物理科

當自製漆包線水黽的垂直軸高度越短、垂直軸位置越靠近中心、角度越大，浮率越大；自製水黽腳越長、隻數越多，浮率越大；當自製水黽的腳平貼水面所圍出的面積越大、腳垂直上折的長度越短，浮率越大；水溶液溫度越低，浮率越大。水溶液濃度及水位高度都不影響水黽的漂浮情形；在不同水溶液當中，自製水黽在自來水、糖水及鹽水中易漂浮，在酸性的醋、鹼性的肥皂水及小蘇打水則不易漂浮。在形狀相同粗細不同的鋁框中，越粗的鋁框越不易漂浮。當粗細相同的鋁框等比例放大時，邊長5公分以內的正方形框浮率均接近1(大於0.98)，但邊長大於6公分時，浮率會突降；由相同長度摺出不同形狀(開放及封閉)的漆包線及鋁線，浮率都接近1(大於0.92)。

國中物理第十五章波動，有關同相與反相，干涉與節點等部份，用傳統教學法學生不易吸收，做實驗又缺乏適當器材 ─ 繩波波速太快，水波觀審困難，且共同的最大缺點就是不能讓波停下來！在市面上更缺乏合適的錄影帶 …… 於是設計了以下兩個程式以輔助教學：(一)同相與反相。(二)合成波與節點。

長期以來，我經常在醫院裡看到點滴瓶中的點滴液落下時，有時會未立即溶入水中，而是一顆一顆的浮於液面之上。因為水分子間有很強的氫鍵，所以當兩個水珠靠近時，應該會合成一個大水珠，除非水珠的表面有灰塵，但是照理說，點滴瓶內應該是十分乾淨，沒有灰塵才是，那什麼才是使水珠可以和水面分離，不相容的原因呢？我們希望可以設計實驗來找尋使水珠浮起的力。由於力的種類不多，課本上說，所有的力只有強作用力、弱作用力、電磁力和重力四大類，很明顯的，使水珠浮起的力不會是強作用力、弱作用力和重力，因此，我們猜測使水珠浮起的力應該是靜電力，而靜電力的來源是因為水和管壁摩擦所造成。

上自然課時，老師曾教過我們由明礬的過飽和溶液降溫得到明礬結晶的實驗，激發了我們進一步研究晶體成長的興趣。我們發現：當晶體的體積很小時（大約 2 mm 左右），外型規則、形狀很漂亮、顏色很透明、晶瑩，像鑽石一樣美麗。老師告訴我們：這時候， 〝 整塊晶體 〞 中只有單一種物質排列的方式，這種狀態稱為 〝 單晶 〞 。可是當我們繼續讓晶體逐漸長大時（大約 5mm 以上），就會有顏色不清澈（呈現白色），形狀雜亂、不規則的情形發生，就不再是單晶了。 我們希望能長出 〝 一大塊的單晶 〞 ，可是都沒有成功。所以我們想換一個方式，先研究長出 〝 一大片單晶 〞 ──〝 一大片薄薄的單晶 〞 的方法，也就是研究製作大尺寸的單晶薄膜的方法。日常生活中，我們最常接觸到的薄膜，就是肥皂泡和水上浮著的油膜，它們都會顯示出七彩的顏色和條紋，這是光干涉的現象，因此我們想利用薄膜的光干涉現象，研究如何製作大尺寸的明礬單晶薄膜。

本實驗主要探討水滴自由落體的過程，首先我們嘗試設計不同方法測量自由落體水滴速度，並試著改進設計實驗，以達較理想結果。我們發現水滴落下加速度穩定但逐漸變小，但落下距離超過一公尺後，加速度變動大，針對此點，我們進一步研究。我們以直接照相的方式，探究水滴形變，看一看形變的過程，發現有規律性，並對距離的規律性與時間的規律性做探討；發現形變果然影響加速度。我們並翻查理論資料，嘗試解釋實驗並比對異同。我們模擬水滴振動做研究，比較結果，再嘗試在水滴中加入界面活性劑降低表面張力，研究表面張力的影響。我們考慮水滴 “形變比率” = 橢圓水滴垂直長度/水平寬度，發現以形變比分析水滴確實能發現更多水滴特性，真是一有趣的發現。最後我們提出實驗改進的方向，並對實驗過程一些疑點，嘗試研究發現。

