物理科

本研究以負壓隔離病房為範本，針對居家隔離排風方式進行研究，探討風速、送風口面積、模型長度與長寬比，對負壓差值和風量比的影響。相較於其他研究，本研究以一般房間作為實驗對象，並以每邊縮小十倍的房間模型來進行實驗，再將實際測試數值和理論數值進行比對。結果發現：排風扇風速與負壓差值呈正相關；送風口面積和空間體積與負壓差值呈負相關；排風扇與送風口面積比值為1~ 2之間時，風量比最接近理論數值。回推實際情況後可知：在2.46坪的套房留下 303 ~ 606 cm2的送風口，安裝風速 4.73 ~ 14.33m/s 的排風扇，可達負壓差值標準，增加居家隔離的安全性。

本研究探究螺旋降停器的原理，以一棉線連接重錘與輕物，跨掛於橫軸上，施放前由手持輕物於一端，使重錘懸掛。當施放輕物時，觀察重錘下降到停止的過程與輕物受到重錘作用力而產生的螺旋運動。 本研究以施放角度、重錘與輕物配重比、旋轉橫軸直徑、旋轉軸材質與棉線粗細等變因，探討不同變因對重錘降停效果與輕物繞行旋轉軸的影響。研究結果發現：1.施放角度會影響重錘降停距離，90°降停距離最短，其摩擦力與繩子張力等之合力最大；2.重錘與輕物的配重比愈大，重錘降停距離愈長，輕物的旋轉速度愈快；3.旋轉橫軸直徑愈大，重鍾降停距離愈短；4.粗棉線使重錘降停距離較小，且較快停止；5.旋轉軸的表面材質愈粗糙，重錘的降停距離愈短。

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。

摩擦音一向是令人不悅的噪音，經由實驗自製出聲音多變的磨鳥笛；發聲原理不同於販售的數種鳥笛，從磨鳥笛組成要件〜木頭材質、螺絲粗細、紋路、扭力大小、比對鳥叫聲探究： 1. 磨鳥笛要能夠發聲須注意木材硬度、螺絲紋路、螺絲直徑、摩擦角度等特性。 2. 發聲結構體(木材)硬度在600~1800最合適，例如：櫸木、雲杉、松木、桑樹。 3. 螺絲直徑5~6mm，細牙，牙距0.5~0.75cm，深度0.3~0.5cm最適合當作摩擦體。 4. 木材含水量多寡影響聲音有無、高低音及泛音的變化，與螺絲轉動摩擦力大小有關。 5. 改變扭力大小與角度，造成螺絲鬆緊度改變產生不同音頻和音量的轉換。 6. 增加摩擦力可讓磨鳥笛聲音擬真度提高，扭力與振幅成正比。 7. 螺絲深度(h)∝音頻(f)，木材半徑(r)∝音頻(f)結果顯示為負相關。

本研究從浮沉子這項玩具出發，藉由了解控制浮沉子升降的因素，探討如何製作浮沉子以使其可更省力操作。我們發現藉由增加浮沉子負重，可更容易控制其浮沉。 此外，我們根據波以耳定律改良浮沉子，設計出簡單但有效的壓力計，可測量寶特瓶內壓力。 以設計的壓力計測量寶特瓶耐壓程度，測試過的寶特瓶中，最高在壓力達8個大氣壓力左右時仍未破裂。 施予寶特瓶相同外力時，不同品牌寶特瓶內產生之壓力亦不同。根據本研究的分析推論是：某些寶特瓶可能因其特殊設計而較能將受壓處外力分散到周圍的瓶壁，因此可讓受力面積增大而減小瓶內壓力，這種寶特瓶在遭受局部劇烈撞擊時，可能可承受較大外力。

本實驗將掉落物稱為擬便，入水後短暫形成的無水空間稱為空腔。 我們發現水花高度和擬便距離水面的高度成高度線性關係，空腔深度和擬便距離水面的高度也成高度線性關係；而固定擬便距離水面的高度，當水深不同時，水花高度變化不一定和水深正相關。 其次，擬便的密度、先接觸水面端的面積、形狀、突起排列對水花高度的影響並無明確的規律性。 而在改變水溶液性質下，我們發現： 1. 當水面有一層介質時，都會降低水花高度，但水花高度卻和空腔深度呈現負相關。 2. 使用鹽、糖改變水溶液密度時，水花高度、空腔深度隨密度改變情形，兩種溶液並不相同。 3. 改變水溶液黏稠度時，洗碗精對水花的降低效果較果糖好。 4. 水面上有泡沫均能有效降低水花高度。

您相信三支不到1公克的火柴棒卻能吊掛比它重上千萬倍的水嗎? 本研究先從搜尋資料與實際操作的過程中，了解火柴棒裝置能夠吊掛水瓶，是因為吊掛的水瓶重力作用在火柴棒與桌緣接觸的支點上，而且棉線與橫置的第二根火柴，以及直立斜向的第三根火柴棒形成穩定的支架。 接著分別從火柴棒及棉線兩部分來探討不同變因對火柴棒承載重量的影響；最後再試著使用其他材料代替火柴棒，看看是否能承載更重的水。 研究結果得知：火柴棒的長度，火柴棒與桌子接觸的長度、火柴棒加濕的時間、棉線的長度以及棉線的粗細等，都會增加或減少火柴棒所能承載的重量，而使用其他材料代替火柴棒，也會因其粗細或材質的不同，影響所能承載的重量。

本研究討論「飛石索」在空中如何利用兩端重物把繩子拉開，繩子在接觸到目標 物後，可以順利纏繞。研究內容有飛石索發射器設計，兩端重物飛出時的向前初速度 計算，還有讓繩子張開的向左和向右速度分量討論，發射攻擊角度和纏繞到目標物的 落點、圈數，研究結果如下： 一、利用彈力橡皮管會伸縮形變來當發射動力，掛架採用四條懸掛式，飛石索可以順利被發射出去。 又因掛架角度設計成張開模式，所以兩端重物會往不同方向飛出，進而把繩子拉開。 二、目標物距離不同會有不同的攻角配合，例如距離目標物600公分時，飛石索繩長設定在70公分，兩端重物各20公克重，調整攻角角度在15度，圖1：飛石索纏繞住目標物飛石索會有最佳的平均纏繞圈數3.4圈。

此主題是探討水在傾斜表面上流動時所產生的水階現象。實驗結果，表面傾斜角度、單位時間的水流量、水的流速、表面粗糙度及表面材質等，皆會影響水階現象的產生。表面粗糙度越大，水階現象越明顯，水階是因為前方的水流流速因為摩擦力變慢，而後方水流追上前方，累積的結果就產生了水階現象。板子傾斜角度介於3度到60度之間皆會產生水階現象。傾斜角度越大時，其產生水階現象時的最大水流量值，卻顯著變小。原因是傾斜角度較大時，將造成水流速較快，若再加上水流量較大，大量的水就會相互覆蓋而無法產生水階的現象，因此角度大時反而要小的水流量才能顯現出水階現象。表面若為疏水性材質，造成水流集中而無法擴散流動，亦無法產生水階現象。