全國中小學科展

物理科

自製簡易牛頓第三定律之示範實驗

在國中物理課本中缺少有關牛頓第三運動定律的實驗,所以設計一些可以解說牛頓第三運動定律的簡易實驗,材料可利用廢物,卻能發揮學生學習時的主動性(Activity)及質量性(Quality)。

窗戶怎樣開較涼爽

因班上的上段窗戶很不方便開,故常常都沒有開,有一次一位同學在外面玩熱了,進了教室便說:「上面的窗戶要打開較涼。」但有位同學接著說:「上面的窗戶太高了,開不開都沒有什麼影響。」就在那爭執不下的時候,斑長又說:「老師曾說過,熱空氣上升,上面打開容易散熱。」究竟如何呢?我們就在級任老師及主任的指導下,做了下面的研究與實驗。

「蓮蓮看」–「奈米小精靈」

奈米科技是一項高科技,甚至被公認是二十一世紀最重要的科技產業。事實上在我們周遭自然環境中處處充滿著許多奈米現象,等著我們去發掘。本研究將分別在蓮花等30 種植物的葉面分別滴上水、墨汁及蜂蜜,帶我們去發現由於「奈米小精靈」在蓮花葉面上的作用,使得水、墨汁及蜂蜜在蓮花葉面上均會集結成珠,如將葉面與地面保持45 度的夾角,觀察並記錄其流動情形,會發現不論是水、墨汁及蜂蜜均會瞬間被滾走。蓮花這種自潔的功能,事實上就是一種奈米效應。只要我們用心觀察,會發現自然界中蘊藏著許多奈米科技的概念,值得我們去研究。經由以上的發現,本實驗將以珠針、保力龍球及保力龍板來實際模擬三種不同等級結構的植物表面,其中有具奈米結構的蓮花和具微米結構的芋頭及一般無奈米及微米結構的姑婆芋葉面。製作完成後,以大的海綿球替代灰塵來解釋,為何蓮花具有自潔效應(蓮花效應)。

彩虹就在我身邊

本研究動機由於在五年級上學期牛頓第九冊第一單元光和顏色課程,曾做過彩虹的實驗,但我們在實驗時始終無法清楚看到彩虹,於是引起了我們對彩虹研究的興趣。研究過程分四個步驟來進行:分別是(1)利用簡易的噴霧器是否能製造彩虹?(2)不同噴水量的噴霧器在太陽光底下觀察彩虹的清晰度?(3)不同顏色的背景,哪一種背景下所看到的彩虹最清晰?(4)如何營造出在教學上最易觀察到彩虹的方法?實驗結果發現,製造出彩虹是容易的,只要具備噴霧器水量、無雲的陽光,在較暗的背景(黑色最佳)的情況下就可以很容易看到彩虹。另外便於實際教學上可以自己準備一個紙箱子,內部貼上黑色壁報紙,將箱子、觀察者與太陽方位以順時針135 度或225 度所觀看的角度最佳。

三度空間碰撞

上個學期,我們在物理課學了動量不滅定律,並做過二度空間碰撞的實驗之後,同學們在一起討論:三度空間內的碰撞結果會怎樣呢?要如何證明呢?於是有人發言:非利用閃光攝影辦不到,而且需幾架攝影機同時運用。」當時我們深深不以為然,為什麼不能用些簡單的器材證明呢?我們就證明看看。

水不再溢出了

有一天我和同學去爬山,在山腰裏看見一位農夫挑了用大水桶,很辛苦地走著,我看見他的水桶裏放了許多樹葉。奇怪!他為什麼要把樹葉放在水桶裏呢?

能者多勞-太陽能驅動磁浮小火車

磁浮列車是利用磁力使車體浮起來的一種新穎交通工具,因為並沒有與軌道直接接觸,因此能將只有空氣的阻力減到最小。我們借用磁浮列車的靈感,利用磁?同名極相斥、異名極相吸的原理,製作一列以「磁吸原理」行進的「磁浮」小火車,運用電池為動力,使小火車順利前進。 隨後,基於環保意識,乃將原本以電池為動力的「磁浮列車」改製成以太陽能為動力來源的「太陽能磁浮小火車」。繼而探討不同照度的光線被太陽能板轉換為動能後,對磁浮小火車行進速度之影響,同時完成研究報告。 使用太陽能板,只要在可以接收到陽光的地方就可以產生能量,所以太陽能是解決環境污染及能源短缺的最佳選擇之一。

男人夢想的小老婆~探討水火箭車發射動力之研究

本研究利用回收寶特瓶、廢棄CD及重複使用的鐵條設計好玩的水火箭車,藉由高壓氣體將水推出瓶外,形成水火箭車行駛的的動力,從實驗中找出空氣與水的比例、打氣壓力、輪胎寬度、大小與胎紋(摩擦力)……等對車子行駛的影響,探究能讓車子行駛最平穩、快速的最佳條件。研究結果發現:水量在350cc、空氣壓力120psi,水火箭車具有較大的動能;輪胎CD片數愈多、輪胎直徑愈大及止滑膠帶材質(摩擦力愈大),皆會影響車子行駛的路徑及穩定性。 為了符合水火箭車創意設計競賽,從最佳行駛條件中去設計多款節能環保的創意水火箭車,經過不斷創作與改良,終於創作出一款符合競賽規則、節能環保的水動力概念車,也激發了另一個研究靈感,是這次科展最大的收穫。

泡泡造反了-反泡泡之形成、存活與破滅之物理特性探討

本研究主要要探討「反泡泡」(antibubble)這個一般不被注意到的有趣物理現象。我們用數位攝影機進行實驗結果的取得,並以電腦進行擷取與分析。實驗結果為:一、反泡泡的生成主要與界面活性劑的性質有關。洗碗精這樣具界面活性劑特性的物質濃度越稀薄,反泡泡的成功越低。二、反泡泡的大小範圍介於 0.35cm 至 0.6cm,不同濃度所產生的反泡泡大小並無明顯之差異。三、反泡泡的內半徑約為外半徑之 3/4。四、反泡泡存活時間大多在 70 秒之內,僅有少數超過 100 秒,平均存活時間為:五、反泡泡自行破滅可以歸納出兩大種類型。其一為:「集中破滅」;另一為「震盪破滅」。「震盪破滅」情形較為特殊少見,其破滅過程較一般反泡泡來得更久,且有 2 至 3 次的來回震盪。

奇妙的水面

有一天,我和鄰居的同學玩摺紙船,後來李家慶同學提議要放到水裏,我們就拿了一盆水,把紙船放下去。咦!怪事發生了!船兒怎麼都跑到盆邊來了?紙船自己又怎麼會跑呢?我們都不知道原因,因而發生了疑問。就這樣,便引起了我們研究的動機。