物理科

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。

探究水流中單擺擺盪變因的影響，確認擺盪的物理機制，用於發電裝置優化調控。單擺實驗以動能轉換參數f*X評估效能高低，於實驗中發現阻礙物兩側流速差造成偏移力並產生渦流，若渦流結構完整，說明流速差大，偏移力大。擺長越長，渦流頻率(f)降低且擺幅增大；擺錘直徑增加使f降低、擺幅及渦流直徑增大。流速10cm/s下，最優單擺-擺錘直徑5cm、擺長20.5cm、33.7g。加阻流柱(擺)可降低f增加擺幅；水流速與共振擺長有量化關係。擺盪發電組的圓筒密度接近水時有較佳的發電效益，於不同流速下，改變擺長可調控發電組之震盪頻率使之共振，增加擋板可增加發電組擺幅使發電效能提升。

為了做出失速倒轉返回的特技飛機，發現發射力量與角度和機身結構都有所互相關係。依據失速最大高度、失速水平距離、返回水平距離，發射角度0度時，可選擇87型；發射角度10度時，則可選擇86型；而設定其他飛行目的則可以發射角越大，倒轉返回百分距比與失速高度越大作為操作參考。重心調整上，13mm長尾夾（1.20g）夾在機頭最前端最為合適 。 風洞試驗方面，88型達最大仰角時間最短，翼刀與翼尖小翼不同傾斜角度形狀，最大仰角約在30度左右，推測飛機形態是受風產生升力的主要影響因素。失速倒轉返回飛行修正方面，86流線型可以提高發射角度與水平高度進行。而87與88寬廣型以水平高度，延長升力達最大值的時間為原則。

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。

我們使用一般的紙杯，做出能在空中滑翔的紙杯飛行器，經過一系列的實驗設計，我們認為飛行器內外輪徑要有差異、外輪與內輪要有些重量差異，外輪杯口有重量且光滑平整，紙杯飛行器滑翔的距離會越遠，但飛行器的長度對紙杯飛行器滑翔的距離並不會有太大的影響。

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。

首先我們用目測法、節拍器共振法，以及Tracker測量法測量擺動週期；再測量彈簧壓縮以及橫向的彈性係數；然後利用木夾子、螺帽來增加質量；再來利用重物位置來改變施力臂的長度，最後比較對稱與不對稱的的差異。了解影響彈簧蹺蹺板擺動週期因素後，我們探討彈簧蹺蹺板與彈簧擺飾的共振現象，得到結論如下: 一、彈性係數(k值)越大週期越小；質量(M)越大、施力臂(R)越長，週期越大。 二、增加重物重量、墊高層數越多、質量(M)越大，以及施力臂(R)越長時，共振的週期和同步時間會變大，但擺動的振幅則變小。 三、彈簧擺飾的左右以及上下振動的週期隨質量增加而變大；前後擺動的週期會大於上下振動的週期。

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。

本研究旨在探討男性使用直立式或懸掛式小便斗時，尿流量、身高、和斗壁距離、入射角等因素，對於尿液噴濺面積和範圍之影響。研究方法包括：以頻閃燈和慢速攝影、tracker分析與雷諾數，辨識不同流量對層流和紊流之變化量；採用小便模擬器、Vernier氣壓計和力度計，測得水流和反彈流對斗壁作用力，終以蒙地卡羅法扇形區和Image J分析兩組小便斗噴濺面積和範圍。主要研究結果包括:1.以tracker 分析獲知流量和流速關係，從雷諾數變化量驗證流量小易受紊流噴濺、流量大則易受反彈流噴濺。2.尿緩=15mL/s，距斗壁30 cm 平射，反彈流噴濺最少；4.身高>=170 cm、25mL/s，平射兩種小便斗，噴濺面積與範圍皆最小；5.以600射角和對準排水孔，噴濺面積和範圍最大；6.本研究亦討論和改進尿液噴濺的研究方法。