全國中小學科展

物理科

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。

夢幻「泡」影-如何降低泡泡的持久性與直徑大小

1.濃度越小,泡泡維持時間越短,但發現金屬離子雜質越多以及加酸皆會破壞Marangoni效應而降低泡泡維持時間。 2.對於最大直徑,可以發現加入酸、鹼電解質會降低最大直徑,且濃度越大越明顯,非電解質則會增加直徑,而鹽類則有不一樣的表現,例如硫酸鎂與碘化鉀反而會增加最大直徑。 3.電解質中的酸容易破壞Marangoni效應而降低泡泡維持時間,且強酸降低的效果比弱酸佳;而對於縮小泡泡直徑,添加電解質濃度越大效果越好。 4.對於厚度來說,可發現隨著添加酸、鹼的莫耳濃度越大,起始厚度越薄,同時也發現隨著時間過去,Marangoni效應會變慢。 5.添加溶質的保濕度越差,維持的時間越短。 6.濕度與溫度越低可以降低泡泡最大直徑與維持時間。

快樂洗澎澎

這個主題是探討蓮蓬頭水柱衝力與蓮蓬頭的孔數、面積以及孔洞排列方式之關係。 我們推測當蓮蓬頭孔數愈少(孔洞面積愈小),則流速愈大,產生的衝力愈大;反之,當孔數愈多,產生的衝力愈小。我們希望水柱產生的衝力夠大,也希望水柱打在物體上的總面積愈大,但很明顯,這兩個量值是互相抗衡的。 我們以實驗的方法了解孔洞面積、排列方式如何對水柱衝力造成影響。更進一步分析在不同變因下水柱衝力與水柱面積之乘積,因為這是人體感受淋浴的重要因素。 實驗中,我們自製蓮蓬頭,量測水柱對電子磅秤產生的衝力,再將衝力與孔洞的總面積相乘。固定圈數,改變孔數(亦代表水柱的面積改變),然後畫出衝力與孔洞面積關係圖;固定孔數,改變圈數(亦代表孔洞的排列方式不同),畫出衝力與圈數關係圖﹔單圈下,固定孔數,改變單圈半徑,畫出衝力與圈數關係圖。

風碩-室內氣流之探討

炎炎夏日常為了兼顧舒適與節能,會將窗戶及氣窗全部開啟,而窗戶及氣窗的開口位置及大小均影響著室內通風效果,因此我們製作與教室等比例的壓克力模型,拍攝線香通過模型的軌跡,觀察開口對氣流的影響,並將它放置在均勻穩定的風洞之中,以模擬教室的通風狀況。實驗結果,在兩隔板開口對稱時,室內通風率隨隔板距離增大、隨入口風速減小;若在後隔板開了氣窗,其通風率會隨隔板距離減小、不隨入口風速變化,顯示開氣窗將讓室內通風率更加穩定。再者流體在進入開口處時會有加速的現象,其速度變化率會隨入口風速有遞增的趨勢,且隨兩隔板距離增加漸趨明顯;而風速變化率卻與兩隔板距離成指數遞減關係。

以磁力模擬萬有引力的平面實驗

最初是對星球運動的好奇,隨後不服輸的心理一直驅使著我。三年來在這兩種心情交互支持下,逐項突破主要困難問題,並持續進行探討與研究。

擺!擺!擺!真有趣

轟隆、轟隆地震了,搖來搖去的,好像坐搖椅一樣,突然我發現,客廳和廚房裡的吊燈搖擺不停。地震過後,客廳的吊燈搖了幾下就停止了,廚房的吊燈還搖擺不停,我覺得很奇怪,同樣的地震到底是什麼原因使它們搖擺停止的時間不一樣呢?如果能夠找出原因;便能夠設計出使天花板上的吊燈搖擺減到最短時間的方法,這樣它們就比較不會損壞,也不會從天花板上掉下來。我對這個問題感到很有興趣,就找了幾位有興趣的同學請老師指導,一起研究。

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。

f/2

架好單擺的設施後,我們調整信號產生器的頻率和電壓,觀察二分頻的現象,並使用位移紀錄器觀測其單擺振幅的上升過程,為此研究立下基礎。此現象的發生與推導完成後,我們開始進行進一步的分析,調整信號產生器的電壓,改變其振源振幅,觀察下方單擺振幅之變化,加以記錄和繪圖。接著,我們細微地規律更改下方單擺擺長,觀察振源與單擺頻差對飽和振幅的影響,加以作圖分析以觀察此現象的頻寬與趨勢。

裏海怪物之謎-地面效應

本實驗係架設風洞製造穩氣流,將平板和機翼模型置於風洞前,改變其攻角,並調整移動地面來觀察兩模型在風扇開啟前後於電子秤所顯示出的數值變化,再算出所受升力,以探討「地面效應(Ground effect)」發生的高度,並且和無地面效應時之升力比較。 實驗發現,在靠近地面時,機翼及平板模型升力皆增大,平板及機翼模型發生地面效應的高度相近,而且在機翼攻角愈小,愈接近地面時,相對升力就愈大。 另一方面,實驗結果也表明:在地面效應發生的情況下,平板模型所受升力,會超過無地面效應時的機翼模型,顯示出地面效應驚人的效果,未來若能應用於日常的交通工具上,便可提高能源使用的效益,而達到節能的目的。

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