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物理科

自製簡易太陽電池教具

地球上的礦物燃料是有限的,太陽能是無限大能源的一種。從物理課本第十六章中,我們已學過能量的守恆與互換,又從第十九章中,更指導我們光能可以直接變成電能,但是究竟它的實用價值有多大,值得實驗。

錯身而過-錯車瞬間壓力變化之探討

搭火車於火車交會列車時會感受到左右晃動,好奇這是如何發生的,查閱了相關文獻,發現白努力定律與康達效應的解釋不同。所以我們設計模擬實驗:兩車一靜一動、兩車交會、兩車同時前進,觀察其發生的現象,並利用白努力定律以及康達效應進行推論,解釋錯車時車子晃動現象。實驗結果發現:當車子通過另一靜止的車子時,會先向外側晃動;同向前進的車子,會向內側晃動;反向交錯前進的車子,會向外側晃動。我們得到的結論是:發現白努力定律未能完全解釋錯車時車子晃動的現象。若以康達效應則較能解釋。

撞擊一瞬間

本研究旨在探討物體從一定高度落下後,物體接觸地面時,瞬間撞擊力量的大小變化,我們首先探討瞬間撞擊力的相關知識概念,並經由討論及設計,製作出簡易測量物體掉落地面時瞬間撞擊力量的裝置,然後討論出影響瞬間撞擊力量大小的種種變因,依次以物體落下的高度、面積、重量、材質、分成數個分別落下、分成數個一起落下、撞擊接觸緩衝墊的材質、厚度等八個面向進行實驗,最後將實驗結果應用在日常生活上,設計減緩易碎物品瞬間撞擊力的方法。實驗主要結果的發現如下: 1.物體掉落地面時,瞬間撞擊力會大於物體本身的重量,而且與落下的高度有關;同樣的物體從離地面愈高的地方自由落下,產生的瞬間撞擊力量也愈強。2.重量相同的物體,著地面積與瞬間撞擊力量的大小無關。3.同樣材質的物體從相同的高度落下,重量越重的物體,落地的瞬間撞擊力越大,相反地,重量越輕的瞬間撞擊力越小。4.重量相同,不同材質的物體,瞬間撞擊力量都相差不多,所以,物體的材質與瞬間撞擊力量的大小無關。5.一大塊的物體分成數個分別落下,瞬間撞擊力總和均會比一大塊物體一次落下的瞬間撞擊力大。6.一大塊物體分成數個一起落下,瞬間撞擊力總和均會比一大塊物體一次落下的瞬間撞擊力稍小一些。7.物體掉落在沙子、鐵板、木屑和海綿的地面瞬間撞擊力較小,而在珠泡墊、泡棉、保麗龍的地面瞬間撞擊力較大。8.同一材質的緩衝墊,它的厚度增加時,緩衝瞬間撞擊力的效果越佳。越軟越厚的材質當緩衝墊,降低瞬間撞擊力的效果越好。

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。

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。

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。

從固體對流探討顆粒體的混合與分離

我們以振篩器和垂直震動器進行實驗,來探討顆粒體的密度、形狀、表面的光滑程度、顆粒間的粒徑比、顆粒表面覆上的液體黏滯性及振動方式等因素對顆粒體對流的影響。實驗結果發現:主顆粒表面光滑、背景顆粒表面粗糙且顆粒細長時,主顆粒較易被推擠上升。當主顆粒及背景顆粒表面覆上液體時,當液體的黏滯力愈大,對流速率減慢。振東方式會影響背景顆粒的流動效果。以桌球為主顆粒,改變背景顆粒粒徑時,當粒徑比(r桌球/r背景)小於3.29時,因垂直推擠主顆粒向上的分力較小,主顆粒便不易再被推擠上升。當小顆粒在上層、大顆粒在下層時,顆粒間會有對流現象,且粒徑比(r大/r小)愈大,對流速率愈快;粒徑比(r大/r小)<1.66時,下層的大顆粒不易向上流動。

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。

帆船逆風能前進嗎?

物理第二冊第六章(力的合成、分解和摩擦力)裡,我們學會了利用「平行四邊形徐」求合力、分力。老師曾舉了一個例題,說明風吹帆船,作用在帆上的力,可以分解為「使船前進」和「使船傾斜」的兩個分力,我們發現了問題:1.風從側面吹來,帆船能否按原目標前進?2.甚至於風逆向而來,帆船能否前進到達目的地?