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物理科

浮浮沉沉多奇妙

真高興又要上自然科學了。老師拿一些東西放進水裡,要我們說一說那些東西會浮起來,每一組都熱烈的舉手發表。林同學突然問老師:「沈下去的那幾樣東西能不能也浮起來?」「能嗎?想看看吧!」老師看到我們很想知道答案,就指導我們做下面浮浮沈沈的遊戲。從遊戲中,我們找到了許多有趣的答案。

螺線管線圈磁場

世上充滿了許多神秘有趣的事物,電線導通後產生磁力,便是一不可思議力量,且極具開發價值,以下便是就單線圈到螺管線圈內的磁通密度分佈,做循序的探究與分析,並以具體的例子做進一步的了解。

旋轉吧!錢幣!

從圓形錢幣旋轉中發現旋轉體會出現1.公轉、2.水平式自轉、3垂直面自轉…等三種旋轉方式。發現影響錢幣翻轉及重物在頂端平衡的因素有敲打的位置、敲打的力量、加重物的重量、離心力…等。錢幣的旋轉可以發現使用十元硬幣、敲打位置在半徑一半的中間位置,錢幣與彈射棒的夾角0度會有最佳的旋轉效果。利用前述發現可輕鬆製作七彩旋轉錢幣與旋轉錢幣發射器。

圈圈來風? ~ 風透鏡對風力發電之探究

發電扇葉加一個環就可以提升發電量?! 本篇報告初階實驗發現前小後大的環(風透鏡),放在扇葉後方比前方效果佳(研究一~四)。進階實驗探討扇葉後方加裝各種風透鏡,發現後方口徑邊緣有凸起,有更大的發電效果(研究五)。做連續測試將皆可放大風效的兩風透鏡結合成雙環,發現效果最好的依然是單一有凸起的後方風透鏡,偏離預設的雙環結合(研究六),最後我們測試風透鏡前後風速,透過流場顯像,做出氣流運動模型,解釋風速放大實驗結果。最後針對風速與發電電壓,討論出有凸起的風透鏡發電效率約為1.7 (研究七)。 綜合以上,以風透鏡為探究主軸,以簡單器材實際動手做,從實驗觀測切入學理,希望能以小風吹扇葉,發電效益卻可如同大風吹一樣。

光對空氣的折射率測定

海市蜃樓的景象是由於地面溫度高於氣溫時,使下層空氣受熱膨脹,密度比上層小,光線通過這個區域時產生光線的折射,使得物與像的位置錯位而產生錯覺。首先,我們利用加熱鐵板模擬太陽加熱的地面,地面的空氣受熱造成局部密度的差異分布,雷射光源由不同的高度平行通過時會向上偏折,也發現光源與鐵板距離越小偏折越大,飄移率也越小(也就是影像越清晰);實驗發現熱空氣的對流現象會使實驗觀察困難,所以改採加壓及減壓的方式改變空心稜鏡中空氣的壓力,得到的壓力值分別以理想氣體方程及凡得瓦耳方程換算成空氣的密度,再測量光源角度偏折量以折射定律推算出空氣密度與折射率為線性關係;最後我們得知福衛三號利用全球衛星定位系統發射的電磁波穿過地表面的大氣層時,電磁波會因空氣密度差異產生不同的偏折現象,如此作為分析氣象的一個依據。我們以燈泡模擬球型的大氣結構,雷射光源以離燈泡表面不同的距離入射,發現光源向外偏折,燈泡表面距離越小偏折越大,小於約0.4cm 後,會有明顯的全反射的現象,這個結論可以作為福衛三號接收到全反射訊號時,即代表此時GPS 衛星訊號通過的地表面時,若這個區域地面(或海面)的溫度高於氣溫時,也會有類似的現象發生,如此就可以推估該地區溫度的垂直分布。

水滴之舞

在幫忙母親做菜時如果鍋子在低溫時便開始加熱,濕鍋子上的水很快就自然蒸發掉,但無意間看到在鍋子溫度很高時,不小心把水滴滴在鍋中,水滴就會在鍋上滾來滾去,有的上下跳動,有的滾動,還有的振動,逗留很長時間不會消失,一點也不像課本所教的水在100度c以上的就沸騰蒸發的現象,所以想做進一步深入研究。

真有「空穴來風」?—自然力抽風機的探討

本研究為探討自然力抽風機的運作原理及影響效能之因素,製作簡易的自然力抽風機,進行結構、位置、環境及導風片等變因操作,觀察溫度、溼度及懸浮顆粒之改變狀況。得到結論:(1)葉片角度影響熱氣產生的力及逸出間隙,因此抽風機需適當斜角的葉片(2)葉片數量影響重量及間隙,因此不同大小的抽風機需適當數量的葉片(3)房子愈大,需裝設愈多自然力抽風機,使空氣對流更快速(4)抽風機裝設地點,最好是房子最高處,且屋頂具有斜角(5)室外風能提升抽風機運轉,提升空氣對流的效能(6)無自然力抽風機時,室外風對空氣對流並無明顯助益(7)使用導風片適當的遮蔽部份的自然力抽風機,將可提升風對抽風機的推動(8)抽風機的動力為屋內熱氣及室外風,能排除熱氣及室內溼氣與懸浮物質。

舞動螺旋

在繩子的一端持續供給一擾動,此擾動會以波動的型式傳至繩子另一端(自由端),經自由端反射後,反射波會和入射波重疊干涉而形成駐波。本實驗將繩子鉛直懸掛在轉盤下方,轉盤帶動繩子繞軸旋轉。實驗中觀察到繩子會形成駐波,並出現上下的來回振盪,這是一個複雜的運動。我們嘗試以學過的物理概念來解釋、分析所觀察到的繩波行為。

利用微量天平測定氣體分子量

1.物理課本教我們如何製造使用微量天平,當我們辛辛苦苦製造完成以後,卻只能稱稱頭髮,實在有些大材小用,沒有實際的貢獻。2.化學課本教我們如何去測定氣體的分子量,可是測量的結果誤差太大。3.如果能用微最天平去測定氣體的分子量,相信一定比較準確。雖然測定氣值分子量還有其他很多精密的儀器,但是我們的目的是在藉微量天平的研究,進而對槓桿原理。浮體原理。波以耳定律。查理定律。密度定義。亞佛加厥學說。大氣壓力原理等相關理論,得以實際的觀察。操作和運用,建立我們的物理學基礎。

虛像你在何處?—視深的深入探討

我們探討的內容有兩項主題:第一是觀察者在空氣中(疏介質)看水中(密介質)的物體,第二是觀察者從水中(密介質)去看空氣中(疏介質)的物體。這兩項主題皆有虛像位置的推導與測量,及分析觀察方向改變時虛像位置的奇妙變動。首先,我們運用簡易的數學與物理知識自創一個『虛像位置』的幾何公式,及自行設計兩種『觀測視角測量器』的工具,進行實驗測量與理論演算的工作。接著引入複雜但精確的微分公式作為檢驗自創公式的依據,最後再全面分析各種實深條件下的測量值與理論值之差距。