全國中小學科展

物理科

繩波急先鋒-抓住速度

我們歸納了繩波波速的經驗公式和理論公式做一的對照。以簡易版的光電計時系統設計出兩種測量繩波波速的方法。第一種:固定繩線兩端點,測量它的振動頻率計算出波速。第二種:以固定的繩波傳遞距離除以測到的繩波傳遞時間而得到波速。這兩種測量方法對一條粗細均勻的繩子或不同粗細串接在一起的組合繩線,測量結果都非常吻合。若繩子只是粗細有變化,可以用固定繩的振動頻率求得波速,也可以由粗繩細繩分別測得的頻率去計算組合繩的頻率以求得波速,這是很方便的做法。但是根據我們的檢驗,繩上黏附物體的繩子不能這樣簡化處理,第一種方法有明顯的錯誤,只能靠第二種測量法這種硬功夫。

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。

拱橋

某日我看到學校旁邊的高架橋之時,忽然想起了中國古代的拱橋,想到古代的科技並不是很好,而其所能承載的重量卻也不見得比現在的橋差,所以我開始想到一橋的型狀是否會影響到它所能支撐的最大力量?如果不會的話,那中國的老祖先又為何要把橋做成彎曲的型狀呢?那如果會的話,它的曲率半徑和它所能支撐的最大力量之間又有什麼樣關係呢?所以我開始進行這個實驗。

Velocity V.S Sticky—探討速度和黏滯性的關係

生活中會使用各式各樣不同的黏滯性的液體。黏滯性不同,造成物體掉落時的阻力也不同。本研究利用自製斜坡和自由落體模擬器裝置產生不同的初速,使鋼珠滾入和垂直掉入裝載不同黏滯性液體的量筒中,探究其阻力與黏滯係數變化差異。實驗結果顯示,膠水黏滯性最大,鋼珠進入膠水過程中速度變化量亦最大,而不同溫度的水,對鋼珠在滾動時並無顯著影響,而當鋼珠滾動進入液體中時,帶動不同黏滯性液體運動,使得其阻力產生振盪的有趣現象, 且其黏滯係數在球產生滾動時,呈現震盪變化。而當球自由落下時,球不滾動,黏滯係數將維持較穩定的數值。

光之尺:解開金屬膨脹的秘密

使用馬赫‧曾特爾干涉儀,它可以利用光波微小波長(可見光400 ~ 700奈米,1奈米 = 1nm = 10-9 m)的特性,來進行微小的長度變化的測量。在干涉圖形中每一個環或圈數的變化都是一個光波長λ,透過觀察圈束的變化ΔN,算出真正金屬所膨脹的厚度。最後,利用熱學中的長度增加量ΔL=L0×α×Δt,得到我們要的:金屬的熱膨脹係數α。

船過水「留」痕─船尾波的成因探討

船舶行經海面、運動選手游過泳池時,總會在移動中散發出幾道狀似翼形的波動。 這種波在學術上被稱為「開爾文船波(Kelvin Wake)」,英文上可簡稱為wake。對於wake至今已有不少相關研究成果,但是就我們所查詢到的資料中很少有文獻是針對尺度較小的船尾波做探討的。於是我們自製簡易器材模擬低尺度下環境(低船速、低水位、觀察範圍小)的物體在水面移動產生wake的型態,再使用相機拍攝後以Tracker、GeoGebra程式測量速度及分析波紋細節,並以GeoGebra將理論的結果圖形化,和實驗照片進行比較。我們發現低尺度下的wake和Kelvin的大尺度模型有所不同,因此我們將Kelvin模型修正後提出新的「波峰直線Kelvin理論」來解釋wake在低尺度下的型態,並由修正的過程中來探尋wake的波動來源。

水的側壓研究

國中物理第二冊第廿七頁中,介紹液體壓力時,證明液體側壓會使筒壁上的孔噴水,水噴出的遠近,可表示壓力的大小,但實際實驗時,似有矛盾,故而設計本實驗。

用雷射光捕捉聲音的振動及研究

(一)在學校學習聲波時,做實驗只能聽見音叉的聲音,而看不見聲音的振動波形,而且在聲波的干涉現象提到:若兩相近頰率振動會出現干涉波的振幅呈週期性的變化,這就是所謂的節拍,經老師解說:這些聲音的波形可藉示波器將其轉變為電流訊號展現其波形,還是不懂(因示波器詳細結構我們無怯深入了解)。 (二)試想若能將聲音的振動變成能可看見的光,那不是可以更讓我們容易了解聲波嗎?

螺管線圈軸心方向磁場的探討

小學時做過一個實驗,把漆包線繞在鐵釘外成螺旋狀,若通以直流電,則螺內會產生一個磁場,把原先沒有磁性的鐵釘變成一個小磁鐵。像這樣通以直流電,便得以產生磁場的螺管線圈,我們很感興趣,因此想設計一個實驗,來探究那些因素會影響螺管線圈的磁場大小。

看聲波的新方法及其研究

在學校裡做聲波實驗的時候,只聽見聲音,而看不見聲波,俗語說:百聞不如一見,我想如果能用看的來配合聽的更能使得我們容易瞭解聲波。