物理科

上學期化學第十四章講到法拉第電解定律時，應用電池供給電流促使正負離子的流動，從析出的物質中，求得每個離子所帶之電量，這是由電的效應轉變成化學效應。而在電池內部。則由陰極與陽極之化學反應，而構成了電流效應，使我們知道了電能可以轉變成化學能，化學能亦可以轉變成電能。然而物理第十一章中亦講到能量不滅定理，且不同形式的能量，可以互換；第十二章即利用能量不滅測定比熱，但此為同一形式能量之互換（冷熱混合法），而且實驗時誤差頗大，操作不太方便，亦不能作一般廣泛之物質比熱測定，因此我們幾個同學在好奇心的驅使下，試圖尋求另一種不同形式能量混合來測出比熱，經過老師的指導，著手於電流實驗。由電熱線所發出的功率測出各種物質之比熱，經三個多月來的實驗及互相研究，已經測出了一般物質之比熱。我們覺得這種方法甚為方便，可以提供以後國中物理教材之研究及不同能量形式互換的明證，操作簡單，現象明顯，並能與日常生活的電器用品相驗證，使理論與實際互為輝映。

我們再自然科學課程(第七冊第八單元)做「悶熄蠟燭」的實驗，結果是「容器愈大，悶熄燭火的時間會愈久。」但是我們所用的容器，雖然大小不同，而高度都一樣。我想：如果容器的截面積一樣，而高度不同時，容器大的，蠟燭燃燒是不是也一樣需要很長的時間才會悶熄呢？這個想法引起我進行這個實驗的興趣，希望找出答案來。

(一)反射投影機( ovorhead projector 簡稱 OHP)在中學是很普 及的設備，但平常使用率並不高；一方面由於使用法的書籍太少 ，主要缺乏互相研習觀摩的機會，因此常使此視聽教學媒體束之鐵櫃中，十分可惜。在國內除了彰化教育學院於四年前大力推行透明片的製作；及作者於民國六十七年出版的第一期 "中華民國物理教育期刊"發表六件配合OHP的實驗器材外，在所有的科教刊物均未見提過。鄱閱國內二十年來的科學展覽專輯，除了十七、十八、二十屆由作者發表八件有關OHP 的作品而獲獎外（均第一名），也沒有其他得獎記錄”在美日的科教期刊上，從1959 年" American Journal of Phyoics "開始發表迄今仍有四種科教期刊不斷地發表新創作，日本的"科學の實驗"則作類似的翻譯工作。在書籍方面除了 1962 年Walter Eppenstein 出版"The Overhead projector in the physics Iecture 。”一一配合OHP 的實驗器材25件外，其他書籍都著重於透明片的製作及使用法；此書在美國已絕版，幸賴同學從 Washington Univorsity Physics Librory 影印回來。(二)作者於民國六十六年初參加彰化教育學院一個透明片製作講習會後，開始對OHP 的使用發生興趣，在平常教學活動中，充份地使用 OHP，且不斷地自行研製能配合OHP 演示的教具，並且從圖書館的期刊蒐集有關資料，再從期刊上的參考文獻上蒐集更多的參考文獻，至今已有五年，有關文獻已有五年；前年參加全國科展，陳館長對科學資料的蒐集整理參加科展非常鼓勵，因此花了近兩年的時間將之整理成冊。

我們透過科學方法、運用簡易材料，再現民國60年代家鄉長者為解決生活難題，發明水由低往高處送的水煙囪灌溉裝置。藉由訪察、操作模型後，得以透視隱藏在磚塊內部的水流，另外發現建造者將第一支水煙囪頂端加蓋後的秘密。 我們猜測被關在第一支水煙囪內部的空氣，會對灌溉時間、水量造成影響。然而透過實驗只能說明：水煙囪底面積、輸水管裝設高度、輸水管徑、灌溉閥管徑會造成影響，但影響的因素應該不只這些。僅利用國小階段學的空氣占有空間、連通管原理，無法完整解釋灌溉時的科學原理，我們認為本實驗仍有繼續研究的空間，甚至發展為結合現代需求的蓄水裝置。我們希望透過科學展覽，讓更多人認識家鄉的水煙囪，讓長者的智慧得以流傳下去。

吾人平日在物理課本中曾讀到有關電荷粒子在磁場中受力的情形，大多是討論真空中的現象，那麼在溶液中的荷電粒子是否有同樣的情形呢？吾人為了探討此一問題，研究真空與溶液中的差別，以及溶液中所產生的待異現象，因此設計此一實驗。

科學攤位上的空氣炮引起我們的好奇心，於是和同學開始研究如何做出威力較大的空氣炮，實驗發現： 1. 空氣炮內的氣體形成「完全發展流」時，衝出的威力最大；若筒長太長，反而會因為筒壁的黏滯力使衝力變小。 2. 孔形越接近圓形，越能形成清楚的渦環，讓空氣炮的衝力變大，氣流移動距離較遠。 3. 拉力增加時，因為形成完全發展流所需的進口區變長，最佳筒長也會變長。 4. 在拉力2 kgw時，製作空氣炮的最佳比例為：「孔徑d：筒徑D：筒長L = 1：2：9 」。 5. 通常製作空氣炮時，桶子的筒徑和筒長已固定，以筒徑的46~51%做孔徑，也能做出衝力較佳的空氣炮。

我們利用持續振動的大量塑膠小珠模擬了液體中的分子熱運動，並根據置入其中的保麗龍球所出現的類似於布朗運動之特性，顯示這樣的巨觀模型的確可以很近似的模擬出微型機器人在流體中會面對的分子隨機碰撞作用。本研究同時也證實了適當設計下的微型機器人模型再配合上外加磁場的定向磁力矩作用，將可以有效的利用分子的隨機碰撞所造成的衝力使微型機器人模型朝向我們所指定的方向移動，這樣的結論暗示了將來真正的微型機器人在操作時是可以利用磁場來導引其前進方向的，而且原本會阻礙微型機器人運動的那些來自於環境中分子的隨機碰撞作用將有可能會成為其前進動力的來源之一。

去年科展我們研究「醋的神祕功用」，以打破醋缸問到底榮獲全國化學科第一名，激起同學們濃厚的研究興趣。尤其對於「磁鐵浸入醋液後磁力增強」一項更是意猶未盡，決定改以物理的方法對「磁力和磁場」做延續性的研究。

於高中物理實驗(PSSC力學實驗10)”二度空間碰撞"中 ，利用物體水平拋射運動之水平位位移以測其水平速度，進而說明兩鋼球於不受外力作用下，碰撞前後之總動量守恆。此實驗對速度之測量及實驗結果之表示，應有良好之效果，惟以實驗儀器之設計太過粗略，因此，對兩物體碰撞後之動量及動能無決作更進一步之探討。

在日常生活中，所接觸的物質，就一般而論，物體經加熱以後，都會增大體積，而冷卻時卻收縮。也就是說：物體的體積增加愈多，則溫度愈高；反之，如該物體的體積增加愈少，則溫度愈低。即物體有熱脹冷縮的性質。在國中物理第十二章第一節「溫度和溫度計」中，談到：常用的水銀溫變計、酒精溫度計，都是利用此種液體熱脹性質來測量溫度的，並且以穿有細玻璃的小燒杯故在沸騰水中，以觀察不同的液體，其在加熱時的膨脹效果， (見物理第三冊，第 28 頁圖 12-l 。圖 12-2 ）。我們為了進一步瞭解，各種液體其膨脹的效果一液體的體膨脹係數的大小與其變因之間的關係。另外投計一套實驗方法，利用不同密度的液體在連通管中，測量液體的體膨脹係數。