全國中小學科展

物理科

凌波微步─電磁波干涉現象的電腦模擬實驗

物理學上,在處理眾多波動現象時(特別像是電磁波干涉繞射),目前大多是用 Huygen's 理論來解釋波前的內涵意義與各種干涉現象,而這個理論的方法是在波前上放上很多個點波源來解釋。這裡牽涉到一個困難→極限。現有理論是以數學上積分的方法把結果導出來。但是,對於某些可能遇到的實際狀況遠比理想中的複雜許多,精密理論推導的過程往往變的繁複與困難,所付出的心力是事倍功半;因此我希望能透過電腦快速計算及強大的繪圖能力,來探討與比較物理學上電磁波干涉繞射的種種現象,以彌補實驗室不易實驗的遺憾。

魔力?膜力!泡膜形變力之研究

我們觀察到泡膜使光纖線彎曲變形。因此,本研究目的在觀察泡膜張力測量過程的變化情形。結果顯示: 1.清潔劑泡膜面積越大張力越大,但達一定面積(10 *10cm)以後,張力維持在一定值(0.027gw/cm)接近理論值(0.028gw/cm),可排除泡膜重量造成的誤差。證明:測量「水面對泡膜的拉力」計算表面張力,是簡便可行的測量法。 2.水面對泡膜拉力的大小與水面對框架的鉛垂寬度有關。 3.泡膜高度超過7㎝時,會使表面張力變大,應是超過毛細現象的高度上限,泡膜變薄,表面張力變大。因此,藉泡膜張力可觀測毛細現象。 4.泡膜張力可以微量天平法或光纖線入射光吸收率法進行簡易的測量。運用本研究之表面張力簡易測量方式,可測量膠態溶液的濃度或是觀測不同泡膜間張力之合成模式,提供薄膜塑形技術之改良。

追蹤消失的白糖

我平常喜歡吃甜的東西,喝杯開水,也總要放一點白糖,有一天我發現放進去五湯匙多的白糖,不知道消失到那兒去了,照理在液體中沈下多少體積的東西,應該會增加多少體積才對。怎麼我放進那麼多的白糖,怎會消失得無影無踪呢?我覺得很奇怪?於是我開始追踪放進水裹的白糖。

神奇的水汽車—水動力的探討

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。

拍出液體的表面張力

液體從滴管口被擠壓出來的液滴,形成「水滴狀」,這是液體表面張力作用的結果。我們感興趣的是在不同液體的表面張力作用下,所形成的液滴形狀和張力大小的差異。我們的研究使用「拍照法」測量液體的表面張力,實驗誤差在16 %以下,是一種創新和準確的測量方式。藉由此方法我們研究影響液體表面張力的因素,使用純水測量「溫度」和表面張力的關係,結果顯示:溫度愈高,其表面張力愈小;溫度愈低,其表面張力愈大。其次,我們使用離子化合物水溶液 (NaCl(aq)、KCl(aq)、CaCl2(aq)),測量其「濃度」和表面張力的關係,我們發現:其濃度愈大,表面張力愈大;濃度愈小,表面張力愈小。最後,我們使用醇類水溶液 (CH3OH(aq)、C2H5OH(aq) 、C3H5(OH)3(aq)) 測量其「濃度」和表面張力的關係,結果發現:醇類水溶液的濃度愈大,表面張力愈小;濃度愈小,表面張力則愈大。

“漩”機妙算

過去模擬漩渦的方法與真實漩渦多有差異,我們參考過相關書籍後,試著提出一些看法,並從實驗中加以證實或修正。首先我們製作三種模型,嘗試比較其差異,並找出較佳的模擬方式。觀測數據則是測量水中壓力,再輔以質性方式觀察真實漩渦的類型。經過多次實驗後,我們得到以下發現: 1.強制渦流模型:以攪拌石製造之漩渦屬於組合漩渦,內部的強制渦流中,愈靠近漩渦中心水壓愈大。段數越高,內外圈壓力差越大。 2.自由渦流模型:水流從洞底流出時,無切線方向速度的水流狀況對渦流造成的影響無法忽略,所以製造自由渦流應提供切線方向水流的源頭。 3.仿河道模型:水遇到障礙物會引發渦流,且渦流型態與水源進入方式和障礙物大小有關,摩擦力亦有影響。

蛇影的遊戲

1.上常識課的時候,老師做紙蛇在火上會轉動的遊戲給我們看,好像是變魔術一樣。為什麼在火上的紙蛇會轉動呢?2.媽媽燒熱水爐時,火是往上升,從煙囪裹冒出了煙,有時候也看到紙灰從煙囪裹冒出來,為什麼會上升呢,我們就想來玩玩看。

腳為什麼會陷到沙裡去?

有一天媽媽帶我和妹妹去海邊玩,媽媽穿的高跟鞋陷得很深,妹妹和我的就沒陷得那麼深,為什麼?妹妹和我開始研究。

新發明自動顯示風向風力器

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。

布,能說的秘密-探討影響布料彈性的因素

本科展旨在研究影響布料彈性優劣的原因。實驗中,為了解決布料伸長量過於微小的問題,以光學及機械原理自行設計一套精準的量測儀器(楊氏係數測量系統),精密度約在10-4~10-6m。 研究發現在溫度20℃~24℃,溼度50~55%的環境下,布料彈性受成分及編法的影響:(1)含有彈性纖維的布料,彈性較佳;(2)布料編織密度越高(單位面積的孔隙率)則彈性較差;(3)以編法為方形為例,布料在對角線方向的彈性較佳,但若是圓形編法,布料彈性在各方向上就較一致。並以棉線模擬布料編織方式,進一步驗證上述因素對布料彈性的影響。故布料編織越鬆散,布料彈性較佳,且編法會影響布料彈性的方向。即可用改變成份及編法來控制衣料的彈性大小及方向變化。這些數據結果可以提供紡織業參考。