物理科

想了解水滴在出口端體積受到哪些因素影響並分析重力與表面張力兩者關係，研究發現 (一)水滴接近滴下時底部水滴會彈性內縮；毛邊會破壞水的表面張力，輸出體積下降；出口端往水平方向傾斜時，輸出體積大約為垂直時的1/2。 (二)出口端為斜口時水滴的脫離點會往斜長中央點移動；出口端厚度變薄，接觸長度減少，往上總力降低。水流量大會有過量的水被往下帶；出口處疏水性強時，端口邊緣沒有水附著，水滴會較小。 (三)液滴增大時重力與表面張力之垂直向上總力比值會先降後升，表示開始時表面張力大於重力，但隨水量增加時接觸的周長迅速增加使得表面張力在垂直向上的總力大幅提升。隨後因重量持續增加使得比值隨之升高到了接近滴下前比值約為1。

「動量」是高中物理力學篇的重點之一，有關動量守恆性常以「火箭」為例當作解說，火箭固然是我中國先民的智慧結晶，然因未善加研究方展，反為西方世界所用，令人痛惜。國內的高中生，甚或大學生，除了在節日慶典能見到娛樂性的火箭之外，就只能在電視、電影裹看看外國火箭的發射紀錄片斷，問或有些許學校組織「火的研究社團」能身歷其境外，鮮少有較實際的體驗，因此常會造成火箭的推進係與空氣間的作用和反作用所造成，與噴射機之飛行概念混淆不清，為了澄清這種誤解，更為了說明上的便利，故而設計這套模擬實驗，以做為示範教學或學生實驗之用。文內提及之「火箭」實際上若以「水箭」名之應更為妥切，但為了方便，仍沿用「火箭」之名。

「馬達」是種將電能轉換成動能的電動機，如果反向操作，就變成發電機。於是，我們應用其『有「感」而「發」』的磁生電原理，研究自製一台靠風力轉動發電的發電機。研究包含：（一）拆解馬達，瞭解其內部構造及功能。（二）利用反式馬達發電機實驗，發現線圈粗細和圈數、電樞角度及磁性都會影響其產生的電壓。（三）研發盤狀發電機，透過不斷改良其系統及應用齒輪組，提高發電機發電效能。我們發現，當發電機轉動的轉速越快，產生的電壓越高、讓LED燈越亮。（四）設計並研究增進風扇轉速的變因，找出轉動效能最好的風扇帶動盤狀發電機發電。（五）探討盤狀發電機內線圈粗細與數量變因，並發現細線圈發電效能較好，且增加線圈數量能提高發電效能。

利用實心鋼球在傾斜凹槽軌道上滾動的簡單實驗，來探討滾動運動。藉由合適的資料分析法，計算滾動摩擦係數ρ值，發現ρ值約在10-2cm左右。當軌道傾斜角逐漸增加時，鋼球會有由純滾動過渡到又滾又滑的現象，推估木軌道的臨界角約在24o附近，玻璃軌道的臨界角約在20o附近。 最後，更進一步加入滾動摩擦的效應，修正力學能守恆關係，以計算鋼球轉動慣量中之幾何常數K值，並推測出靜摩擦力在純滾動時不消耗力學能，而滾動摩擦在傾斜角愈小時，影響效應愈加明顯的結果。

「物理馬戲團」這本書有個實驗是，將水倒入捲成圓形的水管中，會流不出來，我們想研究這個現象。首先改變纏繞的水管圈數，發現上升水位會改變，而增加的高度與所繞圓柱體的直徑相等。改變圓柱體的直徑，發現圈數增加，上升水位也增加。而改變水管纏繞密度，則不影響實驗。將水管纏繞為橢圓狀，發現橫軸長改變，不影響上升水位高度；若縱軸長改變，則上升水位高度會增加。改變水管為波浪狀，發現影響上升水位高度的仍然是波浪垂直高度及波浪數目。 最後，探討過程中水管內產生的空氣柱，發現是導致上升水位改變的主因；而且，封閉空間的空氣柱，會符合波以耳定律。也證實，只要水管纏繞圈數夠多或纏繞的垂直高度夠大，的確會造成水流不出來的現象。

本實驗希望藉由聲波的反射、共振、干涉、駐波等特性，來探討聲音滅火的原理。過程中我們從探討喇叭迴音孔的設計原理，進入亥姆霍茲共振(Helmholtz Resonator)的世界。我們具體的研究聚音器的特性，找出效率最佳的聚音器---讓聲音成為快速、有效、低成本、無汙染的滅火器。

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。

作者從事國中物理教學多年，學生對熱學所發生之疑難甚多，但國中物理課本及一般補充教材等對熱學方面的實驗探討並不多，作者希望藉此研究、新設計一些這方面的實驗裝置，或作者過去曾設計的熱學實驗裝置，再研究改進，使其更精良，更能提高學生學習熱學的興趣，或能將一種實驗裝置，達到多用途實驗的目的，以增進教學上的效果。

上完電算課後，暸解微電腦可用來當精確的計時器。於是想到將之應用在物理實驗，故設計此實驗，以求球狀落體運動的速度，並探討空氣阻力隊球體自由落下運動的影響。

我們研究的主要內容是研究液滴處在激烈震動的傾斜板子上時，為何會產生向上爬坡的現象？我們發現水滴大小、頻率、振幅、液滴成份、板子與液滴之間的附著力、爬坡角度與水滴形變等，對液滴爬坡速率皆有影響。我們試著改變板子的傾斜角度，水滴最大的爬坡角度可達43度角。液滴之所以會爬坡，主要是因為震動使其形狀產生變化，受到板子附著力及水滴表面張力兩者的拉扯，加上重力與慣性的影響，水滴會先形成突起的柱狀體，之後柱狀體會往高處移動，因此帶動了水滴的爬坡效果，以上是利用高速攝影技術所觀測的結果。我們亦利用木板、壓克力板與橡皮筋來製作一個模擬水滴可爬坡的裝置，結果顯示，壓克力板會因為橡皮筋的拉扯而產生向高處移動的效果。