物理科

本研究依據「微波電場」造成導體「集膚效應」 的原理，希望探討葡萄在微波爐中產生微波電漿的產生方法及影響因素。過程：進行聚丙烯酸鈉橫截面直徑大小、微波強度、 鋁箔紙角度、線圈間距及線圈圈數等對電漿產生的影響。藉由本研究實驗結果證實：在微波電場中對導體產生的集膚效應，進而激發表面尖端放電進而引發周圍氣體被激發成為離子態進而進入電漿態。而當線圈圈數變多時，會發生短路現象，釋放高溫高熱，使溫度和亮度均升高，但也造成電壓相對下降。我們也進行了線圈金屬材質的實驗，發現鐵(鉛線)因為是磁性物質，因此能夠產生較高能的電漿；漆包線圈因為有機物質可以產生功率較高的電漿。

模擬高風速對模型遙控車產生之Double D (Downforce下壓的力與Drag阻力)比值切入空氣力學套件角度研究。下壓的力增輪胎抓地力，轉彎速度增快，縮短單圈時間 (lap time)贏得比賽。我們選取Nissan GTR與F1 Ferrari SF21遙控車，以巴沙木自製單層、雙層(主副翼不同角度組合)、三層共17組尾翼，自製風洞模型、掃葉機風力、2個電子秤同測前後輪下壓的力、拉力計測阻力，發煙機及LED燈拍攝氣流。結果發現尾翼寬度增寬與尾翼攻角越大，可增加下壓的力。阻力與風速平方成正比，相關係數0.94。對雙層尾翼，增加副翼角度比主翼角度更可增車子下壓的力。主翼0∘-副翼75∘造成「總下壓的力變化量/阻力變化量」比值0.78為最大，乃增加穩定度之最佳尾翼選擇。再以3D列印技術製作出最佳主翼0∘-副翼75∘尾翼。

我們實驗目的主要是探討影響空氣動力車行進距離的因素為何？瞭解其在車身大小與重量相同時，藉著改變針筒大小、針筒容量、重心、車輪大小與車頭，來瞭解影響空氣動力車行進距離的因素，並針對改造車體結構對行進距離的影響來進行實驗與探討，驗證我們的推論。藉此充份掌控一些空氣動力車的製作技巧，期望最終能夠做出一台可以跑得最遠的「究極空氣動力車」。

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。

本研究由高壓電和火箭得到靈感，嘗試自製一離子推進器模型。本組亦嘗試以不同金屬針、間距、金屬針種類及銅管長度、數量來觀察其離子推進器推力大小，找出推力最佳的組別和其狀態，並試圖探討高壓離子通路間距不同之電暈性質。實驗後發現，離子引擎推力最佳設計為正極為6.5公分長不鏽鋼針、負極為3.5公分長銅管七根、間距0.3、0.5、0.6公分較佳，推測是由於離子通路反應方式、氧化面光潔程度及極端表面積影響推力變化。亦發現部分金屬針有氧化情形，希望能找出不易氧化的方式。為探討推力與通路電學性質，本研究亦設計一套電路，了解高壓離子通路電阻、電壓、電流關係，並和推力實驗比對。未來我們將探討不同種金屬針離子通路性質。

本研究旨在探討平底不倒翁之可行性，以及影響平底不倒翁成功與否之關鍵因素。我們透過懸吊法找出物體的重心位置並設計實驗，實驗發現在容器內部不同位置加上一塊華司，能顯著改變整體的重心位置，其次影響平底不倒翁的關鍵是重心的位置及容器底部是否內縮，而重心的位置又與附加物重量、位置等息息相關，透過容器不同傾斜角度的實驗與槓桿原理的分析，我們發現重心越低越容易成功。此外平底不倒翁的成功條件有二，一是使用上緣大於下緣的容器或容器底部內縮，二是底部黏附的重物密度夠大或是也能內縮。平底不倒翁確實可行，且可以將其概念運用在生活中，例如改良交通錐、安全防撞桿、兒童餐具、玩具、直立式電風扇等。

我們從網路影片發現海豚能夠吐出環形氣泡！對環形氣泡產生興趣後，我們自製以相同力道製造環形氣泡的施力裝置，進行環形氣泡產生方法和變因的探討。我們推薦以空氣砲製造環形氣泡。空氣砲使用3D列印中空圓筒瓶，瓶底包膜以繡框固定矽膠保鮮膜，並以推膜施力。我們以細小氣泡作為顯影顆粒，進行簡易的流體可視化，分析出環形氣泡形成歷程與內部運動軌跡。孔徑、管長和管徑都會影響環形氣泡效果。管徑3吋圓筒瓶最佳化為「孔徑/管徑＝1/3、管長20cm」。施力大小與孔徑則會影響環形氣泡直徑。環形氣泡需要氣泡才能現形，我們研發出內塞氣泡石、現形水量方法，讓氣泡現形一體化。此外還發現環形氣泡對撞會有互相抵銷、吸收與後凹抵銷一半現象。

我們的實驗運用｢酒精溫度計｣、｢電子液晶溫度計｣及能以物體表面所發出的紅外線觀測物體溫 度的｢紅外線熱像儀｣來觀察、探討，在熱源下方液體溫度到底是如何逐漸升高？經過實驗發現，這看不見、摸不得的「熱」，在容器中不僅僅只用｢熱上升、冷下降｣的對流作用升高液體的溫度，同時 也能利用傳導、向下對流，甚至輻射等各種方式，在容器中前進傳遞，使液體逐漸變熱；我們藉由溫度計紀錄液體中垂直的、水平的、離熱源不同距離的溫度變化，以及經熱像儀、染劑和不同性質的油水等工具來觀察追蹤液體中的熱軌跡，拼湊出神奇的傳熱密碼。

本次實驗專注於探討是否可以藉由改變磁場來阻隔電磁波。 結果發現，(1)加入磁鐵後，於特定磁極排列下，能影響電磁波的傳遞。(2)磁場為水平垂直於發射源，且磁極為N左S右的右向磁場時，具有較佳的阻隔率。(3)磁鐵和電磁波發射源位於同樣水平面上，具有較佳的阻隔率。(4)將磁鐵吸附於金屬網狀物上，比僅使用金屬網狀物來屏蔽電磁波的效果更好。且磁鐵分布越密集，對電磁波的阻隔率越高。(5)證實電磁波會因為外加磁場產生方向改變。

我們利用扭蛋製做單軸、分離式及貫通式雙軸浮球模型，進行海水與淡水的載重與吃水深度、配重位置與傾斜角度、造波和回正觀察。發現載重與吃水深度呈線性關係。不同配重位置明顯影響分離式模型的傾斜角度，重心越低，角度越小。貫通式模型易保持正浮，但重心較高者，正浮不穩定，稍受擾動即傾斜。 在造波中發現浮球呈週期性運動，且浮力最大值在波峰，最小值在波谷，相差可達50%~85%。垂直方向運動速率最大值約在平衡位置，垂直位移最大值<2倍波高。 不同配重位置的貫穿式模型以90°傾斜入水，軸頂到重心的距離(L)決定浮球是否回正。本實驗發現全長16cm的模型，L≥11.42cm者，均可回正，L≤11.17cm者，均無法回正，顯示L越大浮球穩定性越高。