物理科

1.本校素以提倡科學教育為主旨，擬在學校各適當地方逐步佈置成二個科學環境( 如氣象設備，栽種植物等) 2.本校興建大樓時即擬定在大樓屋頂上設置一個新的風向器和風力器，經過大家的研究、思考，前後將近一年，大樓完成時才整理研究資料，著手創作，設置於五樓頂上。3.為使老師和學生們隨時觀察對照方便起見，特在樓下玄關進口處同時設立一個風向風力指示牌。

(一) 在“物理馬戲團-Q&A”一書中，有一實驗「渦旋管」為何利用簡單的裝置即可產生溫差頗大的冷熱空氣？應該不會有小人躲在管子裡，很勤奮地將室溫下的空氣分離成冷、熱空氣吧？還是與所吹入的氣體壓力有關呢？\r (二) 在物理課本中有介紹“流體力學”及“熱力學”兩單元，更吸引了我們去探討其中的奧秘，但為何此設計並沒有繼續研發？是否有其它難以克服的障礙？還是和其它的變因有關呢？\r

高中光學用三稜鏡或光柵分光，用肉眼判讀每條光譜對應特定波長，但誤差很大，很難客觀描述光譜顏色。偶然發現，透過光柵，可在夜間看到汽車頭燈為連續光譜、水銀燈為亮點光譜(Pic.1)，從光柵看世界竟是如此奇妙。 我們只使用攝影腳架、相機、凸透鏡、刻度圓盤、1200條/㎜光柵便組裝「攝譜儀」 (Pic.2)，不但成功鑑別鈉雙線，也可靈活拍攝遠方光源的光譜。 天文攝影常使用紅、藍、綠3種濾鏡，利用電腦影像疊合得到彩色的星雲照片，提供我們將「光譜影像數位化」的靈感，因為電腦不但可靈活放大影像，至少可鑑別3 萬 2 千種顏色，將各種顏色的光譜線轉成數位座標，不但可測量未知光源的光譜線所對應的波長、顏色，也成功鑑別5890、5896Å相差6 Å鈉雙線，深具實用價值。

用非牛頓流體做實驗時，由於落下流體較高的剪切速率，會造成所接觸流體的黏滯度減少，當流體落下的高度夠高時，擊中平面時所受反作用力的影響大於黏滯力的影響，而使流體彈跳出去，稱為Kayeeffect。本次實驗結果，發現當斜面角度越大時，恢復係數越接近1，當角度大於某一值後，幾為彈性碰撞。原因為角度大時液體被流體擊中時產生的凹陷越淺，受黏滯力的影響越少。而當流體下落的高度不足時，其剪切速率不夠，所以流體黏度大於正向力的影響，並不會產生彈跳效應。當變換不同黏滯性的液體所產生的恢復係數e1、e2，差異並不大。原因是非牛頓流體下落時擁有較高的剪切速率，造成黏滯度減小。又因市售洗髮精黏滯度差異不大，造成實驗中黏度影響力不顯著。

(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。

Discovery 頻道報導：早在西元前2 世紀，漢代淮南王劉安的《淮南子‧外篇‧萬畢術》就有「艾火令雞子飛」的記載，注：「取雞子，去其汁，燃艾火，內（納）空卵中，疾風因舉之飛。」去年(92 年)的國小科展作品證實 Discovery 頻道的報導有誤，空蛋殼用線香的熱氣浮力是飄不起來的。但是「……疾風因舉之飛。」這句話讓我們想到：利用熱氣球的熱氣浮力並不能造成「疾風」；而水火箭或是火藥的噴射「疾風」，也就是作用力與反作用力原理，應可以造成蛋殼的噴射。經過我們的研究結果發現：一、 燃燒產生熱氣的浮力，連蛋膜都無法漂浮，更不用說使蛋殼飛起來。甚至高溫還會使得蛋膜焦黑萎縮。可見熱氣球原理無法使用。二、 利用自製小型密閉水火箭的噴射原理，測試要使6 公克的蛋殼噴射，至少要1.92 個大氣壓才能射高2 公分。但是蛋殼灌氣加壓至1.28 個大氣壓起，就有可能會爆裂，更不可能彈射近一人身高的高度。三、 為避免壓力過高造成蛋殼爆裂，接著我們改用火藥噴射原理。發現：1. 噴射口如果大於 1.2 公分則噴氣力量分散，無法噴射起飛。2. 火藥量若超過 0.4 公克，所產生的氣壓會造成蛋殼爆裂。而單純利用火藥噴射，就如同發射空的水火箭，大都噴射不到10 公分高。3. 若加入砂子一起噴射，則0.36 克的火藥量以及1.5 克的砂子並在噴射口塞上0.03 克的棉花，所產生的反作用力及噴射效果最佳，蛋殼彈升的最高紀錄曾數次達1 公尺以上的噴射高度，而且砂子在蛋殼底部維持重心，更容易造成垂直的起落。由本實驗結果推論：古書中所敘述的「取雞子，去其汁，燃艾火，……疾風因舉之飛。」應是最早的火箭原理的應用，而非應用熱氣球原理的開創者。本實驗設計正是提供學生引起動機學習牛第三運動定律的最佳探究教材，是「作用力與反作用力」的最佳實驗例證，值得推廣！也證明古代中國科學文明的昌盛！

實際去觀察及測量旋轉中的圓盤，會發現黑白相間的圓盤在高速旋轉時，轉速到達某些速率時會出現彩色的圖案，這並非視覺疲勞的結果，而是實際出現的色光。而且，使用的光源不同，出現的顏色也會有變化，特別是使用螢光燈會格外明顯。在光的合成，一般認為白光可以分解為多種色光；但是，實驗的結果，產生彩色的位置是在黑色部分而非白色部分，我們以光度計實際測量照度，結果確實十分特別，證明了色光是確實存在的而非以往所認定的視覺的錯覺或互補色。而有另外一種圖案的圓盤，可以在太陽光底下看出有彩色的圖案出現，那又是另一組不同的現象了。

國慶煙火在天空綻放時，顏色斑斕炫爛，不禁在想，火藥裡頭究竟加了哪些物質造成這些五顏六色的絢麗光芒？於是開始搜尋資料，發現這些多彩的色光，是因為電子在不同的軌域中躍遷時放出來的光芒，稱為焰色反應。於是我們開始動手作實驗，發現在酒精膏上填充不同的金屬離子會出現不一樣顏色的火焰，而且在火焰的外部加入電場，竟然能使火焰產生偏折的現象！這個現象更引起了我們的好奇，火焰中是否含有帶電離子，以致於被電場吸引？又添加不同價數的離子，是否會因為價數的不同而造成偏折角度的差異？於是我們經過了反覆實驗後觀察到失去電子的正電離子，確實會因為電場的影響造成不同角度的偏折，且正電離子本身的價數越大，造成的偏折角度越小。

現在我們地球能源已經所剩無幾，根據能源研究報告顯示，我們的石油能源只能再使用四十年，台灣能源的資源也不足，於是需要新的能源來替代已有的能源，因此我們用火、水、光等物質來研究新的替代能源。可是以我們小學程度研究的題目實在太廣了，因此我們以「水」做研究主軸，並且想將水轉換成動力，這樣不僅能節省能源，而且水是取之不盡，用之不竭，也可以維護台灣的自然資源不受汙染、破壞，挽救地球能源。所以我們利用水來產量物理變化，轉成能源做為本次科展的研究主軸。