全國中小學科展

物理科

自製測定重力加速度教具及其研究

(一)在我們所學的國中物理課本中,直接用來測定重力加速度的儀器與實驗是物理第二冊P111所提示的多次曝光照相機及照片,玆錄原文如下:如圖 (一)「質量不相同的兩個球同時開始落下時的情形 這圖是利用每 30 分之一秒閃光一次的照相裝置所拍攝的”利用這張照片試算出重力加速度 g的值」1.圖(一)簡介,有大小二球同時下落合攝於一張照片中,第一球為靜止位於標尺 0.0cm,其餘各球的位置如圖(一)所標示。2.計算例一:依據S=1/2gt 2.....1 1. 此處 S18=162.0cm 而 t 為 l / 30 秒的 17 倍,所以 t=0.567sec 代入 1 式則162=1/2gt 2 g=1078cm/sec 2 3.計算例二:依據 a=V-Vo/t-to....2因為g還未確定,不能用Vt 2=2gs來求Vt,均以平均值為準,則互相抵消之結果,仍為正確若V=S18-S17/t18-t17=162-144/1/30=540cm/sec Vo=S11-S10/t11-t10=309cm/sec t=7x1/30=0.23sec to=0 a=g=540-309/0.23-0=1004.35cm/sec 2 4.由以上兩種不同方式的計算例來看,應以例二較正確,但與標準值比較仍相差甚鉅,且1004.35>980 的結果更不能作令人滿意的解釋,因為1.台灣省是低緯度省份,其重力加速度應小於 980cm /sec 2才合理。2.2.空氣有阻力及浮力,所以其實際的:應小於98Ocm/sec 2才對基於以上理由,我們就請老師解釋,老師的答覆是一同作「實驗研究」。(二)在以往的國中物理課本中有 T=2 √ 1/g…… 3 一式,我們可以設計一個比較精密的單擺能自動追查出 T來,作為與動機(一)研究結果比較,這樣我們所求得的 g 值不是更較正確嗎?

以高中數學探討星球運行與其運行的實體與電腦模擬

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”

暗藏私心的3D偏光視界

我們的研究是針對現今流行的3D眼鏡(偏光片)進行相關探究,進而瞭解各種光穿透偏光片後的變化情形。研究結果發現:光源起始亮度相同的條件下,各色光LED穿透一片偏光片的透光率相近;而穿透兩片疊合的偏光片時,透光率會隨著偏光片疊合角度改變而有規律的起伏變化,紅光的透光率較藍光和綠光約高10%,但是藍光的透光率起伏差異最大,紅光的起伏差異最小。若是在兩片偏光片中間黏貼一層角度不同的透明膠帶,並將偏光片疊合成不同角度時,各色光的透光率起伏差異和最大值皆會產生程度不同但有規律的角度位移現象,表示膠帶具有旋光性。若改變透明膠帶黏貼的層數,透光率的起伏差異和最大值的疊合角度也會改變,但是沒有明顯的規律性。

“流 形”的 趨 勢 ---- 風

我們由百科全書上看到風洞的介紹,和汽車外形不斷在改變——漸趨流線型而引起我們的興趣,便參考資料著手製作小型的汽車風洞模型,再利用此風洞模型探討不同造型的模型汽車,對風阻的影響以及模型所受水平風壓的研究。一、製作小型的汽車風洞模型原先的汽車風洞模型為抽氣裝置,但由於風扇太小,且氣流不甚穩定,後來在拆船貨中找到一個強力風扇,且找到一個0 V ~ 260V 的變壓器來控制風速的快慢,於是製成第二個吹氣裝置的汽車風洞模型。後來又為了研究水平風壓又改良製作了第三種風洞。二、測試不同造型的汽車模型在風洞中的情形1. 我們將電子天平置入風洞模型的測試段中,當風扇開始運轉時才歸零,我們測試了6 輛模型汽車,分別在車頭、車尾和側面迎風時,所受的阻力大小,阻力的測量方法,是以在風洞中所測得的重量減去原始的重量,由其重量變化的百分比,來說明風阻的大小。2. 但可能由於車子重量太重,故重量變化的百分比亦不大。三、改採小台(重量較輕)的汽車模型在風洞中來測試雖然車子的重量減輕,但也因其受風力的面積減小,所以,車子重量變化的百分比亦不大。於是著手進行用保麗龍製作模型車。四、將不同形狀的物體吊於風洞中,測試水平風壓的大小將保麗龍球、蛋的模型、正立方體盒子和自製三台漸趨流線形的保麗龍模型車以進行水平風壓的實驗。五、製作一概念車根據水平風壓的實驗數據,找出哪些形狀風壓最小,再進行製作概念車,實驗結果發現自行製作的概念車無論風速為何,風壓都能夠很穩定。

水管捲捲捲

「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。

中華民國第三十八屆中小學科學展覽-物理科評語

本屆科展物理科計有初小組 17 件,高小組 12 件,國中組 20 件與高中組 20 件(內含國外參展作品一件),在參展數量上,初小、高小組要比往年稍少,但國中,高中組則有增加,至於參展的內容,初小組沒有往年的生動、活潑,希望未來能加油。而其餘的三組都比往年要好,不論是創造力的新穎、科學求真的情神、思考的循序漸進、邏輯推理的程序、實臉數據的完整性、儀認安排的操作技街、利用電腦的模擬能力等,都有水準以上的表現,唯在數據處理方面則有所不足,希望能加強這方面的訓練。

「X」形架的好處

有一天我們在操場上體育課時,無意中發現正在興建中的體館外邊,有許多工人在很高的方形支架上工作,覺得很新奇;又有一次老師帶我們到校外參觀,走到正在與建中的高樓,看到撐在外邊的支架,卻是用交又形的桿子所做,工人在其上工作也能活動自如,引起了我們的好奇心,因此我們就去請林老師指導。

旋音管裡的精靈

藉由轉動有皺摺的管子產生的聲響所收到的波,經由快速傅立葉轉換(FastFourierTrans-form)分析,發現產生駐波(此駐波是以方波的方式存在而非正弦波),並觀察經傅立葉轉換後的共鳴頻率分布,探討螺紋的有無、管子長度、開口大小以及角速度等變因的相互關係。

光的反射與偏極之探討

一般汽車玻璃上貼的隔熱紙,對光線的反射現象很特別,從某一角度觀察可看清楚車內景物,換一角度卻感覺強烈反光無法直視,這種現象引起我濃厚的研究興趣。

讓「氣泡」說話

本研究採用物理製造法來製備無添加糖分和香料的純氣泡水,在【前置實驗】中利用自行研發的「可調式氣體流量計」找出二氧化碳含氣量穩定的氣泡水,發現以RO逆滲透水源、弱充氣量模式所製備而成的氣泡水在長時間中二氧化碳氣體逸散率低且逸散速度緩慢、穩定!接著,以此氣泡水源在【主要實驗】中利用顯微鏡及Motic image plus 2.0、Image-J軟體進行氣泡水不同靜置時間、不同注水衝擊力道、不同粗細顆粒、不同容器材質等變因的探究,藉由量測及分析在不同變因下氣泡生成平均數量及平均面積,發現以上變因都是影響氣泡水中氣泡生成的重要因素。我們用一整年的假日、週三下午等時間完成此研究,發現物理世界中氣泡的奧妙之處,付出再多的辛苦也值得!