物理科

本研究企圖嘗試探究透過磁鐵特殊的排列，使一個磁鐵處於既相吸又相斥的水平磁束縛態，並探討其形成原理、條件與預測工具。結果發現，一、利用兩個大磁鐵與兩個子磁鐵以特殊排列方式可能達到磁力平衡，且此時磁鐵會在某個區間所受的磁力為零，此磁鐵可以保持移動卻又等距的「磁束縛」有趣現象。 二、磁束縛現象特徵：1.大、小磁鐵數量（磁力）不能差距太大。2.增加母磁鐵數量較易造成磁力不易平衡。3.增加子磁鐵數量下，會增加磁鐵子母磁鐵的夾角。4.增加或減少大小磁鐵的磁力，磁束縛距離改變不大。三、 磁顯卡是可以用來預測磁束縛狀態是否形成的有效工具。

本研究在探討容器內容物影響滾動的狀態分析，進而研發出能自動緩速以滾、停、滾、停方式下坡的車子。我們研發自動計時裝置及可調式坡度裝置並使用 無線運動位移感應器以及Tracker 軟體來分析實驗結果，實驗結果發現 影響容器滾動狀態進而達到緩速下坡的因素有:容器種類、流體黏滯度、流體容量、斜坡角度及容器內含物。我們也試著利用球體容器來研發製成輪子，最後選擇第三代輪框式球輪組合成球型輪車，透過在不同車輪內控制黏滯液體的容量及添加彈珠的8種組合方式，探討車體緩速下坡的時間、滾動速度及滾動轉角的影響，期待緩速車能在生活中無障礙空間及自動安全載物之應用。

利用線香探究光在立體空間的分布，發現圖紋與光線的條數具有相關性的，在不同的角度下產生的圖紋精彩炫麗、美妙驚奇令人驚艷。為了找出圖紋、光線和水滴及介質之間的某些相關觸點，設計了相關性的設計實驗並參考惠更斯原理與繞射原理，比較不同水滴形狀、垂吊方式及改變雷射筆照射位置來觀察圖紋差異，觀察不同角度的光經過同一介質的連續曲面產生的圖紋差異，對產生的圖紋加以解釋。透過這一系列的實驗，發現光經過介質時會因遠近差異、角度、水滴形狀出現折射及反射的美妙圖紋，時而交疊或發散，形成了各式複雜曼妙精彩的圖紋。這些都是本實驗值得探討的研究。

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。

本研究將南美口哨陶罐、鳥笛與陶笛(泥哇嗚)的構造與製作原理相互結合，創造出一種新的樂器— — 神奇的陶罐。它可以演奏歌曲，甚至當我們在其中放入一些液體時，配合手勢的開合，可以重現鳥類的鳴叫與潺潺的流水聲等，非常有趣。然而，在嘗試吹奏及創作的過程中，我們發現，將兩個頻率相近的陶罐同時吹奏或單獨吹奏單腔體雙哨陶罐樂器，它們所發出的樂音頻率與頻率發聲器所產生的雙耳節拍頻率，透過音樂編輯軟體進行比對，是完全相符的，所以，我們所製作的陶罐除了能陶冶性情外，更具有影響腦電波的神奇效果呢！

探討果凍效應與捲簾快門間的關係及其應用，動機源自雨刷在錄影時產生變形，研究目的包括：（一）「測量LED燈閃爍頻率」，作為計算感光元件掃描速度的依據。（二）「測量不同攝影設備的掃描速度」作為後續測量的依據。（三）「探討如何運用捲簾快門測量快速變化的物體」（明暗變化、轉動、振動）（四）嘗試以捲簾快門記錄聲音振動，呈現可視化聲波形狀。研究發現不同設備的掃描速度不同，也影響變形程度，選擇合適的設備可減少影像扭曲或更適合測量不同變化速度的物體，證明捲簾快門可作為測量光源閃爍頻率、亮度變化、風扇轉速、弦樂器頻率的有效工具，也能捕捉聲音的「形狀」，拓展其於科學測量與攝影領域的應用價值。

本研究探討熱區與冷區在水中造成的對流與擴散現象，並以水蒸氣柱模擬氣旋中心熱氣流及颱風眼內部結構。結果顯示，熱區擴散速度隨溫差顯著上升，冷區則變化較小，呈現不同的對流型態。進一步量測蒸氣柱風速與垂直溫濕度分布，發現風速於一定高度出現「零風點」，其高度與蒸氣柱直徑呈比值約為7。此區為熱對流動能轉弱之處，對應氣旋眼牆的無風層。最後導入外圍切線風，成功建立具對稱性之旋轉風場，重現類似颱風眼牆的氣流結構，為理解熱帶氣旋的垂直環流提供可驗證的實驗依據。

本研究利用注射器與蠕動泵浦穩定產生直徑 3mm 液滴，並以高速攝影觀察其撞擊行為。實驗發現液滴撞擊乾燥固體表面時，表面粗糙度對接觸角影響不明顯，親水與疏水材質則導致「錨定」或反彈翻轉。進一步研究顯示，液滴撞擊濕潤表面時，親水材質易拉緊液滴表面使其回彈，超疏水碳黑表面則造成液滴彈跳分離。針對濕潤IC晶片進行熱交換分析，結果指出高韋伯數液滴可打破錨定產生飛濺與擴散，顯著提升散熱效果，當韋伯數達193.3時降溫幅度達8.6°C，效能較低韋伯數提升近80%。本研究證實韋伯數與表面性質對液滴撞擊行為具關鍵影響，對液冷與熱管理技術應用具有潛力。

有一天，我和家人在網路上看到了一段非常有趣的影片。影片中，作者用花盆底座的外圈凹槽當作軌道，倒上燃料後點火，結果出現了一個像賽跑選手一樣在軌道上跑來跑去的火焰，而且一直繞圈轉不停。圖1是影片的截圖。這個現象讓我們看得目不轉睛，但也讓我們忍不住懷疑：這影片是真的嗎？火焰真的可以這樣移動嗎？這種現象會不會需要什麼特別的條件？因為對這個現象非常好奇，我找了幾個和我一樣有興趣的朋友，還請教了老師，希望一起來做研究。我們想通過實驗來找出火焰為什麼會這樣移動，還有哪些條件能夠讓它發生，也想知道會影響火焰移動速度的原因。我們希望能透過這些實驗了解背後的科學原理，並為火焰的動態行為研究提供一個有趣又不一樣的觀點。

本研究探討跳水過程中不同因素對氣泡與水花產生的影響，並分析如何透過改變跳水姿勢來減少水花量。結果顯示，球體直徑與撞擊速度增加皆會顯著提升水花高度與氣泡空腔大小。水平速度會改變水花傾斜角度並減少高度，使氣泡空腔偏移。柱體形狀與錐度比對水花影響顯著，圓柱體產生穩定現象，尖頂柱體則集中撞擊能量，產生更高更細的水花。手部姿勢與面積大小顯示手掌外翻放平與小面積能有效減少水花與氣泡空腔，達到最小水花效果。最後，水花消失術是跳水前擦乾身體，入水前身體筆直頭向下、雙手向水面伸直，手掌外翻抓手放平，入水後，將空氣帶入水底，減少氣泡空腔造成的沃辛頓射流現象，以水底產生氣泡浮出水面取代水花，進一步降低水花產生。