全國中小學科展

物理科

深水炸彈~探究撞擊波對水體與浮球之力學交互作用

本實驗是探討球體受到水與寶特瓶交互作用產生噴射的實驗。藉由研究裝球與水的寶特瓶落下高度與球的噴射高度的數據,找出交互作用的關聯性,進而找到噴射的最佳條件,並探討球噴射的原理。我們藉由電磁鐵、滑軌裝置,以攝影慢速播放方式,發現球體噴射的力來自於撞擊波,藉由寶特瓶瓶身及水體傳遞能量,在水面中央形成空腔及水柱噴射。本實驗以直徑4公分的保麗龍球、使用釣魚線及磁鐵固定在水面中央、約2公分沒入水中;直徑11公分瓶頸斜度大、撞擊面積小的寶特瓶的組合,產生的撞擊波對球體有最佳噴射高度。

爬啊!爬啊!過山河─毛細現象的探討

有一天,上自然課時,老師無意中說了「毛巾吸水是毛細現象」這句話。我們都覺得很新鮮,於是我就約了幾位好友一起向老師請教,老師發現我們這麼有探索的精神,於是提議一起來研究有關毛細現象的種種影響變因。下面就是我們討論的過程。

以水波槽探討都卜勒效應

火車錯車時,常聽到來車的汽笛聲音靠近而顯得較高,相遇時即急速下降,遠離時頻率已變低。根據教科書解釋,當聲源靠近時,都卜勒效應的視頻 f 為 f = f0 (V+v) / (V-v) 其中 V :聲速,v:聽者速度,u:波源速度,f0:實際聲頻,因此視頻變高;當聲源遠離時,視頻f為 f = f0(V-v) /(V+u) 因此視頻變低。上述解釋說明:靠近時視頻為一定值的較高頻,遠離時為一定值的較低頻。然而實情卻是:相遇時聲音由高降低做連續的變化。何以會有這樣的差異? 由此推測:除了波源速度、觀測者速度會影響都卜勒效應的視頻外,一定尚有變因會對其產生影響!這些變因為何?

坐升降機

二月十五日那一天,我和媽媽到高雄大統百貨公司,乘坐「升降機」到十樓一一兒童樂園,當升降機突然起動向上升時,我到好像有一個力量將我向下拉了一把,使身體沉重的向下一頓;而當感覺升降機突然停止時(或下降)卻覺得身體漂浮起來,好像是有一個力量把我往上提呢!!,這一拉一提的力量是從何而來?為什麼會這樣?難道說在升降機中人的體重會增加或者減輕嗎?果真如此,這又是什麼原因?這一連串的疑問,激起了我探討研究的興趣,於是在科學研習的時間,提出來向老師請教,老師就以「坐升降」為題口,展開這次的研習活動。

星際效應中的憤怒鳥

由電影「星際效應」所引發的好奇心,我們開始了這次對重力彈弓的實驗與研究,共設計了三種實驗裝置:一、馬達、鋁盤、強力磁鐵及滑軌組成的引力裝置。二、壓克力材質的的實驗平台。三、可調整鋼珠從不同高度滾落的凹槽滑梯裝置,利用這三種裝置我們可以進行重力彈弓的模擬與分析。

老師!阮ㄟ紅豆仔湯怎麼煮不熟?

海拔高度與大氣壓力有何相關?不同高度對水的沸點與熔點會造成甚麼影響呢?此次以嘉義市為起點,沿阿里山公路六個地點,分別測量不同高度與壓力。其結果如下:嘉義市:高度 20 公尺,壓力 1015mb。觸口:高度 200 公尺,壓力 990mb。和平橋:高度 550 公尺,壓力 945mb。鞍腳:高度 800 公尺,壓力 920mb。隙頂:高度 1200 公尺,壓力 880mb。阿里山:高度 2200 公尺,壓力 775mb。玉山國家公園:高度 2450 公尺,壓力 750mb。由此可知高度越高,大氣壓力越小。因壓力的不同,所測量純水的沸點、熔點也不相同。測得結果如下:壓力 1015mb、沸點 99.5℃。壓力 880mb、沸點 94.1℃。壓力 750mb、沸點 89.6℃。由以上結果得知大氣壓力越小,沸點越低。在壓力 1015mb、熔點 0.1℃。壓力 880mb、熔點 2.1℃。壓力 750mb、熔點 3.3℃。由以上結果推知:高度越高,大氣壓力越小,純水的沸點越低、而熔點越高。第一次,各組所測得的沸點與熔點的溫度有差異,經研究討論後,認為是各組的溫度計有誤差,經過校正,各組的差異就在一定範圍內。

手提紙袋承受力的探討

每回到超市,總是提著那大大小小的塑膠袋回來,家堛漫U圾中,塑膠袋總是佔了很大的比率。為什麼商家不提供較環保的紙袋呢?教師節那天跟媽媽去逛 SOGO 百貨公司,終於被提供了一個看來不錯的紙袋,後來我們又到地下樓超市買了一些罐頭食品,我建議就用這個紙袋裝裝看,沒想到才上到一樓紙袋提手斷裂,紙袋也破了。我在想,如何提高紙袋的承受力?讓大家安心的使用紙袋,既合乎環保觀念又方便使用。

雙線擺振動的研究

某日偶而看到由天花板懸掛下來的日光燈在振動,連想其振動該為週期性,但其週期到底與那些因素有關?於是引起探求的興趣,乃完成如下的實驗。

電路之模擬解析板

電路之種種物理原理,僅由虛無的想像,配合推論,加以瞭解。固然都有客觀的實驗作為論證的依據,然而這些實驗若不是儀器複雜,操作不易,(勿密立根油滴實驗以驗證基本電荷之存在)就是間接推論(如以熱力學方式測定電動勢),部不是簡潔明快的方式,使學生對電路有一清晰的概念。為了教學上的方便及基本理念的灌輸,擬以此解析板解說電池,電位差、電阻、電流、電流計……等之基本意義,也進一步表現電阻定律、歐姆定律、電阻之串,並聯等定律,以期學生能以最簡單、直接之方法全盤了解這些物理量間之關係。

響螺發音頻率之探討

民俗技藝中有一項童玩─「竹製的響螺」,經由在自然科學研習社的活動過程,我們發覺以底片盒所製成的的響螺,也具有相同的效果。進一步在實驗中了解到其頻率與多項因素有關,因此想藉由自行設計的工作平台進行頻譜數據量取,而從所得數據分析發現:一、響螺在垂直地面旋轉時並無法發出聲音,但當與地面不垂直時反而會發出聲音;由此可知,響螺是在不垂直地面的情況下與空氣有較劇烈摩擦進而在筒內產生共鳴。二、當響螺傾斜時,它的特徵頻率會隨著傾斜角增大而有先降低而後升高的現象發生,此與空氣摩擦程度有關。三、響螺之轉速愈快,特徵頻率會愈大,但增加到某一程度時其特徵頻率會回到較低之頻率。四、響螺的缺口如果加長或加寬皆會提高其特徵頻率。五、缺口厚度較薄會使特徵頻率降低,但會使響度加大。六、缺口受風邊如果是凸出則特徵頻率較低,反之凹陷時會較高七、響螺之材料與管子直徑皆不影響其特徵頻率。八、響螺管子愈長,其特徵頻率會愈低,反之則較高,但太短的共鳴管所產生之特徵頻率需修正為八分之一波長的共振。