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物理科

妙「雨」如「珠」

本實驗希望可以從我們實驗室裡面的儀器,測量出雨水的大小,以及雨水落到地面附近時的速度有多快,不過因為雨水太小了,實驗室的儀器並沒有辦法直接測量出雨水的大小和雨水的速度,因此我們先測量一些比較大的水滴的體積與終端速度,製成圖表之後,找出其中的關係,然後從我們找出的關係之中,推論出雨水的體積以及速度。首先以麵粉球法,做出水滴體積與水滴滴在麵粉上所形成的麵粉球質量兩者之間的對照圖。我們先試著以實驗室裡頭的普通滴管出發,自行設計出另外兩種口徑不同的滴管,另外也找來兩支粗細不同的針頭,因此一共有五支口徑不同的滴管,可以滴出五種體積大小不同的水滴。分別以這五支口徑不同的滴管滴水到麵粉裡,每一種體積的水滴都會形成相對應質量的麵粉球,我們把水滴體積與對應的麵粉球質量製成(水滴體積與麵粉球質量關係圖),結果發現是一個正比的圖形。其次,以光電計時器測量各種體積不同的水滴落下不同距離所耗費的時間,並做出五種水滴落下的距離對時間關係圖,並從五支滴管的距離對時間關係圖找出五種大小水滴的終端速度,以及水滴體積與終端速度之間的關係。我們先從高度五公分開始,以普通滴管滴出的水滴測量水滴落下五公分時所需要的時間,重複多次之後取平均數,然後把距離拉開到十公分再重複測量一次,一直到看得出水滴達到終端速度為止,五支口徑不同滴管都測量完之後,把數據作成圖表。我們發現,落下距離在拉開到 80~100 公分時,水滴落下的速度會達到固定,並不是像自由落體一樣越來越快,查證後發現是空氣阻力造成的結果,這個固定的速度就叫做「終端速度」。後來從高中課本找出了計算終端速度的公式,從公式中推導出終端速度的六次方與水滴體積成正比,並做出(終端速度六次方與水滴體積關係圖)。最後,在下雨的時候,直接拿麵粉到戶外去接一些雨水,測量出麵粉球的平均質量,然後把數據拿到(水滴體積與麵粉球質量關係圖)對照,可以得到雨滴的體積,再把雨滴體積拿到(終端速度六次方與水滴體積關係圖)上對照,經過計算之後就可以得到雨滴的終端速度了。

洞燭先機-如何延長瓶中蠟燭的燃燒時間?

蠟燭是清明掃墓時必備的物品之一,但清明節前後天氣常常不穩定。本實驗目的主要是探討如何讓蠟燭在戶外持續燃燒,不受天氣影響。實驗中,我們試圖用挖洞的瓶子蓋住蠟燭,以孔洞的數量、孔洞的位置、孔洞的直徑為變因,經過一連串的實驗與改良後,發現就材質而言,紙盒最能符合需求,而開了上下、左右相對的四個洞,孔洞直徑為1cm時,可以讓整支蠟燭燒完;以電風扇模擬風吹的情形做驗證,盒中蠟燭的燃燒時間可達到預期目標。

咻--看!誰射得遠?

本作品係由學生課堂上操作「力的傳播」實驗,課餘之暇引發而出的疑問及興趣,以設計出能射得最遠的空氣槍,所進行的科學探究活動。首先找出最適合的槍管及子彈,為嚴格的控制各項變因,設計了「發射裝置台」以輔助實驗,接下來分別探討子彈重量、發射口徑、發射角度、發射高度及壓縮空氣量與發射距離的關係。結果發現:空氣槍要射得遠需符合以下六個因素,即子彈與管口需密合、發射口徑窄、子彈重量輕、發射角度為 45°、發射高度高、空氣量大。

夏天的歌手─蟬音繚繞

在農業社會中,小朋友所擁有的童玩,皆就近取材於大自然;竹蟬即是我國民俗古玩之一,由於把玩時它會發出如夏蟬之鳴叫聲,材料又使用容易取得的竹子,因此名為「竹蟬」,也稱為「夏蟬」、「河童蟬」、「哮耳仔」、「喇雷底」。竹蟬是靠繩子與竹棒上的松香磨擦產生聲音,聲音藉著繩子傳到竹筒裏,利用筒內空間產生共鳴的效果,把聲音放大。我們探討各種影響竹蟬聲音大小的變因,希望能製成效果最佳,聲音最類似蟬鳴聲的竹蟬。此外,利用資源回收的物品做成各種聲音不同及造型不同的竹蟬,透過竹蟬的聲音的不同,做出各種不同的動物造型,更譜出一首首美妙動聽的夏日交響樂。

