物理科

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。

我們購買了數枚真、假龍銀作為實驗樣本，並以鋼(ss400)及白鐵（304）兩種材質訂製多種不同形狀條件的圓型金屬板，以圓心為支撐點，以定力裝置敲擊樣品圓周，藉由筆記型電腦、麥克風以及數位音樂編輯軟體 Cool Edit Pro 2.1 的協助，紀錄樣品所發出的聲音強度與頻率，再以軟體將原始訊號轉譯成聲音的頻譜；最後使用 MATLAB 軟體進行曲線擬合，以探討圓形金屬板的直徑、厚度對自然頻率的關係。經過多次的敲擊實驗與分析，我們發現：「圓形金屬板的直徑、厚度會大約分別以平方反比以及正比的關係影響其自然頻率。」同時，根據實驗觀測所得的資料及相關理論則顯示：「以圓心為支撐點，輕擊金屬板圓周的施力方式，在眾多圓形板的共振模態之中，以十字交錯的馬鞍形振動為主要的振動模式。」真龍銀的敲擊聲音在聽覺上似乎較清亮，這個現象也反映在真、假龍銀以及一般金屬樣品的訊號差異方面，我們發現：「真龍銀的音量強度衰減時間比假龍銀久，龍銀的頻譜圖則比金屬樣品複雜，能夠出現更多的共振模態。」

「啊!救命啊!好燙!」冬至的那天媽媽為我們燉雞湯進補，把弟弟燙得呱呱叫，弟弟說它又不會冒煙，怎麼會那麼燙呢!爸爸因公事忙，常常晚點回家吃晚飯，卻又非要媽媽把菜和湯熱一下不可，真奇怪，怎麼冷的那麼快呢!是不是和使用的的游有關係呢，使我對它發生了興趣，而加以研究。

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。

前些時候，媽媽買了一個燜燒鍋，只看到媽媽在瓦斯爐上把蹄膀煮沸二十分鐘，然後就放到燜燒鍋裹面，不去管它了。結果，到了晚上吃飯的時候，媽媽端出一槃香噴噴的蹄膀，吃得我們讚不絕口。可是，我很納悶！以前，媽媽燉蹄膀的時候，總是需要在瓦斯爐上用小火燉上一、二個鐘頭，而燜燒鍋既不插電也不用瓦斯，為什麼也能達到同樣的效果呢？於是我去問爸爸，爸爸回答我說：「因為燜燒鍋是一種良好的保溫裝置。」我又問他：「如果煮沸的蹄膀一直擺在裹面，是不是溫度都不會改變呢？」爸爸笑著說：「為什麼不去找有關的書籍查一查，順便做一下實驗呢？」 於是，我邀請班上的同學，在老師的指導下，展開了一連串的實驗。

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。

在高中物理星球運行中曾提及刻卜勒的三定律如下三點：“某行星繞恒星的軌道為橢圓”。(二)某星球在橢圓軌道中等時距掃過等面積。(三)諸星繞同一母星，各星球R3/T2保持定值。（R是軌道半徑， T 是運行周期）但是並未對三定律的來源，做一來龍去脈的推演與介紹。以致吾人無法了解，基於此，使得我們對於星球運行為何會如此發生了興趣，進而以所學的數學及物理知識，對星球的運行加以探討及模擬”

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。

液體的表面張力很微小，不容易用一般的儀器來測量，常見的大學實驗是用杜諾扭秤來測量，而本實驗設計是利用自行製作的儀器，利用簡單的槓桿原理以及定滑輪方便操作的特性，測量各種日常生活中常見的液體表面張力，計有：各種水質、酸鹼性溶液、糖水和食鹽水溶液、4 種清潔劑、6 種飲料、以及溫度的影響，並且更改各種變因來觀察溶液表面張力的變化，希望研究有助於我們瞭解日常生活的液體，其表面張力的差異。

我最喜歡夏天了，因為夏天一到，就可以吃到媽媽做的冰，又衛生又好吃，每次媽媽做冰的時候，我都喜歡在旁邊看，等著吃冰。有一次，我等得不耐煩，就催媽媽快點啦！媽媽沒有辦法，反而問我：「要怎樣做才能加快？」我被媽媽問得啞口無言，不知如何回答，以前我只管有冰吃，從來沒想到這個問題，第二天我到學校，就去請教老師，老師說：「我也不知道，我們可以大家一起來動手做做看。」上自然課時，老師就讓我們提出幾個問題，再教我們做了下面的實驗。