全國中小學科展

物理科

複眼「視」界不複雜

科學報導提出蒼蠅的視覺會被斑馬條紋擾亂,生活中也發現打蒼蠅時蒼蠅總會先一步飛走,我很好奇蒼蠅用複眼看到的世界,於是動手製作透明複眼模,但每顆複眼小眼太大顆且相連處有空隙,無法模擬複眼看到影像,所以改用投影機專用複眼鏡片來實驗。首先模擬蒼蠅複眼看到的斑馬影像,並計算斑馬外觀所佔整體複眼影像中的複眼顆粒數量比例,發現蒼蠅飛近斑馬影像越來越大時,複眼看到斑馬外觀所佔的比例越來越低,此導致斑馬條紋會擾亂整體複眼的影像。而透過複眼鏡片觀察節拍器上手掌的前後和左右運動,結果發現在動態成像中複眼比人眼靈敏,而兩個複眼鏡片疊加形成的莫列條紋,在轉動20度與40度疊加時靈敏度最高。複眼真是大自然演化的精心傑作。

「視」界大不同

在限定之測量範圍內平行光源的照度跟距離幾乎沒有關係,而發散光源的照度確實會隨著距離的平方呈反比關係。自製平行光源可將一燈泡放置於一已知焦距之凸透鏡的焦點上,光源透過透鏡後即可充當平行光源使用。理論計算與實驗結果皆證明矯正後之視力因為透鏡組合已重新調整焦距,故近視眼戴眼鏡,其眼觀世界會變亮、變小;而遠視眼戴眼鏡,其眼觀世界會變大、變暗。散光眼戴眼鏡後,其眼觀世界還是會比正常眼模糊。我們可以成功製作出一簡易教具模型當作課堂上之教材教具來說明近視、遠視與散光其成像位置的關係與其亮度及成像大小的不同,尤其利用廷得耳效應、平凸透鏡組、雷射筆以及壓克力改裝之散光眼矯正操作模型更可完整充作課堂之教材教具。

一擺未平,一擺又起—變態耦合擺拍擺動之研究

耦合振盪的現象最早由物理學家惠更斯從鐘擺的振盪發現,本研究探討之耦合擺現象即為耦合振盪現象。實驗在長線上掛上兩條細繩,兩繩分別掛上同質量砝碼,再分析耦合擺運動軌跡;分析得一擺擺動振幅增大時,另一擺則會減少。藉改變兩擺間距和擺長發現:兩擺間距影響兩擺振盪週期,兩細繩同長時,週期隨擺長規律增長。在不同數量的擺中,三擺和五擺透過改變多擺的擺長排列方式,發現各擺間的能量會有不同的轉換,規律因此各自有異。除此之外,我們發現彈簧對振盪的影響與棉繩相似,磁鐵在同極和異極時皆呈現明顯左右規律地晃動情形,振盪軌跡和無磁鐵時不同,振盪週期也會變長。上述變因對耦合擺在各擺間的能量轉換有關。

天然的風扇-黑白條紋的空氣對流

全球暖化越來越嚴重,想知道黑白條紋是否有助於空氣的對流或升降溫,可以減少能源消耗和耗電的降溫設備等。此研究在木板上塗黑白條紋的油漆,利用粗細、顏色,測試木板的升、降溫速度。並利用紋影法觀察氣流的變化。 研究發現,任何顏色的木板都有氣體的流動和對流。其中,有黑白條紋的對流較其它明顯。也發現,黑色區塊越大對流就越強烈,如果在黑色的區塊加入適當的白條紋,對流效果比純黑色強。 最後發現,粗黑細白氣體的對流效果最大,升降溫最快,可用在一些需要快速升降溫的物品。例如:太陽能板、杯子。細黑細白條紋升降溫最慢,可用在一些需要保溫或維持溫度的產品,例如保溫箱、孵蛋箱等設備,這樣不僅可以節省電費,讓生活變得更舒適。

哈利波特的隱形斗篷-鏡像匿蹤的隱形探討

我們從小說及電影中認識隱形斗篷,並對於隱形斗篷的存在感到驚奇。因此想探討它隱形的原理,並嘗試自製簡易的隱形裝置。我們初步以(1)文獻探討法(2)調查法(3)實驗法(控制面鏡及透鏡之不同種類、大小、位置、光束射入的角度等變因)(4)暗箱法進行研究,探討隱形原理,達到研究目的,擴展研究成果,讓更多人喜歡研究科學。

水中龍捲動起來!

