物理科

在池塘邊的水中，時常掀起一陣陣的漣漪；而我們在洗碗時，水柱撞擊碗盤上，水柱上竟也起了層層的波紋，它們一樣的嗎？我們利用 V8 結合影像擷取卡，代替相機取得數據，以 Excel 製圖協助數據分析，探討水柱節產生的條件、形狀及對其影響之變因。當光滑的水柱以慢的速度撞擊任何接觸面時，水柱就會產生節，節愈接近下方者，愈接近球形或橢球形，上方者並不是上下對稱的。節產生的起源可能是駐波嗎？假如是駐波，除了節點外所有的介質都會振動，在水柱形成的節上面根本看不出振動的現象。應是來自於水柱下方與物體碰撞而引起的，沒有碰撞，水柱上就沒有節。碰撞會引起水流動速率減緩，同量的水一樣要流下，只得往外擴散，使水柱變粗，而水速減緩，水往下的流速減緩，水柱側方的壓力會增加(白努力定律)，增加到水柱形成突出的表面，表面的表面張力與增加的水壓恰達成平衡，而引起此週而復始的現象。本實驗涉及高二物理的流體力學(表面張力、白努力定律)、功與能，在少數書籍也有說明節產生的原因，但全認定為駐波，此說法實有爭議！

從三年級開始就加入了阿美族「旮亙」樂隊，表演用的樂器主要有三種：排笛、竹鼓和竹鐘。我們一直對這些阿美族傳統樂器的發聲原理很好奇，特別是外觀看起來大小、高度一樣竹鐘(Kakeng)，為什麼可以打出不同的聲音（音調）呢？在進行科學實驗之前，我們先訪談旮亙指導老師，了解竹鐘的由來和演變歷史，再從訪談裡，還有練習竹鐘的經驗中想出要研究的問題。因此，我們決定探討竹鐘本身的特性（如高度、管口大小、深度）、演奏方式的差別（拍打力量大小、正拍或旁敲）是否會影響它打出的音調，以及探討竹鐘的聲音能傳播的距離有多遠。結果發現竹鐘的音調與竹管內部深度最有關係，拍打力量大小應該不會影響音調，側拍的方式無法拍出穩定且不同的音調。最後，我們還使用玻璃製品組成一組竹鐘。

在不同水溶液中的表面張力，會不會因為某中原因而消失不，還是會變得更小呢？為了能夠了解以上所提出的疑問到底是如何？於是我們設計了以下一連串的實驗來加以印證：在不同(相同)水溶液與不同濃度(不同深度)的表面張力下，對相同(不相同)水黽的影響(或最重可乘載多少顆白芝麻)。

我們在上課的討論過程中，發掘了幾個課本中沒提到的問題，雖然百科全書上可以查詢到相關資訊，但仍覺得不真實！於是我們在討論中設計實驗，但在實驗過程當中，卻又不斷的發現問題。這些不斷的發現，讓我們興奮不已，但卻也在一些小細節的疏忽上，而讓我們重做部份實驗。經過一而再、再而三的小心求證，終於讓我們瞭解幾個事實：（一）加熱的水重量比冷水輕，這也就是水沸騰時會有對流現象的原因。（二）水在沸騰及結冰的時候，溫度都不會隨著時間而有變化。（三）水溶液的濃度會影響它的沸點和冰點。（四）不同來源的水因含有的物質濃度不同，所以會有不同的沸點和冰點。

本研究著重在觀察水滴的碰撞，以微量滴管控制水滴質量由0.01g~0.05g漸增，以高速相機拍攝，紀錄極短時間內的碰撞過程，而後將照片分析，求出碰撞前、碰撞後動能變化，計算出動能損耗率，最後以圖表呈現數據，找出其中特別的發展趨勢。實驗結果發現：(1)水滴碰撞後融合或分開的機率受質量影響；(2)在碰撞後動能損耗率方面，主要受水滴質量、入射速度、碰撞參數對水滴粒徑比例、碰撞後融合或分開等，皆有影響，並集中在50%~80%之間；(3)水滴在碰撞後動能竟然增加了！深入研究發現可能與表面位能的釋放有關，並推導出相關公式驗證。

有一天，我去參觀自然科學博物館，看到一個實驗，把正立方體和正三角錐的鐵絲框浸入肥皂水中再提起來。本來我認為肥皂水會在鐵絲框上形成肥皂膜，結果竟出乎我意料之外，膜向框的中心凹進去了，形成一個三角形、梯形、正方形的小面積，而且每次浸泡的結果膜形、膜數都相同。這引起我很大的興趣，我決定做各種形狀的鐵絲框，和同學一起研究，探討肥皂膜的秘密。

有一次，我到青年公園放風箏，風箏越飛越高。忽然一陣疾風吹來，「 啪」的一聲，風箏的線斷了，風箏也失去了蹤影。回家後我不斷思索這個問題，我想：風箏的線會斷，是因為風把風箏猛然吹上雲霄，所產生的一種力，把風箏線拉斷的，這種力是什麼力呢？爸爸告訴我，這種力稱作「瞬間拉力」。「瞬間拉力」？好陌生的名詞呀！它常發生在日常生活上嗎？如何對抗瞬間拉力呢？可以將它應用在日常生活上嗎？好奇的我想了解更多、更多……。

小收音機沒插上插頭，扯開開關就能播出悅耳的音樂，停電的夜晚，扭開手電筒，就能發出可愛的亮光，驅逐恐怖的黑暗，小弟的玩具，按下開關就能嘟嘟亂跑好好玩，奇怪！是什麼原動力促使這些玩藝兒工作的呢？這原動力又能發揮那些效能？我們三五好友，就迫不及待地謫老師協助我們，探討這原動力“乾電池”的真面目，從摸索 · 實驗 · 請教 · 再實驗 · 推敲 ·總算有所收擭，以下是我們實驗的過程和心得報告。

本研究以探討蟑螂腳的攀附方式，研究蟑螂腳和接觸面不同角度對載重量的影響，結果發現以下現象：一、蟑螂腳與接觸面角度不同，其載重量有明顯差異，其中又以地毯的載重量最重，因此推論蟑螂腳與接觸面角度和攀附能力有關。二、實驗中，無論固定哪一腳，載重量最重者，皆為蟑螂實體攀爬時的原本角度，因此推論生物體攀爬時的原本角度為最佳攀爬狀態。

我們藉由高速射影機觀察水在彈力球內受撞擊的運動情況，探討不同的情況下對彈跳高度比的影響。在不同落下高度方面，我們發現彈跳高度比不受初始落下高度影響。而在不同體積填充比方面，我們發現第二次彈跳高度比，與體積填充比成二次函數的關係，且極值發生在體積填充比為50%時。我們進一步從能量的觀點探討實驗結果，發現第一次彈跳後的能量損失正比於總質量承上初始落下高度，第二次彈跳所產生的能量損失，視為液體量與剩餘空間的競爭。比較往後的彈跳與液體體積填充比的關係，並再次從能量觀點探討之。我們發現，可以就由研究二、三的遞迴關係式推導出往後彈跳能量損失的關係。我們再次從能量觀點，解釋水運動情形如何與研究所得的關係式呼應。