物理科

(一)在物理課本第一冊第五章中談到彈性問題，內中虎克定律令人很感興趣，但不夠完整。例如 (1)螺旋彈簧的半徑對形變的變化如何？(2)壓縮及彎曲扭轉是否也能適用虎克定律？(3) 如何製作儀器來測定各種彈性限度或常數。(二)在同書第四章中我們已學會了力矩的計算，把他用在彎曲與扭轉形變上是很適合的。(三)在化學課本第一、二冊中我們又學到了亞佛加厥常數是否可把彈性實驗的結果用來計算品格間的關係。(四)我們又學過改變變因、控制變因等實驗方法，正好藉此實用一下。

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。

本系統設計的目的有兩個方向：1.學生自我輔導由於微電腦年來逐漸普及，不久的將來每一所學校都將擁有一間電腦教室，如果有一天，有一位叫李四的學生，他在課堂上剛學過國中物理第x 章，他不知道自己到底學得怎麼樣！問題在那裹？於是他利用自修時問，到電腦教室，他先到資料管理室借到了第 x章的學習障礙分析磁片，在電腦前他作答了將近十幾個經過特別設計的題目，最後電腦送出了一張報表告訴他此章節的成績，以及他在這章節中沒有學習好的地方如P9、10，並告訴他如何補救，並建議他進一步接受單元輔助教學！於是李四注意到在報表中所列的學習障礙中有一個 y單元的確令他頭疼，於是他又出現在資料管理室，除了歸還學習障礙分析磁片，他又借出了y 單元的輔教磁片，這個活動他最喜歡，就像以前打電動玩具一樣，非常精彩，而且電腦非常有耐性的反覆演示他比較不懂的地方，半小時後李四已經很愉快的在操場打球了，因為今天上的物理他已有十成的把握了！2.實際教學上的應用：教師在課堂上教完一個章節後，便可在電腦教室為學生們作學習障礙分析活動，作完後可再利用電腦產生一張該班學生學習障礙的統計圖(如圖 281 頁附圖)。從這圖上，教師可 看出他的學生在這一章節中普遍及各人的學習障礙在那裹，以作為再教學的參考，進一步再指導學生針對學習障礙，作團體或個別的輔助教學，更可從鋪助教學巾看到學生學習的流程，以及積分，如此教師就幾乎可完全掌握學生的學習狀況了！在目前，祇要校中有一套微電腦，教師就可充份利用電腦輔教系統，以解決教學上一些不容易在教室或實驗室演示的實驗的問題，並可利用輔教系統中精彩的畫面與聲音，引起學生們學習的興趣！

本研究主要在探討黏度與毛細現象，我們研究六種溶液，分別為甲醇、乙醇、丙酮、醬油、烏醋和水，我們探討溫度效應，利用尤伯洛德管測量不同溶液在不同溫度下的黏度變化。我們也探討濃度效應，研究不同濃度的糖水和鹽水黏度的變化。進一步，我們觀察以上幾種溶液的毛細現象，不同種類溶液及不同濃度溶液的毛細速率，並比較不同的毛細管內徑及溶液濃度對前述溶液毛細上升高度的影響。

一個星期六的晚上，我們一家人都在客廳看電視。爸爸也在一旁，邊看電視，邊燒開水，準備泡茶。常壺嘴直冒水蒸氣的時候，懸掛在半空的紙鶴，忽然飛躍起來，我說：「奇怪！客廳裹又沒有風，為什麼紙鶴會跳動？」弟弟說：「我做得妙呀！」爸爸說：「那是因為茶壺受熱，周圍的空氣上昇，上面的冷空氣跑到下面，由於空氣有了流動，所以紙鶴就飛起來。」於是上自然科的時候，我告訴老師，我們家所做的紙鶴遊戲，老師聽了以後說：「還有許多好玩的紙片遊戲，你們想做嗎？」我們聽了都非常高興。

五年級上學期自然課上到「氧和二氧化碳」那一課「悶熄蠟燭」的實驗時(請看參考資料 l ) ，老師說「為什麼水會上升？」。我們回答：「因為有氧氣，被燒光了」。老師又問：「水上升多高呢？是不是 l / 5 ？」。老師接著說水會「剛好」上升 l / 5 ，表示空氣中有 1 / 5 的氧氣被「用掉了」。可是我們的實驗有時只上升 l / 6 或 l / 7 ，不過別組真的上升約 l / 5 。老師勉勵我們：「做實驗要小心一點，結果才不會差大多」，可是我們有認真做呀！

我們常接觸到光，但對自然課本中所說光學的各種現象不太暸解，希望透過雷射光的特性，提供老師做教學參考，以便有助於大家學習。

高中物理教材中以水波作波動之折射現象的演示，使我們不禁好奇，水波是否與光波一樣有全反射的現象呢？因此決定對此做一番研究，並希望能做出水波的全反射現象。為確保研究結果的準確性，我們從理論著手，先了解水波表面波波速公式的推導過程，得知其中的假設條件，並依據這些條件及多次的預備實驗改進高中水波實驗的器材，以確保實驗結果在公式可解釋的範圍內。接著進行驗證水波公式的實驗，確認實驗設計正確與否。在全反射實驗之前，先進行折射實驗，再次確認實驗條件控制無誤。最後確實做出了全反射的現象，但波紋並非如預期中在介面完全反射，而是有部分非折射波穿透至深水區。再次查詢更深入的資料後，得知光的全反射其實並非在介面完全反射，而是穿透一定距離後才逐漸反射。由此推及水波的全反射，我們看到的穿透波應為全反射的正常現象。因水波波長遠大於光的波長，而可以觀察到此現象。整個過程中，我們也有兩點意外的發現。第一是在公式探討中發現普遍參考資料上公式的錯誤使用；第二則是使用光感應器可測量水波實驗中難掌握的頻率及波速數據。我們從這個過程中學到很多，也深感本身知識的不足，希望能繼續學習，並對水波做更深入的研究。

Rattleback（又名 Celt Stone）為一橢圓形底面之物體，當往某個特定的方向旋轉後，它會開始上下震盪，然後再朝相反的方向旋轉。逆轉原因來自動摩擦力之分力所造成的力矩，此分力與接觸面摩擦係數有關，在某些條件下會產生最佳逆轉效果。我們以自己所製作的模型，來分析各種變因與逆轉效果的關係。並觀測到運動過程中，其對稱中心在 X、Y 兩方向的震盪振幅會隨時間呈現收斂的狀態，軌跡呈現出「帶阻尼的利薩求圖形」。

自然課時，老師要我們測量水溫，無意間發現幾種奇怪的現象：(1) 在加熱的水中，溫度計的刻度一會兒升得快，一會兒升得慢。(2) 停止加熱後，上方的熱散得快，而底層的水溫卻先下降了。(3)水的沸點不一定在 100。C。於是引起了我們研究水溫變化的興趣。