杯子與茶壺的對話

以自行裝設的簡易實驗器材來觀察液體流出圓口容器口時之狀態,並針對其壁流現象和液體流量、濃度及容器口之間的關係加以討論。

當我們撞在一起-液體碰撞

我們利用不同速率液滴撞擊液面,發現液柱彈起的力量來源可能為液體的壓力或表面張力;並且測量液滴進入液面下的深度和彈起的水柱高度,由實驗結果發現入射速率越快,其能量損耗百分比越小。另外我們做了固體間碰撞實驗來與液體間碰撞做比較,發現其能量損失百分比比液體間碰撞來的小。

環狀泡泡產生機制之探討

形成泡泡環的主要因素為:外圍液體由氣泡底部衝入氣泡內貫穿氣泡而形成泡泡環。 起始孔徑的形狀不會影響泡泡環的形成。 在雙孔的實驗中,若孔重疊,則可視為單孔;而不重疊孔氣泡混合後會產生壓力大的混合區,造成中間破裂而不成環。 在相同孔徑下,泡泡環離開時間與外加壓力及外力時間無關。 由連續方程式可推知孔徑越小的氣泡成長所需時間越短。 當泡泡達到離開噴射孔的時間,即使外力繼續作用,還是無法增加氣泡的體積,所以會有達到飽和值的趨勢。 使用球型氣泡模型來解釋外加壓力增加,氣泡體積亦增加的趨勢。 利用離開噴射孔氣體體積等於氣體進入氣泡的體積,可解釋外力時間與體積成正向增加關係。而氣泡在成長過程中,體積膨脹率隨時間而增大。

水流倒退嚕---研究水的附壁現象

本研究主要設計多種實驗方法,了解水流通過曲面時,影響附壁力大小的各種變因,藉以了解在日常生活中倒水或實驗室中使用燒杯、量筒等,為何只要一個角度不對,水就會不聽話的沿杯壁流下。我們利用高度差造成不同的出口壓力,自製水流量控制器精準的提供穩定水流,才能在不同流量速率,使用下列方法來研究附壁力: 一、測量水流流出杯口的水平射程。二、傾斜容器測量開始有附壁流與全部附壁流的臨界角。三、測量水流沿圓柱流動的水平位移。四、自製儀器來測量水流的黏滯力和附壁力的大小。使用上述方法所得的結論大致相符,增加實驗結果的可信性,我們歸納出常用容器的附壁作用程度和容器杯口的形狀關係,體會到小小的設計卻有很深的科學原理隱含其中。

鳳仙花果實的物理機制

鳳仙花的果實,平常維持一類似橢球狀之形狀生長,但若加以些微擾動,即爆破開來。討論鳳仙花的果實是以何種機制維持此困難之平衡,提出三項假設:雙面尺模型、果實皮束之力平衡、及果實內氣壓不等於外壓。雙面尺模型證明非主要原因;果實皮束之靜力平衡為維持平衡之主因;果實之內外並無壓力差。

時間測量的精確─跳動【碰撞】已不再是秘密

(一)雖然在國中物理課程力學篇,牛頓運動定律沒有談到碰撞觀念,但是運動定律及作用力和反作用力,已經給我們碰撞的一些概念和啟示,升上三年級漸漸的對於高中組全國優勝作品第25屆處理碰撞跳動問題更加了解作者的實驗設計1.作者處理鋼球第一次碰撞至第二次碰撞的時間方法:利用麥克風收到碰撞時所產生的聲音,觸發IC,同時產生一個脈波……,讀入資料記錄到電腦中,再由電腦加以處理。2.作者並未處理碰撞接觸時煙,因為鋼球碰撞時間非常短促,不易測得,而把碰撞時間忽略。 (二)利用電子電路,裝置出較新穎的測量方法,用來測量1.碰撞接觸時間2.第一次碰撞至第二次碰撞所需的時間