物理科

本實驗以不同玻璃杯型以及盛裝不同液體探討振動頻率，以AUDACITY進行頻率分析，其中無腳座玻璃杯在杯口所形成的波數為n=1, 2, 3…；有腳座玻璃杯在杯口所形成的波數為n=2, 4, 6…。此外腳座可讓玻璃杯更穩定地振動，頻譜上也清楚呈現特徵頻率且有倍頻關係。手摩擦所有玻璃杯主音皆為n=2，且強度大於其他泛音百倍以上，視為純音樂器；敲擊杯口與摩擦杯口的主音(n=2)頻率相同，但產生許多雜音，不適合作為樂器。另外從能量守恆角度推導玻璃杯裝有液體的頻率公式，並以實驗驗證推論，其振動屬於一端受力的「集中負荷」情形，其液高與頻率可以用函數表示。未來希望能進一步以位能角度探討空杯的振動頻率公式，並從黏度探討液體位移速度與玻璃杯位移速度之間關係。

小茶種紅茶是我們家鄉的在地物產，結合學校課程特色，探究不同重量、不同季節和不同品種的紅茶沖泡出來的茶湯，發現經過冰箱冷藏後，僅有一部分產生茶乳現象(Tea Creaming)，還發現溫度回升後會恢復清澈茶色。透過物理光學觀測試著找出茶乳現象的臨界時間，此時所對應之環境溫度、茶沖泡濃度與茶品種關係，預計未來能夠作為評斷好茶的一種輔助工具。 研究中發現，不是所有的茶都會有茶乳現象，只有觀察到紅茶會產生現象。其次，觀察到茶乳現象之紅茶濃度需足夠才會產生茶乳現象，其中觀察到夏茶產生茶乳現象明顯、冬茶則無。最後透過不同茶種，觀察到小葉種紅茶會產生現象，大葉種紅茶則未觀察到。期望讓品嘗紅茶的愛好者，未來多一個紅茶能夠參考其價值之依據。

我們將長條棒狀物，一端固定後水平轉動落下撞擊鐵球，測量鐵球擺盪的高度，來尋找其打擊甜蜜點。我們發現棒狀物的長度和寬度都不會改變甜蜜點在全長的比例位置。而材質、重心的改變會影響甜蜜點在全長的比例位置。在實際測量羽球拍後發現，廠商會控制球拍重心將甜蜜點置於拍面正中央，讓使用者有較大的擊球面積，不易失誤。建議握把布也要盡量使用重量輕薄，以免改變球拍重心，導致甜蜜點下移，影響擊球力道。

為改善環境噪音(多在80~160 Hz中低頻)，探討裝潢用密集板在開放環境中對噪音改善的效果。近年因COVID-19防疫，產生大量用過但環境無法消化的口罩垃圾，因此想善用廢棄口罩加入密集板，探討多層結構，並比較校內樹種對中低頻的吸音效果。 實驗顯示，密集板內孔距4 mm、孔徑5 mm、孔深15 mm及厚度15 mm時，對100 Hz頻段的吸音效果最佳。最佳孔深若取板厚深度會造成穿透，讓密集板不易清理，故採孔深3.75 mm，效果次之。加上口罩材質作夾層，嵌入吸音孔內，內層複合不織布面向音源，音量動態變化率多增加55.5 dB/s。另，發現植栽中二葉松吸收中低頻噪音效果最佳，樟樹、茄冬與榕樹次之。

看似簡單的遊戲射氣球與專業的射飛鏢競賽有什麼差異？「射飛鏢」有什麼科學原理？又應該掌握哪些技巧才能提高命中目標的機率？利用自行設計製作的「飛鏢發射裝置」和「類風洞實驗裝置」對射飛鏢不同的變因進行實驗分析，結果發現：相同射出角度且作用力愈大、放鏢位置較早的情況下，飛鏢飛行高度較高；射出角度小且作用力大、放鏢位置較晚、拿鏢位置在重心、鏢翼較小、較短或數量較少等情況下，可以得到較大的水平速度。鏢翼因回復力矩作用具有使飛鏢保持鏢頭穩定向前的飛行姿態，而太大或太寬長的鏢翼因飛行中回復力矩過大，使飛鏢擺盪幅度較大，較不易控制飛鏢落點。依據研究結果，最後找出如何調整相關的變因和步驟，順利準確的命中靶心。

