全國中小學科展

物理科

圓起?圓滅?---泡泡家族的一生

利用含有「界面活性劑」洗衣粉、沐浴乳、洗髮精、洗碗精和肥皂,調配成水溶液後可降低水的表面張力而形成泡泡。當溶液溫度改變,生成泡泡的成功次數受影響,代表表面張力的大小受溫度高低影響,溶液的濃度和外在環境的度也會影響泡泡的持久度。一般而言,濃度大、溼度大皆可延長持久秒數,但在濃度方面,我們要加以考慮過飽和溶液所造成的影響。而「非表面活性物質」NaCl、NaOH 加入溶液,會使表面張力升高而無法形成泡泡。當兩個泡泡接觸時,如果兩個泡泡的內壓力差超過其相黏膜張力所能承受的範圍時,就會因相黏膜破裂而使泡泡結合。酸鹼程度的不同,對生成泡泡的高度也有影響,大致上,接近中性的溶液泡泡高度就較高。利用自己製作的內壓測定器,觀察泡泡生成時兩端水位改變後的差異,得知泡泡的內壓力大於大氣壓力,也就是產生泡泡時要提供足夠的壓力差(過量壓力)。

潛「移」默化的無形小子-粒子在水中移動擴散的研究

過錳酸鉀在水中魔幻似的擴散,令人看到屬於科學的美麗與神秘。擴散一向被 認為是簡單的概念。濃度、溫度與管徑,是影響它的三大因素。我們的研究,設計 了四種裝置,來探討物質在水中的擴散。分別是固定式,持續滴入式,單向電錶式 與雙向擴散裝置。以固定式裝置,單純的觀察過錳酸鉀的紫色跑多快。以運動學最 簡單的「速率」定義,來探討這些變因有什麼關係,結果如下:自行定義的擴散速率=趨勢線斜率x濃度梯度→趨勢線斜率正比於溫度與管徑截面積。 這種設計,可以進一步研究溶質在水中擴散所受到的阻力:阻止過錳酸鉀擴散 的效果,鎂離子比鈣離子強,而且鎂離子濃度愈高愈好。電錶式擴散裝置,利用導 電性造成電錶指針瞬動,把所有的無色離子擴散研究變成可能。雙向擴散,離子相 撞產生沉澱,都提供了研究液體擴散的新方向。

~來聲相聚~聲音滅火與聚音器的探討

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。

滑動摩擦

去年五月三十日在談文車站所發生的大車禍,據當時的報紙報導,特快車的司機發見前方軌道上停著快車時,即時剎車,但因衝力太大,火車滑行了一段距離也不能停止,而迎面相撞的。目前交通發達,車速又快,我們常常看到在路上快速行駛的汽車、機車,緊急剎車滑行留下的黑色痕跡。我們曾經驗過,在雨天路滑,或在路上踩到香蕉皮滑倒的現象。此外以鋼筆、鉛筆、毛筆寫字等都是滑動摩擦,這種滑動摩擦,在我們生活中關係很深,但在物理課程,摩擦力單元,只提到最大靜庫擦而巳。為了多了解摩擦現象,我們做此研究。

貴重金屬( 金、銀 ) 廢品之回收

二年半前,在某一機會中,陪同從事五金廢品生意之朋友,前往本市民族一路的海關廢鐵堆集散場標購貨品,一大片廣場,盡是一堆一堆的進口混合五金廢品,其中較吸引我的是一些從美國進口的廢棄電腦及拆敵的電子計算機,電話交換機,通信器材..等等。囚在上述的器材內,附有很多鍍金、鍍銀的電予零件,另附有含金、銀成份很高之電子廢品,金、銀那麼貴重,若能把它們從零件或廢品上回收同來,豈不更值錢!由此引起敝人從事金、銀回收之動機。

簡易螺旋紋和紙彈玩具的研究與製作

(一)玩具是我們小孩子生活中的一部分,玩具帶給我們無窮的樂趣,甜密的回憶。 (二)哥哥四年級時(三十屆)也以「和風來玩」的玩具做研究,得到全國展第一名。 (三)今年我已是四年級了,很想和哥哥一樣,以我們最喜歡的玩具為題來做研究,就請老師指導我們。 (四)老師說:玩具的種類很多,在生活中到處可見有關彈簧的應用,但是往往被忽略了它的實用及重要性,希望大家能從有關彈簧的簡易玩具著手。

有感而發

「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。

風起,再造飛機去追風

探討飛機升力由白努力定律主導或是康達效應主宰。煙流實驗得知:攻角過大時氣流將不再沿著機翼向下,造成升力減弱;由不同型態機翼實驗,發現機翼上方的起伏雖不同,但均隨機翼與風向間夾角漸增(0 ~20度),升力漸增;而平面機翼最大升力則是出現在攻角10度時,攻角過大則升力陡降,且其升力最大值均較上方有起伏的機型更高,我們由此推估,康達效應對機翼升力的影響應較白努力定律更為顯著。由改良之紙飛機,發現將紙飛機的尾部上折一反角,便可造成機頭上仰的力,藉由康達效應造成之升力,即可讓紙飛機達最佳化之飛行結果。 我們從機翼實驗的各項變因探究,到實際應用在飛機的飛行表現上,皆發現康達效應在確實是主宰飛機升力進而影響飛行。

何種變因影響溶液導電性的大小

(一)在高中物理實驗課本中“溶液中離子電荷測定”的實驗中,我們發現電壓一定的情況下,電流強度隨時間的增加而減小;但溶液的溫度卻逐漸升高,使我們聯想到溶液的導電性應與那些因素有關?(二)在學習歐姆定律時,引起對“溶液導電時,是否可視為歐姆式導體”,亦即歐姆定律能古適用於導電溶液中。

「推」到最高點─風扇設計型式與推力轉速關係變化的研究

記得在學校的校外教學旅程中,參觀了桃園的航空科學博物館,對館中所陳列的各式各樣的飛機,我都非常感興趣,尤其是館中展出的噴射發動機的解剖展示區,更是吸引我的注意力,我注意到說明板上詳細介紹了各種發動機的推力值,但是都不一樣,我又注意到每一種發動機裡的扇葉排組方式都不相同,難道真是這個原因而產生不同的推力?我很想明白它,所以我拍了幾張照片,帶回學校和老師及同學一起研究討論,想找出影響推力大小的真正原因?