物理科

牛頓冷卻定律為何不能解釋「高溫的水會比冷水容易結冰」?此一現象又是什麼因素所造成的呢？一、氣體溶解度對「彭巴效應」的影響。二、「熱頂效應」對「彭巴效應」的影響。三、蒸發對「彭巴效應」的影響。四、冰晶與結冰的關係。五、不同的水質與不同溫度的變化。六、不同濃度的鹽水的下降溫度。在多次的實驗過後，我們似乎已經找出了結冰最快的「途徑」了！

生活當中，數鈔票時手指都要沾些水，似乎是因為水會增加手指與鈔票之間摩擦力；天雨路滑下雨天騎機車要特別小心謹慎，是因為水會減少輪胎與地面之間摩擦力。為了探討兩介質相互摩擦時，水的加入會增加摩擦力，還是會減少摩擦力，我們展開了一連串的實驗：一、測量刀子及其他材質與砂紙沾水前和沾水後最大靜摩擦力的狀況(線狀)。二、測量鞋底與不同界面沾水前和沾水後最大靜摩擦力的狀況(面狀)。三、測量皮革(模仿手指)與紙鈔沾水前後最大靜摩擦力的狀況。四、測量水量多寡對介質間最大靜摩擦力的影響。五、利用噴有奈米材質的界面，探究介質間加水後最大靜摩擦力變化的因素。本研究主要結果發現：一、並不是有如文獻中所說的「水的存在會減少摩擦力」。而是水在摩擦力的世界中，竟然扮演著雙重角色，某些情況下它既能降低接觸面之間的最大摩擦力，在另外一些情況中卻增加接觸面之間的最大靜摩擦力。二、我們推論：在加入少許水時，介質間最大靜摩擦力是增加的；但加入更多水量後，介質間最大靜摩擦力反而會減少，這推論在此研究中經實驗證實。三、利用奈米塗料降低水與介質之間附著力，我們證實當兩介質中加入少許水時，最大摩擦力違反減少的趨勢，反而逆勢增加之原因為：水與介質之間附著力大於水與水之間內聚力之作用。

本研究探討影響綠豆湯煮熟所需時間的因素，包括比熱實驗、沸點實驗、綠豆泡水溶液長度變化實驗、滲透實驗及煮綠豆實驗，研究結果可以合理解釋煮綠豆湯前先泡水及後加糖的原因，過程中也得到糖水、食鹽水及海水的各種相關數據。同時為了更瞭解水溶液的結冰狀況，也做了凝固點實驗及結冰實驗。

為了解蝴蝶飛行的原理，自製風洞及不同展弦比的蝴蝶翅膀模型，在模型中通入濃煙並 以數位相機拍攝蝴蝶翅膀上的渦流變化。發現主要有前緣渦流、翼端渦流及與翼身相交接處 的根部渦流等，進一步分析拍翅頻率和攻角改變對渦流的影響，發現拍翅不但會強化根部渦 流也會使前緣渦流向後滾，就像是一串向後移動的微型龍捲風，形成翼面有一股向上的力量， 即所謂的渦流升力。最後，把蝴蝶模型固定在自製振動座上，再將整個基座黏在電子秤上， 測量拍翅時模型所受的最大升力，結果發現當模型的拍翅頻率慢慢增高時升力會突然消失， 而頻率更快些升力又會再度出現。針對這個奇特的現象，我們運用Buckingham π 理論分析 最大升力及渦流的關連性。

專題課時，利用20根義大利麵及有限的膠帶與棉繩搭高塔挑戰失敗，引發了我們對在有限資源下，如何搭出堅固高塔的好奇心。本研究利用自然課的教具完成簡易裝置，測試了幾種市售麵條的彈性與彎曲強度，挑出適合的義大利麵條進行棉花糖挑戰。接著使用圓竹棒代替義大利麵進行結構的實驗，再配合自製的剪力測量裝置進行研究，探討三角形長邊的重疊方式對剪力與耐重力的影響，並發現剪力與耐重力最大的重疊方式與加強三角柱的直立柱中間點可以加強耐重力。最後，運用研究結果與文獻資料，成功將20根義大利麵高塔由原本22公分高提升到97公分高，高度增加了四倍多。

