全國中小學科展

物理科

萬籟怎會俱寂-充滿杯中的聲音

將麥克風放在燒杯裡,遠處的喇叭所發出的聲音,會充滿整個燒杯容器,在裡面迴盪,並且透過麥克風,將聲音回授到擴大機內將聲音放大,再傳到燒杯內的麥克風,又傳回擴大機……,這樣的現象叫做聲音的回授。 經過實驗的證實: 一、 用手蓋住瓶口,回授音即消失,聲音果真充滿容器內。容器越小,回授的聲音頻率越高。 二、 不同距離產生的回授音頻率曲線呈現高低起伏的鋸齒狀。若將鋸齒的高點當波峰,相鄰兩波峰的距離當波長,可以求得聲音在當下溫度時的速度,與理論值誤差很小。 三、 量筒(閉管)內的回授音,因與擴音器的聲源形成兩聲源的聲波干涉現象,量筒內相鄰的兩相近高頻間的距離(波長),與頻率(或測得頻率的倍數)的乘積會等於聲速。

翻滾吧!飛輪

飛輪這個有趣的科學玩具在許多地方都看過許多次了,但對於飛行的科學原理都不大明瞭;我們利用伯努利定律討論飛輪飛行的原因後,使用控制變因法進行三階段的實驗設計,探討操縱變因對飛行距離的影響;從實驗結果可得到三項結論:一為飛輪長度為2.5cm 與5.0cm 其飛行距離最遠,當長度增加時風阻與重量的影響導致飛輪不穩定;二為最佳前端重量為絕緣膠帶纏繞10 圈時,其飛行距離最遠,如前端重量減少時太輕容易被氣流影響、前端重量增加時太重會提前落地;三為發射台發射的平均飛行距離均勝過手臂直接拋擲,顯示出我們組裝的發射台以及設計的實驗具有相當的準確性;這次科展實驗結果可提供給家長、教師與學生們一個簡易的模板參考。

支「璃」不破碎-載玻片與撞擊之研究

本研究主要以強化載玻片,避免掉落時斷裂碎片噴濺傷人之實驗為主,利用課堂中包埋昆蟲標本的環氧樹脂,結合觀察實驗常用到的載玻片,進行多層次的包埋。我們調配環氧樹脂,把玻片浸泡後放在透明投影片上,最外層再用資料夾加以固定,一天的時間後即可取出包埋後的成品,進行掉落實驗,自不同高度下推落及滑落,比較經過不同層數包埋的載玻片間強度的變比,亦比較相同的層數下,橫置掉落或直置掉落,載玻片能承受多少次掉落才會斷裂。研究結果顯示,載玻片的強度隨著包埋的層數而增加,推估為撞擊點因素,造成載玻片斷裂之情形。

膜透心思-薄膜滲透之研究

傳統的過濾器(如濾網、濾紙)是留下較大的物體而讓較小的顆粒通過孔隙,但液體薄膜(如皂膜)卻是相反的過濾機制,它允許大顆粒通過而保留住小顆粒且液膜在顆粒穿透後會有自我修復的特性。本研究以保麗龍球對皂膜的穿透實驗來探討球體大小、皂膜半徑、球體掉落距離、皂膜調配比例等因素對皂膜過濾機制的影響,並確認皂膜對顆粒分離「通過與保留」的選擇,取決於球體落下能量與液膜拉伸的表面能之轉換有著密切關係。

Rangay-壓鼠陷阱變捉貓神器

泰雅族的傳統陷阱中,利用重力位能儲存能量下壓後,來捕捉住動物的陷阱,統稱為Rangay。老師指導我們,以Rangay壓鼠陷阱為基礎,設計了多組的實驗來探討其安裝方式及科學原理。實驗過程中,我們熟悉了Rangay壓鼠陷阱的安裝方式,也學習祖先流傳蘊藏在Rangay壓鼠陷阱中的智慧。研究過程中,對於槓桿、力矩、摩擦力、重心、繩子張力、合力分力等物理觀念也有進一步的了解。我們參考前人經驗,突發奇想把Rangay壓鼠陷阱做了些調整,將石板換成了籃子,用來捕捉校園裡的流浪貓。過程中遇到的某些難題,也能利用實驗得到的結果及習得的物理觀念,逐一克服解決難題。最後也多次利用改裝調整後的陷阱,成功活捉到流浪貓。所以我們將它稱為捉貓神器。

