物理科

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。

「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。

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。

(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。

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。

(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。

經常會看到前方的路面像有一灘積水在那兒，但近走過去看時卻發現什麼都沒有。我們查看物理方面的教課書籍及上網搜尋資料，發現這種現象是由於地面上的空氣因溫度變化，導致光線在空氣中的行進方向偏折而產生的全反射現象，其原理與沙漠中的海市蜃樓成因是ㄧ樣的。 我們發現了高中組科展的得獎作品中，居然得到與上述完全不同的結論，就是：炎熱路面的一灘積水是由於地面的單向反射造成，並非為空氣的折射現象。這也就引發我們做此次科展的強烈動機。 從尋找地面海市蜃樓在何處，與不斷改善觀察工具開始做起，接著再與師長同學討論，將光折射的證據從1.改變觀察者位置的高低、2.溫差的影響、3.地面性質等三方面逐步探索，並以雷射光徑說明：白天地面的海市蜃樓是光折射所造成。

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？

臺灣東部海域常有海豚造訪，賞鯨豚已成為熱門的海上知性活動；海豚擱淺時有所聞，對海豚造成生命危險。由於 clicks 是海豚用來判斷目標遠近，辨別目標大小、形狀的聲波，因此，本篇研究報告以海豚 clicks 為研究主題，探討海豚回聲定位之水下聲學。本研究首先於海洋動物園以水下收音設備記錄海豚聲音，以波形與頻譜分析其聲音特徵。研究中亦以虛像法聲波傳遞模型探討影響海豚回聲定位之因素，發現海豚與目標物之距離、以及海水深度對海豚回聲之返回時間與波形都有顯著影響。從聲波之反射與干涉之分析，我們進一步得知不同材質的物體由於其反射係數不同，因此聲波的疊加可導致回聲強度的差異，海豚藉此可以分辨兩物體材質是否相同；當海豚偵測的目標形狀不同時，物體的頂點就是聲波的散射中心，因為它們產生的回聲疊加以後的干涉圖像不同，海豚藉此可以分辨不同形狀與大小的目標物。由此研究結果可推測海豚之回聲系統不僅為一維之訊號傳遞，更有產生二維或立體圖像之能力。

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。