物理科

(一)弟弟在電視看到骨牌表演覺得很好玩！想再試試，正苦無材料時，書桌堆滿了一堆音樂、故事 … … 等錄音帶及光碟、磁碟的匣子，他們的形狀大小、體積重量看起來都差不多，是很好的骨牌材料。 (二)媽媽時常叮嚀我們聽完的錄音帶要放進錄音帶匣子，並且要按照種類、單元順序排列好，一方面不會佔用太多空問，一方面也可以節省取用時間，要我們到百貨公司看看有沒有收容這些束西的器具。

本研究源起於木片玩具 DIY 單元，小朋友用四片木片做了一艘船，卻只會在水中原地翻滾，大夥兒決定進一步改良這艘呆呆船，讓它不會翻滾且能直行。經實驗研究有以下發現：一、改良原始呆呆船翻轉情形：船身大小和螺旋槳的比例會影響船行走的情形。二、實驗 A 延伸探討：有以下發現：要做一艘快速且直行的船，就一定要裝馬達、方向舵、破水裝置，讓船行駛更順利。三、舉辦全校科學玩具船比賽，歸納出能讓玩具船直行因素。發現：船底光滑、使用馬達、重心置中、具有舵、圓頭是船直行重要因素。底面積較小的船，碰壁次數最少而且能夠直行的距離最長。四、改良呆呆船不同螺旋槳裝置位置及不同船身設計，探討對玩具船直行 影響。發現：水中螺旋槳組在水中行駛情形優於空氣螺旋槳組。此外，舵是影響直行的重要因素。船頭有保利龍球可減少水阻力，幫助直行。底面積較小的船，碰壁次數最少而且能夠直行的距離最長。船隻底部光滑程度會影響船行駛速度。

在全世界都期待公元 2000 年第一道曙光到來的時候，我們卻對地球的運轉產生了好奇。在人類生活的地球上，日復一日、年又一年，晨昏晝夜、春夏秋冬的演出，週而復始，從不間斷。從參考資料中，我們了解到這些現象乃是地球的自轉，同時又繞著太陽公轉所造成的；而且由於地球自轉的赤道面與公轉的黃道面有一固定夾角，使得地球在公轉軌道運行時，大陽輻射的能量直射在地球的緯度，將隨著軌道位置改變。在這種特殊的幾何關係下，地球有了四季、晝長夜短的變化，也有熱帶、亞熱帶、溫帶與寒帶的地理區分。我們不禁佩服幾百年前科學家的智慧，能透過天體與自然變化的觀察、思考，進而洞察出地球運行的奧秘。然而在佩服之餘，也引發我們的興趣，想去挖掘此種運行法則的背後所隱藏的一些物理。在本研究中，我們除了探討地球運行所引發的現象外，也從這些現象，反向思考，構思一些可能的應用。

利用喝完的汽水瓶及打氣筒等簡單儀器，取代用水銀做波以耳定律實驗的方式來測量氣壓的大小。液體因氣壓及液壓的推動使水噴出，由所學的水平拋射推得液體噴出速度，修正空氣阻力等因素後，以白努利方程式可以測量封閉式汽水瓶容器內部的氣體壓力。而我們依此種方式測得1大氣壓力約為9.2×104~1.25×105N/㎡，誤差約3.7%~23.4%，同時也証明真實氣體並非遵守波以耳定律。

在一次的聯課活動中（自然科學社），在物理實驗室後面的櫥櫃中放有許多音叉，有少數同學敲著音叉，浸入水中濺起水花，當時很多同學覺得新奇，紛紛問老師有關聲音的原理，其中我們印象最深刻的是：(一)聲音的產生是由於物體的振動。(二)聲音的高低是決定於振動頒率，像男人聲音低是聲帶振動頻率小，女人聲音較高是聲帶振動頻率較大，那時利用喇叭及示波器示範，當喇叭的聲音高時，示波器上出現的頻率也較大，但是我們仍不了解示波器如何顯示波形再測頻率的道理，於是我們幾個同學利用圖書館時間查書、討論，看看有沒有其他更簡明的方法，測出聲音頻率，同時找課餘時問，試著做這個實驗。

在理化課程第十三章的簡單機械這一單元中，學習到斜而省力的原理，並探討功一能定理。在課堂上，老師就此提出學長曾經研究的主題 ─「登坡的車子」─ 引發起我對這個實驗的研究動機與興趣，於是我在資優班的專題研究報告中，針對「登坡的車子」再行探討 ─ 為何能爬坡？爬坡的條件如何？爬坡的過程中重心偏移及動量變化情形又如何？針對系統而言是否遵循功 ─ 能定理？於是在老師的指導下，並查閱各相關書籍，做下列之理論及實驗的探討。

上完自然課磁鐵的單元之後，有幾個問題一直盤旋在腦海裡老師說"一塊磁鐵有南北兩極，兩塊磁鐵吸在一起之後還是只有兩極"。我覺得很奇怪，為什麼不是四極呢？如果仍然是兩極的話，那麼磁力是否互相抵銷了？或是增大了？怎樣才能比較出來呢？我自己試了幾次也找了幾位同學共同研究，都無法用數字表示出來，只好請教老師了。老師認為我們的問題很有趣，就提供我們幾種方法，由全班同學一起來做實驗。

波與波間干涉時，有相消性干涉與相長性干涉，當其為相長性干涉，就會將振幅加大，在高中物理教科書中學習到波的現象－波的傳播、波動函數、干涉、駐波等，但僅止於 1-dim 及 2-dim 之討論，且討論單純橫波及縱波現象，在此以一彈簧連接成一立方體模型來討論不同方式振動在 3-dim 空間中之波動現象，並以此延伸探討地震及海嘯諸多問題及研究。

在一個壓克力製的長方形盒中放入兩層濃度不同的食鹽水，將一隻尖端磨平的針頭水平置放在盒中，針頭出水口恰沒入上層濃度較小的食鹽水中，針頭以橡皮管和滴定管相連，滴定管灌滿染料水溶液，打開活栓瞬間，染料在食鹽水中形成漩渦偶極子，由漩渦偶極子移動距離隨時間的變化，可求得染料作用於食鹽水的慣性力。等位線與電場實驗的電場形成盤放入兩層濃度不同的食鹽水，用兩片平行金屬板做電極，在食鹽水面上放一磁鐵，磁鐵下方滴入數滴染料，食鹽水中的離子受電力、勞侖茲力及黏滯力作用亦形成漩渦偶極子，由漩渦偶極子移動的距離隨時間的變化可求得勞侖茲力。

好幾年前的夏天，我們全家駕車出去遊玩，豔陽高照，我在車內往外欣賞風景，忽然看見車子的前方路面上，好像有一灘水，但車子開過去後，水卻不見蹤影。回家後，我由學習文庫中，知道那是因為高密度的冷空氣和低密度的熱空氣在貼近地面處相接，由於不停的變化，光線折射的結果，使得地面看起來就像水面一樣，前方車子的影像有時也會折射到我的眼睛來。在沙漠或海面上，它常常造成海市蜃樓的產生。上了國中，我於書店的書架上，無意中翻閱到理化第三冊第十六章，裡面詳細描述了有關光的特性，在高中物理第三冊中，也有深入的原理說明，讓我更加深對光折射的了解。為了驗證這些書本上的理論，因此便構思如何在口常生活中，觀察到海市蜃樓的現象，並加以應用。於是在老師的協助下，進行這次研究。