本研究將裝入定量純水之量筒放入容器中，敲擊量筒，並探討量筒外水量、水位與頻率變化之關係。研究後發現，敲擊量筒後，會產生相對低、中及高三種頻率，其訊號強弱與量筒內外水位高低有關。 我們以水位高度代替水量，來驗證影響頻率變化的僅為靠近量筒內外之有效薄層水體，結果顯示，當水位高度達一定，就能滿足共振條件，而非整體水量。量筒外水位對頻率之影響呈階段性，第一階段頻率變化不明顯，第二階段頻率隨水位增加而降低，第三階段薄層水體達共振條件，頻率持平。 此外，當水位高度一樣，內、外薄層水體相差不多時，頻率可能會相近，但大部分是量筒外有水時較低，推測可能因量筒厚度、底座或量筒內外水體存在空間不同造成之結果。

魚尾船是一個類似搖櫓船的科學玩具，設計上應用到曲柄與連桿，利用前軸曲柄來帶動後軸曲柄產生拉與推兩種運動狀態，使尾槳可以來回左右的擺動。我們發現尾槳擺動角度、尾槳處所裝的魚尾面積、魚尾形狀、魚尾柔軟度和魚尾尾鬚長度等條件會影響到尾槳擺動頻率、尾槳提供給船的推進力和船身前後歪斜程度，進而影響魚尾船船速的快慢。 尾槳擺動頻率會影響尾槳提供給船推進力的持續程度，尾槳推進力提供船前進的力量，而船身前後歪斜程度會改變船身與水的橫斷面積，進而影響船前進時受到的水阻大小。當尾槳持續提供給船的推進力與水阻兩股力量互相作用後，最後提供船前進的合力越大，則船速會越快。

本研究採用程式推算與實測驗證實的方式，試圖找出能產生最強磁力的磁鐵排列組合。實驗結果所找出的排列方式與海爾貝克陣列（Halback Array）一致。另外，我們嘗試製作「磁力線魔鏡-Ferrocell」來觀察上述實驗的磁力線形狀，探討磁力線與磁力的關係。「磁力線魔鏡」可以方便、清楚的看到磁力線形狀，或許能成為課堂上不錯的教具。最後，我們進行引導磁力線的實驗，利用矽鋼片改變磁力線來增強磁力，觀察各種鋼片與磁鐵的搭配方式對磁力大小有什麼影響。同時也試做了可以開啟、關閉磁力的「磁力開關」，展示改變磁力線的實際應用。

本研究以紋影攝影裝置為實驗工具，拍攝氣流流經物體時其軌跡變化，過程中我們清晰的看見康達效應，證明氣流流經曲面時會改變原行進方向。且發現風源須與圓柱體維持適當距離，方可產生最明顯的康達效應。此外，當氣流流經柱體，其側面夾角小於120°時，所產生的康達效應最不明顯；夾角大於135°時較明顯；流經圓柱體時最明顯，其中當底部直徑大小與氣流範圍相當，康達效應尤其顯著。另外，氣流流經適當曲率的水滴形物體，可順流通過之；而流經不適當曲率的水滴形物體則會產生紊流，不過利用導流板便可改善此問題。最後，我們運用本研究結果，在冷氣機出風口設計了S型曲面導流板，優化氣流流動方式，達到較佳冷房效果。

老師說了一個用打豆的農具來敲打豆莢，取出豆子的故事，故事中最引起我們注意的是「打豆農具—連枷」。我們利用竹竿、木條設計小型的「連枷模型」器具，實際操作後，發現連枷的長、短竹桿是同步運動的，也知道自由落體的運動使連枷的短竹竿產生重力轉動。 我們利用小型的摹擬連枷工具，探索擺動桿和敲擊板間產生的撞擊力，發現當敲擊板和擺動桿之間的夾角越大，撞擊的力量越大；當敲擊板的重量越重，長度越長，敲擊的力量也越大；而且重物從越高的地方掉落，撞擊擺動桿，使敲擊板產生的力量也會越大。最後我們利用「小型摹擬連枷工具」來敲擊堅硬的食品，真的可以敲碎，幫助了全口假牙的爺爺，可以高興的吃到喜歡的食物。