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物理科

利用雷射光的偏折測量擴散係數

溶液和水置於同一容器中,當溶液中的溶質向上擴散時,溶液的濃度會隨著高度改變形成濃度梯度以及折射率梯度dn/dy。寬度a的透明方形盒,下方盛放溶液,上方置水,雷射光照射和鉛直成45°的玻璃棒,再照射方形盒時,會在屏上形成鐘形曲線,向下偏Z的距離,r為容器至?的距離,dn/dy=Z/ar。測量溶液和水的原始交界面處的下偏距離,可以測得擴散係數,以擴散係數不隨濃度改變的硫代硫酸鈉作實驗,得到的結果和文獻資料所載的很吻合。 以濃度55%甘油進行實驗,其dn/dy -y圖,所做出圖形呈現不對稱,圖形的極大值往甘油方偏,因為甘油的擴散係數隨濃度改變,不適合用本方法測擴散係數。但濃度10%以下的甘油的dn/dy -y圖,已較對稱,用本方法測量的擴散係數和文獻資料較吻合。

做不完的彈簧實驗-縱波性質的研究

本實驗主要在研究彈簧縱波若干性質。首先在測量波速時發現同彈簧不論伸長量為何,其傳遞縱波的時間皆同。以橫波波速公式為基礎,配合虎克定律、彈力修正項導出彈簧縱波波速公式為 代入此公式求得之速度與實際測得速度相比,相對誤差約在1 %內。之後進行駐波基頻、鉛直懸掛彈簧、彈簧不同段有不同張力等研究,測量波速來驗證公式,結果仍符。其中在分析不同段有不同張力之研究,發現波傳遞到交界處有部分穿透、部分反射的現象,進行理論與測量值的比對,結果在時間上、強度上的特徵皆符。

是誰掐斷了水柱

我們使用攝影機拍攝水柱自由下落的過程,以漸進播放的模式測定水柱的斷點位置,從而測量自由下落的水柱所維持的長度。我們改變不同的水面高與口徑寬,測量其與水柱截斷長度的關係,再運用白努力方程式並參考布魯托─雷利不穩定性(Plateau-Rayleigh instability)的相關資料,提出可經實驗檢驗的模型,進而研究下落水柱所表現的擾動行為。我們發現在測量時間內,雷利擾動振幅隨時間呈線性增長,增長率為17.87 mm/s。

探討手擲飛機的失速原因

\r 我們想起前些年華航空難,根據華航局華航空難飛機失事前的飛航資料紀錄器資料,證實飛機在跑道頭6浬外進場時高度即偏高約1000呎以上,而後持續偏高,至跑道頭約半浬處即決定重飛,飛機外型為起落架收上,襟翼收至20度,完成重飛手續,其後數秒,座艙聽見超速警告,十餘秒後,飛機仰角逐漸上揚至失速(Stall),旋即墜毀。 \r \r 當我們從設計、切割、磨木、組裝、黏合……一直到試飛,在這途中經歷了許多心血,可是你正當看著你辛苦做出的手擲機乘風而翔時,你心中頓時有股成就感渾然而出;就在這時你的手擲機機頭突然抬頭上仰失速墜落,你一定會很灰心吧!我們可發現華航空難似乎和我們的手擲機以相同的命運﹕機頭急速仰起就墜機了。可是失速的原因是什麼呢?飛機仰角在幾度以後會失速呢? \r

看誰挺得住(利用簡易摩擦現象模擬地震板塊移動)

利用上層具有重量的兩粗糙面之間的摩擦現象,來模擬地殼板塊間所能累積的最高能量。藉由改變上層的質量,來模擬不同厚度的地殼所釋放的相對能量大小。實驗結果顯示:當上層下滑物體的質量較重時,對介面所能承受的最大飽和位能的影響,其質量因素較介面粗糙度因素為重要。增加上層滑落體的質量,會使得最大重力位能飽和值上升。介面所能累積的能量也就以較大比例上升,發生地層崩潰時,所釋放的能量也較大。無論滑落體的表面粗糙度如何,實驗裝置所能承受的最大重力位能均達到一定值後即呈飽和。此定值與下滑物體的質量有關,但我們發現這最大重力位能飽和值並非與質量成正比關係。若將此結論推論到地層板塊上,則指出地層所能承受的能量應與地層厚度有關,越厚的地層其崩潰時所釋放出的能量也就越大,地震強度也應越強。但地震波傳到地面時被減弱的程度也應越大。介面粗糙度增加到一定程度以後,對增加所能承受的重力位能即無幫助。探討其主要原因,應該是與介面間的真正接觸面積有關。若介面間存在微粒介質,當微粒小於各表面粗糙度時,能量較容易釋放。此結論可對應到地震初期經地殼相互摩擦在介面產生微粒後,後續的地震後期瞬間所釋放的能量會小於初期所釋放者。