本實驗用了業務用排風扇，並加上整流段，使氣流更加平穩、集中。裝上自製調速器以控制風速，並且改良出微型風速計，以測試棒球上下的氣流流速。棒球部分，則利用家裡面常會用到的圓形保鮮盒，改裝成測試架。此測試架可同時測到水平力、垂直力及阻力，不儘大大地突破過去的測試限制，更可以任意改變旋轉的角度及轉速，以及不同的旋轉軌跡。如此，幾乎所有的變化球都可以模擬出來了！也可藉此找出新種的變化球。為了測量打者揮棒時間，我們利用了電腦軟體(威力導演)，將打者的打擊影片進行連續的分析，以求得球路判斷點，最後利用電腦做0.01秒為間隔的力量分段分析，使數據更加精確，更有助於棒球軌跡的完整呈現。

國中物理課程，需要用真空抽氣機的實驗較多，但是電動真空抽氣機，價格高昂，大部分的學校因財力困難，到日前還沒有配置。有配置的學校，由於班級多，實驗室不敷使用時，也難於搬到教室作示範實驗。加上使用電動真空抽氣機，全是機械操作，學生不能親身體臉抽氣，減壓的變化情況。故不易得到教學的預期目標。茲介紹的簡易真空抽氣器，係利用塑膠注射管，配合三塊壓克力板組成的活門製成，雖不能與電動真空抽氣機的低壓性能相比，但不妨礙教學上的各觀實驗，又不易破損、易製作、價廉可大量供給學生分組實驗。

我們是受到一部影片的啟發，以做實驗方式找出「極速鋼珠」原理。 首先軌道坡度40度時效果最佳。其次加入2個強力磁鐵，用較重的磁性物質─大鋼珠來撞擊，效果最佳。因撞擊力道除了珠本身重力外，還多了與強力磁鐵間吸引的磁力。 再者，強力磁鐵後端鋼珠為4顆時，效果較佳，且放置愈多組強力磁鐵組，效果愈好。我們利用改良式撞擊力道測量器，可比較出末端鋼珠所產生的力道大小。末端珠必須是磁性物質、且與磁鐵間的磁力愈弱、重量愈重、大小和小鋼珠愈接近、離受撞器愈近，則所產生的力道會愈大。 我們由一連串的實驗結果推論，末端鋼珠一開始並非是先滾動的。後來利用高速攝影相機證實了末端珠的運動方式，是先滑動一段距離，然後再做滾動的。

從平時練習的羽球中，發現羽毛形狀及疊合方式存在明顯差異，於是著手設計空氣壓縮推進噴射的方式探討軌跡差異。利用四個排風扇並排製作垂直風洞，再將球頭鑽洞放入滾珠軸承及牙條作為支架，使穿過支架的羽球在垂直風洞中仍然能夠自由旋轉以利取得運動時的阻力、轉速及側向力。實驗數據顯示，羽毛只要經過修剪，阻力多會下降；若修剪外側羽毛，高速下的轉速可大幅提升，但低速時則因受力面積減少導致轉速下降；但羽尾若破壞程度太大，如：剪成平頭狀，會使得轉動能力下降，甚至低速時無法轉動，飛行距離也明顯提升。最後，斷翅的實驗出現了一個有趣的結果：透過斷去第二根羽毛達到對稱的缺口，可挽救失控的側向力，提升破損羽球的練習價值。

三年級上學期上自然科學第十單元，色輪的實驗時，老師要我們用牙籤和卡紙製作彩色紙陀螺，來實驗使彩色紙陀螺看成一色的實驗，我發現我做的紙陀蠟旋轉的情形比別的同學的陀螺差，我不知道是什麼原因使旋轉的情形不一樣。因此，我便找了幾個好朋友，在老師的指導下，一起來研究「怎樣才能做出轉得更穩，更久的陀螺」。