現象

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。

雙珠進動 : 探究兩圓形球體黏合後的特殊轉動現象及其動力機制分析

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。

光芒四射 - 探討光遇到塑膠膜其光學性質關係

在市面上,我們時常見到像透明塑膠袋、透明背包和透明鉛筆袋等,使用塑膠等穿透率高的材料所製作而成的商品,而每一種顏色和其厚度對穿透率及反射率的影響也很高,因此在這次的實驗中,我們定義新的照度單位Arduino,並且將探討顏色、厚度與穿透率、反射率的關係,利用不同顏色的塑膠袋製作出不同厚度的塑膠膜,並黏在挖空的厚紙板上,找出常見塑膠袋顏色、厚度其穿透率、反射率的高低,並且藉由其反射率的規律關係,藉由量化的結果,協助色盲或無法辨色人士辨識顏色。

隧散-電解質與非電解質之擴散界面現象探討-

本實驗使用紅色雷射光觀察與分析電解質與非電解質的溶液擴散界面狀況,發現電解質的擴散較快,不容易出現閃電狀的界面;非電解質的擴散慢,且可能因為氫鍵,不容易快速擴散,閃電的界面容易出現;本實驗重要的發現在於擴散界面會出現有規律的”擴散隧道”,發現電解質的擴散隧道比較快出現,快消失,流動速度快;非電解質的擴散隧道比較慢出現,持續時間長,流動速度慢。在擴散隧道的流動速率分析中,發現電解質的擴散隧道流動速率快,非電解質之擴散隧道流動速度慢,且溫度越高,兩者之擴散隧道速率皆有提高現象,且速率突然變快的溫度臨界點電解質約位於50-65度、非電解質約位於65-80度。

不離不棄的保麗龍箱-模擬高速行駛下小貨車後斗空氣流動的變化及應用

我們發現了一段離奇的新聞:貨車上的保麗龍箱在快速道路上掉落後,竟反彈回車上,究竟是什麼力量造成的呢?實驗發現,當小貨車行駛時,後端因為形狀而產生卡門渦街,當靠近後斗口中間的渦街把空氣帶入後斗口內,就會造成一個往內的吸力。且隨著速度變快,吸力也逐漸增強(約可增加1.2-2倍)。我們經過不斷測試,發現風洞兩側鑽洞後,會在後斗口除卡門渦街外,另外造成一個上進下出的氣流,所以最後成功的還原出當時比中獎機率還低的新聞畫面。我們也研究這個吸力是否能成為車子前進的助力,經實驗發現,其空氣阻力減少率不論是無門後斗或是另外兩種改良型,都比有門後斗多出20%以上,其中V型後斗門甚至可以接近40%,明顯達到減少汽車油耗的效果。

Pipette 熱噴泉

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。

爺爺的Datuk-探討太魯閣木琴音色的變化

為了做出太魯閣木琴標準化製成的標準音,我們以Gold wave軟體分析太魯閣木琴的音色。我們測量三組木琴,外部形質的長短和粗細沒有規則的排列。敲擊同支木頭5點不同位置,頻率有顯著差異。敲擊木頭中間點能發出悅耳及穩定的樂音(頻率誤差在0.001到0.241),旁邊4點可增加樂音變化。木琴底材改為木板時,頻率會增加,且能將不穩定的音色做修飾;底材為鐵板時則沒有規則性。木頭材質不同時,音色也有所差異,鹽膚木音色較輕脆,而油桐木較低沉。將木琴架高至5.3、21、42、47、69、74公分時,有穩定的樂音。則高度在69公分(方便站著演奏)時,將木琴下方放置木板底材,聽起來會有悅耳的樂音。

「橋」見摩擦力-探討達文西橋不同結構之形抗結果

為了發現達文西橋的秘密,本研究嘗試採用不同材質棍子、不同搭橋方式來研究達文西橋承重力與形抗結構。經實驗後發現:(1)與木棍相比下,竹棍的韌性和彈力較好且更紮實,具有較大的承重力,其中,尺寸0.5*0.5*20竹棍的承重力最大;(2)橋體層數越多,越接近拱形,其承重量越大,但三層以上的橋體角度太大,容易崩塌,因此兩層的達文西橋為最佳;(3)竹棍間的實際接觸面積愈大、支點愈多時,摩擦力就愈大,橋體將會愈穩固,如直橫交錯鋪滿的橋體;(4)地面材質的摩擦力太大或太小皆不適合搭建達文西橋。因此,使用較多棍子搭橋不一定好,並且需要考慮棍子材質、搭橋方式,以及地面材質的影響,才能搭出穩固、承重力大、形變率小的達文西橋。

音箱 別有洞天

本研究自行發展了自製音箱與撥弦工具,並試圖對不同形狀的音箱、不同的音孔數和不同的音孔形狀進行操縱,最後我們獲得了16組實驗數據並進行交叉比對,同時對各種組合音箱的最大響度進行比較。結果發現最大響度順序為:正方形音箱搭配正方形單孔音孔板>長方體音箱搭配正方形雙孔音孔板>橢圓柱體音箱搭配正方形單孔音孔板>圓柱體音箱搭配正方形雙孔音孔板,由此得知:底面為矩形的音箱>底面為圓形橢圓形的音箱,且單孔效果較雙孔好,正方形音孔表現最佳。

消聲匿跡

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。