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物理科

太陽『矽』希望-太陽電池的研究

能源危機帶動太陽電池發展,卻受制於難以進一步的提升效率,因此,我們研究其結構與基本性質,如:不照光時的順、逆向偏壓、導通電壓及照光下不同照度、光源、太陽電池種類填充因子的比較,並了解不同負載下的最大功率。隨著實驗的延展,探究照度、入射光的波段、入射角度及經大氣層厚度對太陽電池的影響。經過數據分析及研究之後,我們發現太陽電池確有PN二極體之特性,導通電壓約為0.7伏特、太陽電池的填充因子,以單晶矽為最佳,其次是非晶矽、另外,陽光比單槍的光源更適合太陽電池工作。以濾光片將特定波長以下的光線濾除,並推算出能隙。另外,電流的大小與入射角之cosθ成正比,這也是為什麼太陽能板必須旋轉而使陽光保持垂直入射。

『差』之毫釐,失之千里--直笛誤差之探討

本報告透過以PVC管接上中音直笛頭模擬吹奏直笛的?況,?用Spectrogram音頻測試軟體測?所得結果,在管徑、前孔長、前孔寬?、氣??、溫?都被控制為常?的情況下,分別改變其管長、孔徑大小和?孔間距?研究聲音、直笛孔的大小與距?對誤差的影響,藉由孔的直徑、距?與誤差的關係,發現孔?的直徑愈小時,其誤差就愈大。但只要孔徑到達一定大小時,波長的依據會由孔中心變為孔前端,?照此規?進?。當孔之間的距?越大時,其頻?就會愈小。管柱前端效應對頻?的影響遠大於末端效應。但得到這些結果之後,我們又對直笛本身的奧妙產生疑問,於是在討?時先對調音方式進?研究,而發現在孔全蓋住的情況下,調音的效果並?大,而其餘則可藉由移動直笛上段與中段?接距?改變頻?,進?調音的工作。接下?則是討?高八?音是如何產生的,我們發現要使音高八?,必須將大拇指所按的孔改為半孔,於是?解大拇指所按的孔是讓音提高八?的關鍵,?將其取名為高八?音孔。為?要瞭解高八?音的產生,在查資?時又發現直笛發聲時內部產生的駐波並?是只有一種,其最低頻?的整?倍都可形成駐波,而最低的頻?稱為基音,決定音高,其餘決定音色,稱為泛音,所以只要讓原本的基音被?倍頻?的泛音取代,就可呈現出高八?的音。

船翻覆

去年四月十八日下午一時三十分「蘇澳港一艘拖船翻覆」這艘船滿載到該港參觀的大專院校師生,在外防波堤附近遇風浪發生意外事件”看到這不幸消息以後,我問徐同學:「這艘船為什麼會翻覆呢?」……

散射水膜之研究

有一天洗碗時,發現當水沖擊到碗盤的瞬間,水流偏折的方向和形式很特別。有的散成水花,有的出現和原方向垂直的角度散射出去,有的甚至形成一道像科幻卡通片的防護水膜,還有許許多多美麗又奇怪的圖形 … … 簡直是不勝枚舉!不禁使我聯想到這些水流的散射運動軌跡,好像與我們剛剛才學到的平拋和斜拋運動有所關聯,但卻又有一些差異,於是我們決定對這奇妙的水膜展開研究與實驗,希望能揭開這神奇水膜的神祕面紗。

利用明礬沈底晶體研究單晶的成長\n再向單晶體挑戰…

我們研究晶體成長已經有五年的時間了,我們的研究和其他研究晶體的科學展覽作品不同之處在於──我們專門研究單晶的成長,而且只研究明礬單晶的成長,這幾年來也都有獲得不錯的成果及成績。明礬單晶非常的美,這是剛開始時這個主題吸引我們的原因─它的形狀很漂亮、外型很規則又富有變化、色澤晶瑩、透明,非常迷人;再加上它原料取得容易、沒有毒性、價格便宜,而且參考資料豐富,使得我們對這項研究一直都非常地有興趣。 前幾年的研究,我們都以“如何成長出大尺寸的單晶”為目標,並且設法對單晶的結構做仔細的觀察及測量,去年我們發現“沉底晶體”是非常值得深入探討的題材。所謂的沉底晶體是指:晶體成長的過程中,沈積在容器底部成長的晶體。這一類的晶體,外型大都呈平坦的六邊形(或切角三角形),形狀規則,單晶結構完整、良好(色澤晶瑩、透明)。尤其是平坦的特性,使我們可以用顯微鏡對晶體的結構進行精密的觀察及測量,讓我們能做更仔細的定量研究,這在科展的研究深度上,是一大進步。 我們去年的研究,雖然曾經對沉底晶體的成長方式提出一些粗淺的解釋,但是仍然還有不少疑惑。今年我們除了繼續深入探討之外,還希望能對晶體的成長進行”動態觀測” , 亦即希望能在顯微鏡之下”直接”觀察和測量晶體的成長,以彌補過去只能在晶體成長完成之後、進行靜態觀測之不足。這個目標將使得我們必須發展更好的顯微鏡影像擷取、影像儲存及影像處理的技術、發展更精確的控制晶體成長的技術,以及研讀更多的有關晶體結構及成長的資料。這些對我們來說都是高難度的挑戰,如果可以克服其中的困難,我們就可以直接觀察、記錄、測量及探討晶體的成長,這在我們的研究中又將是一次非常重大的突破及進展。

把氣壓改變一下

有人一到高山上玩,身體就不舒服,頭暈暈的,據說山上氣壓較低,不能適應。有人在高山上煮飯,沒有辦法把飯煮熟,因為山上氣壓低,還沒到100,水就沸騰了。我們想了解:在大小相同的容器中,擠進較多的空氣,是不是會使壓力增加?而在密閉的空間,抽掉部份空氣,是不是會使壓力降低?而壓力改變後的空間,又會帶來那些現象發生?一連串的疑問,使我們渴望得到解答。在老師的指導下,我們展開了研究和實驗。

液體中的降雨現象

由於鹽水濃度擴散速率遠小於溫度擴散速率,導致了濃度極不均勻的現象,稱之為鹽手指( salt-finger)。本研究首要在設計出觀測及量測鹽手指現象的實驗裝置且分析鹽手指下降的現象,進而探討在系統不同溫度、不同溫差及不同濃度下,鹽手指下降速率的關係。結果我們在經過不斷的改良及克服困難下,終於設計出實驗裝置而可看到及量測鹽手指的現象,並經由拍攝整個鹽手指形成過程,分析出鹽手指的下降過程的現象,進而探討鹽手指在沒有溫差、有溫差及不同濃度變因下與下降平均速率的關係,此處沒有溫差、有溫差指得是產生鹽手指的液滴與容器內裝有的溶液同溫與有溫差的意思。我們的結果如下:(一) 發現鹽手指在沒有溫差時,系統中溫度對下降平均速率關係為溫度越高下降平均速率越快。(二) 發現鹽手指在有溫差時,系統中溫差對下降平均速率關係為溫度越高下降平均速率越快。(三) 發現鹽手指的下降平均速率與濃度四次方有關係。本研究可應用在晶體結晶時的均勻析出。

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!

物體表面凝結水滴的研究與我國傳說「礎潤而雨」的比較

看了中華兒童科學畫刊第七期有「礎潤而雨」傳說的介紹,知道我們祖先很早就會以這種現象預測氣象的變化;但為什麼有這種現象,又為什麼礎石才能顯出濕潤而木頭顯不出來?為了明白這種現象請老師指導我們試驗研究。

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。