物理科

本研究探討影響冰塊中氣泡變化的因素，探究溫度、時間及水質三項因素，對冰塊顏色、氣泡大小、氣泡位置及氣泡多寡的影響，實驗結果發現：一、冰入時的水溫越高，冰塊氣泡越少。二、水的結冰時間越久，冰塊氣泡越小。三、經過急速冷凍的水，冰塊皆呈現乳白色，氣泡散布整個冰塊。四、以經過處理過的水為實驗水種，水的TDS值越高，冰塊中氣泡越多。

氣泡在水中運動時其形狀會近似於一橢圓體，我們利用攝影機分別垂直於兩垂直平面做拍攝記錄，並藉由影像軟體進行分析，定出其位置，發現它上升的路徑有時會在一平面上做來回運動，而來回運動的偏移幅度與氣泡本身的大小有密切關係，因此我們試著歸納出氣泡大小對其運動路徑的影響。我們討論的氣泡大小為長軸長度介於0.42㎜與4.36㎜之間，其中氣泡長軸在2.25㎜以上時會有明顯的來回運動，在長軸為2.96㎜時第一週期振幅即到達最大值，並隨著長軸長度的增減而減少，我們也發現垂直速度的第一個高點，會隨著氣泡長軸的增加使發生時刻延後。此外，我們設計了實驗，證明氣泡在水中會沿一平面做水平來回運動，是由於氣泡形變所造成的。

我們在“ 科學教育月刊”中(1)，看到陳素貞教授介紹“化學魔術一振盪化學反應 ” ，引起我們對振盪反應的好奇與興趣。上述文章介紹一些非平衡系統中，某些物種在消失一段時間後會再生成，生成一段時間後會再消失，週而復始地做週期性的振盪。這些反應可以是顏色在時間上的振盪，或是化學波紋在空間上的振盪。這些魔術般的振盪反應與牛命現象如心跳、新陳代謝、生物鐘等有密切的關係，簡直太神奇了。我們於是更想進一步探討振盪反應─顏色振盪的反應機構。

利用水柱發生全反射傳遞光線，形成水光導，本研究探討水光導的發生機制、最佳傳遞條件與導光率大小，最後再與固態光纖進行比較。研究中發現，流速慢、射程過近的水流，易受壁流現象而提高臨界高度，提早消失光點；水流射程過遠，只要超過破裂點，光線損耗加快，光導效果變差。由軌跡方程式求出噴流軌跡長，並測量光點面積，以求出導光率，發現傳播越遠，損耗係數越大，水光導與固態光纖的指數損耗模式不同，其為2階多項式的損耗模式，可由方程式算出最大導光距離。三種光源中，以長波長的紅光有較佳導光效果，藍光較易散射而縮短傳遞距離。利用雨水產生光導效果，可利用在綠建築或太陽光傳輸系統上，深具應用價值。

在六上自然課 【 地球的運動 】 單元課程中，有同學發問 『 同步衝星的運動週期與地球相同，所以同步衝星會靜止在地球上空？ 』 老師說： 『 同步衝星就是地球靜止衛星，這個論點可能有錯，同學應動手做實驗，以求甚解 』 ；剛好學校配合自然教學課程，安排了一次天文館之旅，段們意外發現衛星軌道的奧妙，就這樣我們展開了一連串的研究學習活動。

我們提出一個實驗方法，將測量浮力的原理應用到磁力大小的測量，這個方法可以測量磁鐵在不同距離下的磁力大小，彌補課本上利用迴紋針吸附只能測量到磁鐵表面磁力的不足。依照提出的方法，我們研究了磁鐵距離與磁力的關係，以及不同大小與材質的圓柱型磁鐵對磁力的影響。研究結果發現磁鐵直徑越大，磁力越大，而當磁鐵表面與鐵粉(被磁鐵吸引的目標物)距離固定時，磁鐵厚度增加，磁力作用也會增加，但是有一極限值。若把鐵粉量增加，則測量到的磁力也會增加。我們也發現釹鐵硼磁鐵的磁力與距離的2.5次方成反比的關係，而氧化鐵磁鐵則是成2.4次方反比關係。最後比較兩種不同材質的磁鐵，我們發現釹鐵硼磁鐵的磁力大約是氧化鐵的5倍。

我們四年級自然科用的課本是康軒版，上學期第二單元是「磁力玩具」，裡面有一個主題是說：“將一個小磁鐵放入試管中，再將一個磁鐵從試管底端靠近，試一試有什麼現象？試管內的磁鐵在什麼情況下會升高？”老師先說明完之後讓我們自己操作，結果我們都覺得很新奇，我們實際操作的情形如照片。 為了對磁鐵的特性有更進一步的認識，我們利用下課時間去找老師討論，希望可以多了解一點磁力現象。經過討論之後，我們決定用「奇妙的磁力現象」來作為這次科展的主題。

(一)同樂會時，同學們與高釆烈的吃著餅乾、糖果、瓜子等、只是倒沙士時，滿杯都是氣泡，而且氣泡不斷的溢出杯外。(二)有位同學，用餅乾沾沙士吃，嘿！怪事發生了，杯裏的氣泡很快的消失了。(三)大家覺得很奇怪，為什麼把餅乾放入盛沙士的杯子裹，氣泡就消失？為了瞭解個中原理，我們就決定深入研究其原因。

在國中二年級的化學課本第六章第一節裏，我們學習了測量硬脂酸的分子有多大。此實驗是將一定量的硬脂酸石油醚溶液，滴加於水面上，由於表面張力而展開形成一層薄膜，然後量其表面積，由體積÷面積=厚度，而此厚度就是硬脂酸分子的大小了。但是全班同學在結束此實驗後發現，由於硬脂酸展開方式不同，產生了很大的誤差，因此同學們開始對此實驗進行討論，討論產生誤差的可能變因。將此討論結果，歸納出五大因素如下：(一)滴加一滴硬脂酸石油醚溶液的體積，無法正確的量出。(二)所使用的硬脂酸的特質。(三)滴加時，滴管到水面的高度。(四)水的溫度、硬脂酸的溫度，以及薄膜展開情況。(五)滑石粉的特質(粗細）。以上是我們討論出可能產生誤差的原因，由於班上沒有時間再設計實驗裝置來做進一步的驗證，因此延到假日再詳細的檢討，經老師的同意，設計實驗裝置，同時選擇幾種物質來做，其結果肥皂水效果很好，故改用肥皂水來做，從肥皂水的結果來證明產生誤差的因素，實驗設法使此誤差降低到最小。同時提高其正確性。因此實驗包括實驗裝置的設計，及表面張力等。完全是屬於物理關係”故參加物理科的展覽。

上美勞課，老師教我們用吸管，外纏鐵絲加以吹氣可以讓保麗龍球飄浮在空中，吹的氣愈久，在空中停留時間愈長，好玩極了。這種情形不禁也讓我們想知道球為什麼可以像幽浮一樣浮在空中，在好奇的吸引下，我們展開研究，並且創造了不同的玩法，真是高興極了。