在高中物理實驗 (力學實驗 13 )"正向碰撞”中，係利用紙帶打點來記錄兩滑車在碰撞前後之速度，以驗證動量守恒。但如此一來，卻限制入射滑車之貿量必須大於被撞滑車之質量，否則入射車反彈時，紙帶將無法記錄。同時也無法觀察兩滑車在碰撞過程的軌跡變化。而這二條軌跡曲線，不僅老師上課時用它來解釋正向碰撞，就是課本及實驗教本中亦有如是之圖形。因此我們便想，是否能在實驗中，一併把這二條曲線畫出呢？! 在老師的協助下，我們設計了這個簡單的實驗，能直接把兩滑在碰撞過程之軌跡記錄下來，並由圖形來求得碰撞前後之速度，以驗證動量守恒，而且不受質量關係之限制。更可進一步的探求，碰撞期間之壓縮量(接近的距離)，作用的時間，恢復係數，以及當滑質量改變時，對它們之影響。

本實驗利用「閃光攝影術」，由拍攝桌球碰撞球拍拍面瞬間照片，希望能測量桌球與拍面的接觸時距、摩擦力、恢復係數。近年來，數位相機已經具有單眼相機所有功能，所有攝影參數可記錄調整，並且可以馬上看，作影像處理，大幅降低拍攝費用，若配合高速閃光燈，可以拍到重複曝光的照片，所有的數據由照片測量，是計算碰撞問題的新的構想，適用於所有球類的碰撞。所有球類以桌球最輕，速度很快，與拍面接觸時間很短，會受拍面牽引而旋轉，拍攝桌球碰撞瞬間是高難度挑戰。我們選定一種拍面，將拍面水平移動，桌球鉛直入射拍面，其摩擦力造成的力矩，使反彈的桌球在空中旋轉，由照片測量入射、反彈的位移、球心座標、旋轉的角度，並算出：1. 桌球與拍面的接觸時距?t=1/70~1/370 秒，當球速快則接觸時間較長。2. 桌球與拍面接觸可視為「純滾動」，其摩擦力與桌球對拍面的相對運動有關。 靜摩擦係數 0.06 ?μ? 0.10 ，若拍面移動速度快則摩擦力較大，碰撞後桌球旋轉的角速度較大。3. 恢復係數e=0.78，與桌球入射速度、拍面移動速度無關。

「兩度空間的碰撞」實驗目的在驗證動量不滅，但原有設計缺點甚多，歷屆科展已有多件改良作品，準確度雖提高不少，但卻嫌繁雜不易行，我們也加以研究改進，在摸索的過程寫，竟然發展出一套簡便易行，且能適合多種力學實驗的裝置。振動計時器一直是甚多力學實驗不可或缺的工具，但因為紙帶打點的關係，無法突破一度空問的限制（國鐘物理第二冊提出「水鐘車」的裝置，雖可彌補這項缺點，可惜準確性太差）「兩度空間的碰撞」實驗即因此無法使用計時器以癢取數據而僅能做一種間接的驗證，我們為此設計了一種敲打計時器，當金屬球在玻璃塾上碰撞時敲打玻璃塾，藉金屬球的微跳動而留下打點的軌跡，以便分析，又設計了一組可平放斜放的實驗台，由此更推廣出一系列過去不便做的力學實驗。

在「牛頓打棒球」一書中提及，球的儲存環境會影響球的彈性，進而影饗球被擊出後飛行的距離，即溫度的差異會造成恢復係數的改變。故設計此實驗研究之。

氣體動力論是一種微觀理論，而波以耳、查理定律雖是巨觀的實驗，但對我們而言，終究還是一種看不到的氣體性質推理，而促使我們本次的模擬實驗藉由真實粒子撞擊所形成的現象，解說氣體定律。 一、 理想氣體的粒子模型很難取得，因為真實的粒子必有重量，也很難達到彈性碰撞，我們以B.B 彈為氣體粒子模型，以馬達轉動撞擊B.B 彈，輸入的電功率P＝IV 轉為粒子的動能，就算粒子與器壁為非彈性碰撞，若其散失有一定的比例，也就是當能量平衡時，以功率觀點， p電＝ p粒子得到 ＋p散逸 ⇒p電＝kop粒子得到(ko＞1)，我們可視為粒子Ek 不變，由 IV＝ko．NEk(N：粒子數，Ek：粒子動能)，所以當N 固定時，我們可由p電值來代表粒子動能的大小，當N 非固定時，可由p電/N 代表粒子動能大小。 二、 ∵分子動能 1/2 mv2= 2/3 KT ∴ IV / N 也可用來代表氣體溫度（T）。 三、 垂直放置的活塞受有重力Mg (↓)，若底部有粒子撞擊而使活塞上升一段距離而平衡，可得到F撞擊力 = Mg，而壓力P= F/A =Mg/A，∴若活塞截面A 固定則活塞質量 M 可代表氣體壓力P。 四、 B.B 彈活動的空間體積V=hA 也就代表氣體容器的體積，∵活塞的截面積A 固定∴可用 h 來代表容器體積。 ∴此次探討中，氣體的P、V、N、T 各以M（活塞質量），h（活塞高度），N（粒子數），p電/N（電功率/粒子數）來代表。