全國中小學科展

物理科

湯的冷熱和食用油的關係

「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。

無聲動力–線圈砲的發射分析與應用

組裝線圈砲,發現主要的發射因素由電容、線圈、電壓、發射物形狀等變因所影響。因此實驗上探討以上變因,並且發現以下三點:一、線圈內的磁力有對稱性且對發射物產生加速與減速作用。二、適當的電容量,配合高電壓,即可讓發射物有較佳的發射速率。三、發射物的形狀會影響線圈內所受磁力,也影響發射速率。最後加上紅外線感應器,來探討線圈砲對物體的加速與減速應用。

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。

龍銀的秘密~圓形金屬板振動頻率的探討

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。」

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。

粉筆斷折研究

在生活中我們常因不當的習慣造成資源的的浪費,一個不經意的小動作,使粉筆頭的數量增加許多。藉由可行的科學活動的設計、測量及探討這些問題,粉筆的斷折數是否和粉筆頭數量有何關係,什麼變因和斷折數量有何關係,什麼習慣會增加廢棄粉筆的量。結果(如討論與結論)真的找到粉筆頭增加的原因及廢棄粉筆的量的原因。

顏色水擴散特性及蛋膜滲透

我們首先解決自然課中顏色水擴散實驗遇到的沉澱問題,在觀察顏色水於清水中的擴散現象時,由於顏色水的沉澱效應,造成擴散實驗觀察的困難,藉由調配適當量的酒精於顏色水中,可以方便解決相關問題。另外課堂中有關影響顏色水擴散快慢的因素實驗時,對於擴散快慢的比較,同學們很難有一致的看法,我們便設法對此加以釐清,並提出操作的建議。最後把影響顏色水擴散特性的結果,擴大應用在蛋膜的滲透作用上,就溫度與濃度兩因素而言,它們對滲透速度也有明顯的影響。

比比看!誰跑得遠,跑得快

上美勞課時,老師要我們做船,有的同學用紙褶船,有的用厚紙板做船,我用保麗綸板割船。等大家都做好了,就拿到學校旁的水池玩,可是玩得不開心,因為大家的船都不會動。回家後,哥哥告訴我,可以利用橡皮筋和木片使船前進,我就做了一條會在水中跑的船了。

『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。

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。