原鄉蜻蜓夢 —時間停留術

實驗構想來自部落耆老童年玩具,從製作竹蜻蜓與發射系統,過程中嘗試解決許多實作上的問題,最後用手電鑽帶動漁網線,透過線和竹蜻蜓尾桿的摩擦力讓它本身旋轉。在它旋轉時打擊空氣分子產生康達效應,因失去能量而產生升力,當升力比它的重力加空氣阻力大時,它會慢慢脫離發射台,最終目標讓竹蜻蜓停留在空中時間最長。實驗中設計不同對葉片竹蜻蜓在尾桿纏繞線不同圈數下,觀察它停留在空中的時間,最後結果發現在穩定條件下,因為二對葉片具有比一對葉片大的升力,且比三對葉片輕之特性,所以二對葉片停留空中時間最長。此次研究不僅能讓實作加入物理基本原理,更能探究實務與理論上差別,且融入到原住民文化課程中,從中思辨出文化與科學的智慧。

『題西林壁』新解-應用鐵磁流體作為磁力線觀測器之研究

本研究主要是利用鐵磁流體作為顯現磁力線的工具,希望能對各種磁力特性深入瞭解。研究發現:鐵磁流體感應磁力產生錐狀凸起之特性較鐵粉更易量化分析磁力變化現象。若是磁力線方向和鐵磁流體表面垂直時會看到產生錐狀凸起現象;磁力越強,則錐狀凸起現象會越密、越短。若是磁力線方向和鐵磁流體表面平行時,則看不出錐狀凸起,但可以從鐵磁流體分布範圍推測,越集中但厚度不高則代表磁力越強。研究中也發現磁鐵加鐵片時,磁力線最密集的位置移到磁鐵和鐵片接縫處,此處磁力明顯增強。而通電線圈中間插入鐵棒形成電磁鐵,鐵棒端點磁吸力增強的原理和磁鐵加鐵片後磁力增強的原理相似。鐵磁流體錐狀凸起在距離磁鐵越近時會越短越細,排列也越密集。

『題西林壁』新解-應用鐵磁流體作為磁力線觀測器之研究

本研究主要是利用鐵磁流體作為顯現磁力線的工具,希望能對各種磁力特性深入瞭解。研究發現:鐵磁流體感應磁力產生錐狀凸起之特性較鐵粉更易量化分析磁力變化現象。若是磁力線方向和鐵磁流體表面垂直時會看到產生錐狀凸起現象;磁力越強,則錐狀凸起現象會越密、越短。若是磁力線方向和鐵磁流體表面平行時,則看不出錐狀凸起,但可以從鐵磁流體分布範圍推測,越集中但厚度不高則代表磁力越強。研究中也發現磁鐵加鐵片時,磁力線最密集的位置移到磁鐵和鐵片接縫處,此處磁力明顯增強。而通電線圈中間插入鐵棒形成電磁鐵,鐵棒端點磁吸力增強的原理和磁鐵加鐵片後磁力增強的原理相似。鐵磁流體錐狀凸起在距離磁鐵越近時會越短越細,排列也越密集。

造一座彩虹橋

生活中不可或缺的的陽光是由各種色光混合而成的,在光線進入另一個介質時,因各種色光前進的速度不同而產生偏折,當偏折的角度很大或經過兩次以上偏折後,各色光就分道揚鑣啦﹗這也就是我們俗稱的彩虹。天上的彩虹是因為陽光照射小水滴折射又反射產生的。 在偶然的機會發現魚缸邊出現絢麗的彩虹,讓我們對對彩虹產生濃厚的興趣,透過調整彩虹實驗箱遮光﹑水位高低及光源入射角度,還有使用不同色的雷射光的過程中,我們印證了在網路上搜尋到的資料及發現了各種變因對實驗結果的影響,也同時有了改造永安漁港彩虹橋原本夜間照明方式的想法。我們以繪製彩虹橋模型,並進行光線偏折投射的方式,來探討這個想法的可能性。

「磁」母「水」中線―排水口的廢水環保發電機

我們使用可再次回收利用的環保材料,用電磁感應的原理和銣硼強力磁鐵設計成小型的發電機,並且將這個小型發電機放在洗手台和排水口出口的地方,讓水流帶動發電機來再次利用水流而不會浪費。我們先比較了線圈粗細、圈數、長短、層數的磁力哪個比較好,發現圈數最為重要,因此選擇直徑0.2mm的線圈,可以纏得圈數最多;再接著比較200圈、400圈、600圈和800圈的電壓、電流,發現600圈效率最高,並發現600×8的線圈設計,最高可產生2.3伏特的電壓;最後我們使用了不同片數、角度的扇葉,以及不同高度的水流位置,找出最有效的發電方式,希望以體積小、效率高的優點,將來能使用在各個排水口的環保發電能源。