漩渦樣態像極了水中的龍捲,生活中有許多水中龍捲的發生與應用。我們想要製造出美麗完整的多龍捲,並且讓它們能自由自在的移動,那麼需要哪些條件呢?首先本研究先從電磁攪拌器產生的水中龍捲了解基礎特性,然後自製小體積的可移動水中龍捲產生器,接著有系統的實驗,依序由移動單龍捲、移動雙龍捲、再到移動三龍捲,逐步探索移動水中龍捲的生成條件與影響因素。實驗結果發現水中龍捲會受到移動速率與彼此距離的影響,移動越慢越有利於生成,而多龍捲之間過於靠近則會有相互消長的變化。值得一提的是,旋轉移動的方向如果與龍捲自轉同向,竟然會讓各種移動多龍捲的生成,全部都有顯著的提升。移動中的多龍捲具有豐富多樣的變化,十分有趣。

「海浪大力士」-沿岸海浪能量取得的探討

台灣四面環海,相當適合大規模建置海浪發電,若我們能在海岸邊興建發電機,不僅可以降低海浪發電的成本,同時也能保護海浪對海岸的侵襲。本研究中,我們使用水輪機盒來獲取波浪的動能,然後藉著改變水輪機盒的結構,以及海浪及海岸狀態,可依據(1)水輪上緣切齊水面且與海岸維持一小段距離;(2)將水輪機盒建置在海浪較大及斜度約40度之海岸;(3)水輪機盒使用導流板、4片扇葉、凹入距離較大及適當高度的水輪;(4)使用數量適當的水輪排列等四項結論,提升獲取能量效益。本研究為能分析細微之能量差異,以水輪拉動物體來表示其能量取得之能力,探討高效益的水輪機盒雛形及沿岸海浪發電的可行方法。

Hologram

在此篇研究中,首先我們探討以刮痕製成的刮製全像圖形成的基本原理,也就是我們的雙眼之所以能看到立體影像的原因乃是來自大腦的錯覺。在探討基本原理之餘,我們為了實作的需求,研究的變因更包含了觀察者角度、入射光角度、刻痕半徑、入射光顏色、材質、刻痕深度去作探討,而以上對於製作此種刮製全像圖有莫大的實質幫助。 由觀察者角度的實驗,我們發現了影像隨觀察者角度移動的趨勢。光的入射角會影響成像的位置,而刻痕半徑則會影響影像深度。而我們也發現入射光線是什麼顏色,影像就會呈現什麼顏色。實作方面:選擇反射率較好的板子其成像愈亮;深的刻痕中光線較難反射到我們的雙眼。我們並發現所有變因的結果皆符合最初推論「成像原因」的理論。

飛輪騎跡~以tracker追蹤姿勢與車身調整,影響身體軌跡運動數據之探究

用tracker追蹤身體定點運動數據,探索研究模式! 軌跡加速度部份:取扣片坐姿, 選擇Y軸速率加速度,確立分析基準。踩踏Y軸端點加速度在此只是速度參數,代表此點之前半圈施力力矩的盈餘¬¬。調整車身遠離標準坐姿,發現固定轉速加速度偏大,代表一圈內有快慢,圈內升速需更用力。此外,我們用模型推出坐墊位置的調整方案,並找出身體角度影響施力的相關性。 功率計部分:測功率算踩踏力量,發現一圈內快慢加速影響功率數據波動大,可以用回歸判別合理數據。高轉速高功率,發現力量增幅並不大;大齒比需要耗更多力去對抗齒比倍率之外的額外阻力;訓練台功率比對軸心功率,機械效率為0.8。 圈整踩踏細節,結合功率力量,希望能完整描繪輪轉踩踏的力學輪廓。

抽刀斷水水難流-水柱斷流的探討

這個研究想要探討水柱斷流的機制和影響因素,我們發現在斷流前,水柱會產生一節一節的現象,因此想探討節點的產生和水柱斷流是否有關係,根據之前的科展報告,一種說法是節的產生是因為表面張力;另一種則是節是水流因撞擊而產生的波。我們設計了實驗來分析水流量、節點、表面張力、黏性對水柱斷流的影響。