全國中小學科展

物理科

衝出封鎖線-衝擊對表面張力的影響

本實驗主要是探討水的表面張力和水面狀態改變時,對於落水物體的速度變化量的關係;並設計實驗證明實驗原理之正確性。

電潤濕

這是一個研究水珠受到外加電場而改變形狀的實驗,我們利用儀器,組成一「水滴微觀平台裝置」,再加以電場,並對以下變因進行實驗: (a)水量及溼度的改變。 (b)電場(電極間的電壓、距離、及正極負極的位置) (c)水珠(NaNO3 水溶液、NaCl 水溶液、RO 逆滲透水、二次去離子水)。 我們在固定溼度(84%)及溫度(25℃)下進行實驗。進而,我們發現,外加的鉛直方向電場不論正負極位於上或下,都較未加電場時不易變扁;當水珠使用NaCl 水溶液時,其濃度與水珠的變扁速率有密切關係。因此我們又更進一步地取了 NaNO3 水溶液進行實驗,發現NaNO3 較NaCl 更易受影響。

我知道,你是誰!

玩具汽車壞了,我好奇地把它拆下來,發現車殼、車輪、齒輪及電池、馬達等其他一些零件,都用鐵、銅和幾種不知名的金屬所製成的。另外還發現各種金屬除了顏色光澤上有差別之外,軟硬也不盡相同;車子各部份所用的金屬種類都不一樣,如車身部份用鐵製作,電池、電線則用銅線或銅塊。是不是因為每種金屬都有它特有的性質,使得用途也就不同?因此,引起我和幾位同學研究金屬的興趣,於是請教老師,在老師指導下,開始進行研究。

機翼、風阻之研究

我們看到飛機的飛行 · 玩模型飛機者的著迷,便引起我們探討的興趣 · 我們看了有關機翼的書刊,但從書本上所獲得的並不令我們滿意於是引近我們研究的動機。

誰的肚量大

有一天,我和朋友去看電影,電影剛開始,畫面上出現了一位男士,他一面喝酒,一面看錶,好像在等朋友,等了很久,他的朋友還不來。他覺得很無聊,就從口袋裹掏出一把錢幣,然後一個個把錢投入酒杯裏,他連續放了十多個,我發現,杯裹的酒都沒有溢出來。回家後,我就自己拿水和杯子做做看,結果連投數十個水才溢出來,我覺得真是有趣極了。所以就提出來和同學一起研究討論。

迴旋鏢

本實驗以厚紙板為原料,作各種不同的迴旋鏢,改變其長度、中心凹凸程度、傾斜程度、邊緣膠帶的圈數與纏繞膠帶的位置,以捲尺和碼錶量測其迴旋半徑及時間,觀察其飛行軌跡、週期和迴旋半徑之間的關係。由討論數據變化之趨勢,及引進白努利定律、牛頓運動定律來解釋迴旋鏢軌跡變化與力的關係,希望進而了解如何設計出適合各種環境的迴旋鏢。

固態結構的導熱性質之探討

實驗動機與目的 熱是能的一種形式,在固態的物質中,原子的振盪表現了熱,振盪能量的轉移造成了熱能的傳導。在電的非導體中,熱能的傳遞全靠聲子的傳遞,如果分子的固態結構諧和,依聲子的速度,固態結構的導熱率應該相當大。但是因為分子的排列非完美,及聲子的碰撞的反跳過程,所以固態結構的導熱率非常有限。不同的固熊結構對聲子的散射也不同,所以各種固體的導熱率也不同。因此我們做了一系列的推論與實驗,來了解電的非導體中,固態結構如何影響導熱率。另外,對電的導體來說,自由電子與聲子的碰撞造成能量的轉移,自由電子的運動使導體的導熱率增加。我們也設計了實驗,來了解自由電子的運動對增加導熱率的貢獻。

尼「煞」得住我-利用阻尼擺及渦電流來探討電磁煞車的效能

本研究是利用簡易的電磁阻尼擺裝置,探討各式線圈通過磁場時,因磁通量變化產生感應電流及磁場並阻止線圈運動。實驗第一階段結果顯示出線圈匝數越多或是電流越大,則感應的磁場就越強,越能將擺盪中的線圈速度減低。實驗第二階段是直徑粗的漆包線因為電阻小,所以雖然纏繞圈數只有20圈,但是對於速度減緩的效果卻比80圈的細線圈要好158杪。實驗第三階段我們也製作了一個簡易的渦電流煞車裝置,利用不同的金屬圓盤來比較感應磁場的差異,意外發現到磁性金屬和非磁性金屬間對於渦電流產生的變化不同,而利用渦電流所產生的阻尼作用只適用於非磁性金屬。目前0.3公分厚的鋁盤效果最好的是從12.7圈/秒到停止只花了1.06秒,在未來我們希望先應用在腳踏車上來使腳踏車煞車成為有效又經濟實用的煞車方法。

動流體間阻力探討

在某一次的打掃時間,不小心將水桶打翻,所有的水都從四樓落下,看到\r 這天雨散花的一刻,我們對這些液滴有很大的好奇:在空氣阻力的作用下,她是\r 否為圓形呢?大小不同的她們是否同時落地呢?這些是否牴觸伽利略在比薩斜\r 塔上所做的實驗結果:不論輕物重物皆同時落地?\r 在一個偶然的機會,物理老師林老師在課堂上表演了一次「油水實驗※」,\r 我們因此做了聯想,可以用油水互不相容的特性來做我們的實驗,一方面可以滿\r 足我們的好奇心,另一方面也解決了下落(終端)速度過快的困難,展開了重重困\r 難的科展旅程!\r ※油水實驗:首先知道酒精、油、水的密度分別不同,又因為油與水、酒精不相\r 溶,但酒精又可以溶於水中,於是一開始放滿油,在調整水:酒精的質量比,調\r 至與油近似後,倒入油中後,再微量加入酒精或水,使得水酒精混和液滴在油中\r 上上下下,因而觀察到他的形狀非標準的球型。

神秘的愛因斯坦電梯—不同加速度系統中重力改變之探討

我們利用簡單的器材,設計了兩套可以改變加速度的系統裝置(愛因斯坦電梯),以火花記錄計時器(A電子電機及資訊科0V、60Hz)測量出系統裝置的加速度。 第一套加速度系統裝置,測量出彈簧的伸長量,再由虎克定律(W=kx)計算出物體的重量。第二套加速度系統裝置,直接觀察電子秤的讀數,測量出物體的重量。 最後,將不同加速度系統中測得的數據(物體重量(w)和重力加速度(g))在座標軸上標出數據點,圖形顯示物體重量(w)和重力加速度(g)兩者間有正比的關係,實驗結果符合愛因斯坦等效原理的預測。