物理科

暑假我和家人一起到海水浴場去游泳，就感覺海水的浮力比游泳池的水浮力大，我心裡想，水中加了鹽浮力會增加，那麼水中加糖、加?粉、加沙拉油、加酒精浮力會增加嗎？還有其他變因會影響水的浮力嗎？於是就動手做實驗，大膽假設、細心求證。

我們用樂高積木自製磁浮列車，卻發現懸浮平穩沒有想像中容易，於是開始一系列有關單面牆懸浮、摩擦力與綜效磁力的實驗，想找出列車懸浮平穩的秘密。在不同材質的單面牆摩擦力實驗中，利用列車可移動的最小軌道傾斜角度畫圖估算摩擦力，並與掛砝碼最大靜摩擦力的實驗數據比較，得到一致的摩擦力結果：木頭磨光滑 < 木頭 < 壓克力 < 砂紙。 列車的懸浮高度與重量有關，懸浮平穩會有一靠牆的力，須鋪置寬軌道，列車外側磁鐵對齊軌道正上方，靠牆內側磁鐵對齊軌道左側。列車在單面牆（木頭磨光滑）成功懸浮的力平衡狀態為：靜摩擦係數0.28，重力59gw，正向力12.5 gw，列車與軌道的綜效磁力60 gw，水平夾角78 度。最後運用電池或太陽能板加裝風扇驅動磁浮列車前進。

學校之自動馬達，最初係以浮球式之開關所控制，由於開關置於水塔內部，常因受潮而生故障；後改為電子式之自動控制電路，亦因線路複雜，產生維護上之困難，囚此乃思自研一簡單有效之電路以為應用。

國中物理課本第三冊第十四章介紹液體表面張力的特性，以及影響液體表面張力的變因；化學課本第一冊第六章利用表面張力的變化，來估計硬脂酸分子的大小。底下設計兩種實驗裝置，不但可用來測量不同液體表面張力的大小，而且可直接顯示液體表面張力的特性，以及測量不同狀況下的表力張面。另外介紹液體表面張力在數學上的特殊應用。

有一次，我在家中看電視時，剛好轉台到日本的電視台。它正巧在報導「遊日本東京系列」，內容是有關「磁浮列車」。主持人介紹磁浮列車的製作，還親自上車去體驗。這個影片讓我對磁浮列車的動力感到興趣，好奇它如何靠著磁鐵就可以漂浮、行進，於是我請教學校的老師。 老師請學校裡幾位熱心的家長，我召集幾位對科學有興趣的同學，一起開座談會，討論如何製作磁浮列車的模型，及收集相關的資料。上網查資料時，發現亞洲的中國大陸、日本及德國磁浮列車已經開動。台灣國科會已委託清華大學研究磁浮列車實驗一號。科學讓人類“會飛的汽車”夢想有了希望，我也躍躍欲試，讓我的磁浮列車駛進我的科學夢想

一、高中組參展作品無論在實驗設計、測量方法上，或是理論處理上，比往年有明顯的進步，具有創意的作品甚多。 二、國中組參展件數比往年大幅成長，亦多具創意。學生的企圖心亦甚強，顯示國民中學的理化教育普遍受到重視，亦相當成功。 三、國小組的展品方面和往年一樣維持相當的高水準，不但表現生動，在選題方面也 多與生活密切相關，舉凡地震、通風及各類童玩的研究均有。在數據處理方面也多能 符合科學方法的要求。

肯特管藉由聲音的干涉產生駐波，並在駐波中的波節與波節之間，產生規則的層次線紋。此週期性結構，類似於光纖光柵的布拉格繞射或是聲子晶體，其成因機制頗值得深入發掘。本研究的目的除了研究肯特管的駐波現象外，主要是探討此週期性線紋的成因。 利用PASCO感測器，輸入不同的聲音頻率，由傅立葉轉換我們發現除了基音是造成駐波的主要原因，也找出管中不同位置的波譜，發現保麗龍球跳動較高處的波譜變化較大，波漣的形成，必須聲波強度達到某一個臨界值，造成氣漩。由實驗結果，我們證明波漣形成是肯特管中微小的氣漩變化，造成輕如保麗龍球或細灰等物質，排列成層次分明的波漣狀，類似於聲子晶體的結構，應該可以阻擋在某些聲波頻率通過，造成濾波效果。未來，我們希望將圓柱形肯特管改成方型肯特管，來模擬或探究大自然中細砂的沙丘成因。

槓桿原理的運用廣泛，但在物理學鮮少和聲音聯結在一起。至少在國中生很少人會將兩者聯想在一起。我們卻從人耳的生理結構，突發奇想，想打造一套能傳遞聲音的槓桿結構，並研究其特性。在克服了重重困難後，我們果真成功從零到有自製出獨一無二的實驗系統，藉由不同支點、不同抗力臂、不同施力臂的調整以及不同平衡質量的調校，我們在仿生的世界，發掘未知的奧秘並享受實驗的樂趣。很多生理學的教科書都說人耳的三小聽骨類似槓桿結構有放大作用，但我們的研究卻發現槓桿結構對聲音的傳遞並無明顯放大作用，反而是過濾作用。欲知其詳，且看我們的研究分析。

我們利用廢棄運動腳踏車改裝成發電機，應用電磁感應的發電原理來發電，改裝機器可以發電，兼具運動功能。我們應用磁鐵用Ｎ-Ｓ交替排列，銣硼強力磁鐵3.0cm厚0.5cm(磁力強度2000高斯)，發電線圈1500圈，線圈直徑4.5cm，並在線圈加入鐵塊直徑1.8公分，21公克，在線圈外加鐵片4.5cm*0.2cm增加磁力。經過測試後，發現運動腳踏車發電機空載發電825W，負載的情況下我們的體力最大負荷在240W電器。把我們自製腳踏車發電機跟市面產品比較，我們的成本低、發電量高、可以調整電流、電壓大小，並兼具發電與運動功能。

我們在科學園遊會中見識到「紙」的力量，就展開有關的研究。在閱讀相關報告後，決定以「圖畫紙」及紙上放量杯、連續倒水的方式實驗。研究發現：以短邊對折或以對角線為基準線對折處理的圖畫紙，摺數越多載重越強。而以短邊為底畫出不同夾角為基準線的折紙實驗，則角度越大載重就越強。再深入分別研究摺數、每摺高度、每摺頂角角度，則發現摺數越多、高度越低、頂角60度載重效果最好。若在折紙下面黏貼紙條或底板固定兩邊，載重比未固定的好。在空心圓柱和放射狀柱體實驗，發現圓周較大效果較好，在柱內加上十字或米字柱體載重力會更增強；柱體承受不了時，常常是以柱身凹陷或是旋轉方式倒下。最後，我們也實驗證明紙柱越短載重力就越強。