挖山洞真好玩

上自然科學第六單元:玩泥沙時,陳老師帶我們班上同學到榕樹下的沙坑“玩泥沙”同學們!有的堆山;有的蓋房子;有的挖河流;也有的挖山洞..., 大家玩得好高興。忽然有位同學說:「我們的山洞怎麼都會倒塌下來呢?老師看了看說:「想想辦法吧!」陳子敬同學說:「拿水桶提水,倒入沙中,再挖挖看。」我們的山洞果然挖通了,可是還容易倒塌,又不堅固,怎麼辦呢?」有位同學就用小鏟子挖了些泥土加入沙中,再挖挖看。ㄨㄚ一ㄨㄚ一挖成的山洞好堅固呀!我們就請問陳老師:「把泥土加入沙中,再加水混合後,怎麼會更堅固呢?」老師就指導我們做下面挖山洞的遊戲。從遊戲中,我們找到了許多有趣的答案。

微管道之表面張力研究—幾種變因之探討

自然界的微小力量--表面張力,微管中利用不平衡研究其的微動力現象。所形成的微動力變因很多;包括溫度梯度(∆T/∆x)、濃渡梯度(∆C/∆x)、溶液種類及微管形狀(管徑及形狀)等,可探討上述變因對微動力之影響。利用影像顯微鏡探討(一)溫度梯度變化調制微動力不平衡的液柱速率,(二)經濃度梯度變化或不同種溶液調制其微動力不平衡的液柱速率,及探討其它變因(包含微管口徑變化及微管剖面形狀)。並以力學及表面能推導與實驗相比較。 液柱移動速率與溫度梯度、濃度梯度呈遞增。微管管徑大小亦會影響內部液柱移動速率。而微管形狀可分析出微管內部曲面變化的趨勢。微動力已應用在半導體微流道實驗;血管內物質(含藥物)輸送及燃料電池甲醇輸送等。

聽酒杯在唱歌-濃度與聲音頻率關係之探討

用沾溼的手指摩擦杯子的邊緣會產生聲音,而且聲音的頻率會隨著杯子的不同,以及杯內所裝入液體的質量及濃度的不同而產生變化。 本實驗是藉由摩擦裝有溶液的杯子產生聲音並探討何種杯子比較適合本實驗之用,以及摩擦所產生聲音的頻率和杯中所裝溶液濃度之間的關係,再用得到的結果來預測和測量溶液的濃度及溶解度的大小。

『打』『混』摸魚~探討打彈珠遊戲的混沌(Chaos)行為

使用小白板、強力磁鐵及壓克力方盒自行設計彈珠檯。目的是:用幾乎相同的初始條件,卻得到寬廣的滾珠機率分佈來顯示混沌的存在。實驗結果:(一)對一次碰撞情形而言,滾珠撞擊撞針前速度越快,反彈後落點分佈會有朝兩側偏移的現象;(二)滾珠在撞擊前的x方向的小偏差,會使撞擊後最終落點位置產生極大差異;(三)提高多次碰撞機會,但因撞針的排列是有規律的,使得落點分佈也具有規律,且排列密度越高,碰撞次數越多,分佈就越趨於一致,但前提是滾珠軌跡沒有被撞針侷限(排列密度中例外)。總之,滾珠碰撞後的落點雖無法預測,但經由多次實驗發現,滾珠落點的機率分佈具規則性且其曲線會『收斂』,符合不規則中存在規律的特性。

姆佩巴效應

在「蟋蟀先生,今天氣溫幾度?」一書上,意外看到一篇「打個賭,熱水會先結冰」,這與我們一般的常識和所學的知識有所不同,引起我們的好奇和疑惑?再怎麼說冷水溫度比較低,理應先結冰,怎麼會是熱水先結冰呢?因此,我們上網去搜尋相關資料,雖有許多文獻肯定表示「熱水會先結冰」,但是也有部分見解持否定看法,從文獻探討中發現姆佩巴效應是在製造冰淇淋時發現的現象,因此我們抱持著盡信書不如無書,唯有透過實驗才能得到真相的態度,開始本項實驗。