物理科

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。

夏天到海邊游泳看到大輪船在海面行駛得很穩，但撿起一塊石頭往水裏一放就沈下去了，再從水裏拾起邢塊石頭覺得比剛剛輕了，所以我就想到兩個問題請教老師：1.大輪船為什慶會浮？小石子反而下沉？2.在水中拿東西為什麼比較輕?

有別於過去很多研究飛機的科展作品都在探討飛機如何飛得遠、飛得久，本實驗的目的，主要在尋找珍珠板飛機為什麼能迴旋的秘密及影響它的因素？剛開始我們利用「自製風洞」測試珍珠板飛機的主翼與水平尾翼之裝置角對飛機產生的迴旋力量，進一步來說明迴旋的原理。然後試射九種裝置角配對的飛機來測量迴旋直徑，並找出最適合的組合來進行下一步的實驗。接著，分別改變飛機及發射平台的各種變因，並找出這些變因對珍珠板飛機的迴旋直徑有什麼影響？最後我們設計各種迴旋飛機的創意造型和技術玩法，並且活用迴旋原理，創造出令人驚奇的迴旋奇機！建議可應用到教學、健身運動或趣味科學遊戲之用。

我們這整個實驗中的所有小實驗，都有自己的理由和為什麼要進行實驗的原因，不過到底是什麼原因讓我們開始進行這個實驗呢？ 原來是電視廣告，“茶樹油洗潔精的廣告”，一滴就靈：那個一滴就靈的現象讓我們全班印象深刻，一小滴的洗潔精竟然有哪麼大的力量，把整盤的油膩給拉到盤子的邊邊；小學生巧連智正好也進行著水面上的油彩實驗，所以我們決定要求好好的研究一下這些奇特的現象，經過了二個月的實驗，發現用牛奶來當作實驗樣本很容易觀察，又用色素滴在牛奶上來觀察運動的方向，就像是拔河比賽一樣，所以我們的實驗報告的題目就叫做“牛奶上的拔河遊戲”，其實就是研究表面張力。

首先我們討論純水的溫度-密度關係，發現在20~50℃間溫度越大密度越小，並且近似於線性關係。再者，藉由討論伽利略溫度計的原理，嘗試利用周遭素材自製該溫度計。然而，在這樣的溫度範圍之中，純水對於溫度相當不敏感，以至於利用純水製造伽利略溫度計有一定的難度，所以我們討論下列兩點：\r 1. 溫度標示球的設計。\r 2. 不同溶質的水溶液其溫度－密度關係。\r 由設計溫度標示球，我們發現伽利略溫度計若要靈敏，其密度必須極接近水溶液的密度，並且形狀必須盡量呈現下廣上窄。而當我們測量不同物質其水溶液溫度－密度關係，我們分別比較食鹽水、尿素與酒精，經比較結果發現三個溶液的靈敏度分別為：食鹽水溶液＞尿素水溶液＞酒精水溶液，完全符合我們的推測。

本文之主要工作可分為下列幾部分：(一)首先利用光柵校正各種雷射光(紅、綠、紫)的波長。(二)利用各種波長的雷射光來做司乃耳定律實驗及彩虹原理實驗，測量液體折射率後並比較它們的準確度。(三)採用準確度較高的測量方法「彩虹原理」，測量多種混合液體的折射率。(四)利用實驗結果去探討多種混合液體之折射率的計算模式。由實驗結果分析，可獲得以下重要結論：第一，利用彩虹原理測量液體(或多種混合液體)折射率具有很高的準確度。第二，本組找到了混合液體之折射率的新計算模式；且利用此計算模式，可迅速且準確調配出所想要之折射率的混合溶液。

在二年級理化課，當老師在介紹力時，曾經提到當一個作用力存在時，一定要存在一個受力體，也就是不可以有一物體施了力，但卻沒有物體受力。另外老師也提到，當甲對乙有作用力時，乙同時也會對甲施一作用力，此力可稱為甲對乙作用力的反作用力。而且這兩力的大小會相等，作用方向相反，但在同一直線上。老師說：這稱為牛頓第三運動定律。但在三年級理化課時，當老師介紹到將載流導線置於磁場中，若導線的電流方向與磁場方向不平行，則導線會受到一與磁場方向垂直之作用力。其方向可由右手開掌定判斷。因此我們對這定律有了一些疑問。我們的疑問在：磁場並非一具體物質或物體，磁場的存在只對磁性物質與載流導線有作用。如此，當一載流導線在磁場中受力時，是否也會產生一反作用力？如果是，它是施力於何物呢？是磁場所存在的空間嗎？不可能，因為空間不是物質，不能受力。還是施力於產生磁場的物體呢？反作用力的作用是否仍像一般反作用力的產生一樣，直接由受力體對施力體作用？力量的大小又是如何的呢？牛頓第三運動定律是否仍適用於電流與磁場的交互作用力呢？

我們在九十一年十一月開始準備做科學實驗，利用 學校的筆記型電腦和麥克風開始做聲音錄音測試實驗，使用的軟體是在家庭錄音室網站（網址：http://club.ntu.edu.tw/~NTUMCS/studio.htm）下載的 Gold Wave 軟體，發覺這是一個可以試試看的聲音實驗。於是我們在 九十一年十一月測試，十二月初開始做實驗，並於九十二年四月底完成實驗，整個實驗歷時約半年，做實驗時間是利用禮拜六的早上。利用九十一年五月，這一個月整理數據，寫研究報告。第一個實驗是利用一支高感度麥克風（離原點 90~40 為公尺），和一支小麥克風（置於原點）來接收同一槍聲，我們利用兩支麥克風的距離除於電腦錄音程式上兩支麥克風槍聲的時間間隔，即為聲速。接下來，我們做短距離聲音的隔音實驗，將警報器置於紙箱同一位置並固定，紙箱包覆不同的材質，改變包覆材質的層數，並改變紙箱距小麥克風距離（小麥克風處為原點，接上電腦），比較隔音效果，並探討不同箱子大小，是否影響聲音振幅。第三個實驗是利用較長距離的收音（約 40 公尺），利用一把雨傘，將大麥克風綁在雨傘的中央收音，改變雨傘張開角度，看是否影響聲音振幅大小，另外我們也做了一個類似雨傘模型，貼上珍珠板，測試是否影響聲音振幅大小。

斑馬的黑白條紋被認為可能會降低溫度，由實驗發現，黑白條紋組的上升速度較黑組與白組慢，白組又比黑組慢，接著測量表面溫度，黑白條紋組外部的白條上升速度比黑條快，內部黑條比白條上升速度快。溫度上升時，大瓶升溫的速度較小瓶快；下降時，大瓶與小瓶的降溫速度無顯著差異。改變黑白條紋的方向、粗細，不會影響上升與下降的溫度變化。另外將白條紋換成銀色，升溫時，銀組速度最慢，銀黑組次之，黑白組最快，降溫時亦相同。最後，觀察煙的對流實驗發現黑白條紋組表面空氣具有對流的存在，並推測造成黑白條紋組升溫較緩慢有四種對流可能性。