物理科

本組利用自製的「彈性測試裝置」，探討溫度、濕度對乒乓球拍拍面彈性的影響。經實驗後發現，正膠或反膠拍面的彈性都會受環境中的溫、濕度影響。其簡述如下：環境中的溫度越高，拍面彈性越佳；溫度越低，拍面彈性越差。濕度越低，拍面彈性越佳；濕度越高，拍面彈性越差。而且：一、正膠(長顆粒)拍面在溫度20℃-25℃、濕度55%-65%時彈性變化最大。二、正膠(短顆粒)拍面在溫度15℃-20℃、濕度70%-75%時彈性變化最大。三、反膠(平面)拍面之彈性緩和的隨溫度升高而變佳；隨濕度增加而變差。台灣地區年均溫約24℃，相對溼度約70%~85%，影響彈性最大的溫度及濕度範圍正好皆落於此區塊，因此，在台灣地區進行的桌球比賽應特別注意溫度及濕度對桌球拍拍面彈性的影響。

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。

氣體壓力是讓氣體動力車行進的主要因素，我們企圖了解多少的氣體壓力可以讓自製寶特瓶動力車行進多少距離，因此我們在研究中探討氣體壓力、氣體體積、動力車的噴口孔徑與行進距離的關係。我們發現氣體體積、壓力或噴口孔徑較大時，能把車子推動的距離較遠，但是在一定的噴口孔徑以上呈現不穩定的狀態。我們也從實驗數據預測壓力及噴氣孔徑與氣體動力車的行進距離，並且獲得驗證。因此我們藉實驗結果推論控制壓力及調整噴氣孔徑，可以使氣體推動車子移動到預定的位置。

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。

透過小小水珠的結冰，我們發現令人驚奇的神奇現象！加蓋的水珠結冰時，底部與側邊會先結凍，內部的水最後結冰時只好往上頂出，因此形成像桃子狀的可愛冰尖凸。其結冰的過程，通常會有過冷現象，只要加入其他物質使其溶於水，就不會形成冰尖凸了。在有出風口的傳統冰箱下結冰，不加蓋比較不容易形成冰尖凸，冰尖凸的形成與否，深受風向干擾。而水珠的結冰，若是有冰尖凸的，高度的變形比大約為一點多倍，寬度則接近一倍，表示底部與側邊先行結冰時，底面積不會擴張，而是將水往水珠中央頂部推擠，才會形成冰尖凸。若沒有冰尖凸的，則高度與寬度會同步進行膨脹，但高度還是略比寬度多一些。另外，我們也嘗試尋找形成冰釘的條件，並與冰尖凸做比較。

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。

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。

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

波動現象是所有物理現象中最為奇妙與可愛的一種，在一般的實驗中，如水波糟實驗，楊氏雙狹縫實驗， …… 等。我們可以很清楚地看見“橫波 ”的干涉或繞射現象；我們可曾見過縱波（聲波即是縱波）所其有之波動現象？似乎很少聽過能證明縱波亦具有所有光波之波動性質（偏極化特性為例外）的實驗，這引起我很濃厚的興趣，便設法找一方式能證明縱波亦具所與光波相同之波動性質。下面是悉心研究之結果，在此願拋磚引玉，供大家參考，希望有興趣的人士能夠加以改進創造，做出更完美的實驗以驗證縱波（聲波）之波動性質。

在國中理化課本中，我們所學到的─《電流和磁的關係》，我們都知道「當電磁靠近金屬時，金屬內的磁場會發生變化，此時金屬會有『電流』的產生，進而使檢流計的指針發生偏轉，英國科學家法拉第在1831 年，將這個現象稱為─『感應電流』」。因此我們選擇銅、鋁兩種金屬管探討不同強度的磁鐵在金屬管中作自由落體時感應電流與磁鐵落下速度的變化關係。在本研究中，我們首先要找出能準確測量磁鐵從金屬管落下的時間的裝置，於是我們利用數位相機、放大鏡、馬錶設計了「同步攝影法」，來改善手按測量的不準確。藉由電腦的影像分析，在不同厚度(1.55、3.10 ㎜)與不同金屬管(銅、鋁)的研究發現以厚銅金屬管的效果最佳，此現象應與感應電流的大小與金屬材質的電阻大小成反比有關。在不同厚度的金屬管中改變磁鐵磁場強度的實驗發現薄金屬管在磁鐵磁場強度約為5000 高斯及厚金屬管磁鐵磁場強度約為3000 高斯時鐵落下的速度為等速度運動。其次在將金屬管切割成有缺口的實驗中，我們發現感應電流的現象依然存在，這現象顯示在金屬管中的感應電流不是沿著圓形的管子而形成，而是當磁鐵靠近金屬管時，在金屬管的管壁間可以形成無數連續的小「渦電流」，這無數的小渦電流在管壁內產生無數感應磁場形成「磁阻」用來抵抗磁鐵的下降。最後利用磁鐵、鋁管、定滑輪、砝碼組及投影片捲成的電梯設計「磁浮升降梯」、「磁緩衝機」可以在沒有電力的情況下將升降梯的速度控制在0.18 公尺/秒的安全速度，及磁緩衝機的設計可使蛋由4 公尺高落下卻完好如初不會破裂。