物理科

在二年級時，老師教我們做小話筒，請我們自備棉線和紙杯，我想，醫生的聽筒是管子做成的，所以我問老師能不能用管子做成小話筒，老師叫我們試試看，而引起了我們的好奇心，就收集了各種線、管子和紙杯做小話筒。

研究機翼呈平板狀態的飛機，發現重心位置的選取，會造成空氣阻力對飛機重心力矩量值改變。若固定飛行速度、發射仰角、飛機質量與形狀，則力矩的大小將左右飛行的狀態。經過實驗試飛可知，改變飛機重心位置會造成飛行軌跡呈現穩定與不穩定兩種情況，探究其原因發現與力矩有關。藉由風洞實驗實際量測空氣阻力對於飛機重心所造成的力矩大小，發現空氣阻力對重心所施力矩最小的時候，具有兩大特性：1.此時恰好為飛行軌跡穩定與不穩定的臨界點2.此時的飛行距離最大。這兩件結果可以利用空氣阻力對於重心之力矩大小與方向加以解釋。最後探討機翼形狀改變對飛行的影響，發現在相同質量、發射仰角、發射速度下，矩形機翼飛行距離較三角形機翼遠，此一現象可以比較兩者在不同仰角下的力矩值去解釋。

(一)其中一個實驗是：由交流電 110V 產生的磁場效應，若將金屬板置於該磁場中，該金屬板即能產生旋轉，老師敘明這是感應電動機，也是目前我們電錶內有一個金屬轉盤（阿拉哥盤）即使用這個原理，由於金屬盤內產生的感應電流（渦流）而導致轉動。 (二)物理老師談到「渦流」和「渦流力」這物理名詞太抽象，老師也介紹了幾木書讓我們參閱，但書上所談的實在很有限，最多只談到金屬盤內產生「渦流」，所說明也僅限於金屬盤會轉動，於是自行實驗設計，展開了一連串「渦流力」的研究探討。

在學校玩水槍時，大家喜歡坐在遊戲器材的旋轉椅上，一面旋轉時，一面發射水槍。後來發現在旋轉時，發射出的水柱有時會轉彎，而且有時轉彎的方向不一樣。是什麼原因產生這種現象呢？和旋轉有關嗎？我們和老師討論後，找到了相關資料才了解：原來這屬於地球科學及物理學裡的「科氏效應」現象。為了對這種現象有更具體認識，我們作了以下的研究。

有一天，老師介紹他小時候的童玩遊戲，其中有一項是這樣玩的──在木頭上釘上二根鐵釘，將鐵釘套上一條像皮筋，在橡皮筋上靠鐵釘的位置各放一截刺莧的花穗，比賽的二人各拿一塊石頭在兩端的鐵釘上摩擦，這時在橡皮筋上的刺莧花穗就會往前進，並在途中相遇，若能將對方逼退或擠落就算勝利。 同學們覺得這個遊戲很有趣，因此，下課就不停的玩，當然我也不例外，但除了好玩之外，我內心卻存有很多疑問：為什麼我有時輸，有時卻又贏呢？為什麼摩擦鐵釘，而刺莧花穗會前進呢？還有為什麼只用刺莧花穗？難道不能用其他東西代替嗎？又為什麼要用橡皮筋而不用其他的線呢？……。 於是，我去請教老師，就在老師的指導下， 做了這項探究。

一、我們的突破： 將過去僅以文字陳述「悶熄蠟燭後，空氣熱脹冷縮為水位上升的決定性因素」數據化，即是個別模擬蠟燭燃燒的兩種現象(空氣加熱與空氣組成成份改變)。實驗結果(如下圖)發現，前者對水位上升的影響力達88.63%且氧氣熱漲冷縮的程度約氮氣的2.07倍，後者對水位上升的影響力達9.71%，再依據實驗結果提出創新的水位-溫度直尺圖(自製空氣、氮氣與氧氣溫標)、立體圓形圖與各氣體溫度下降曲線來闡述對水位爬升影響的具體數據來。二、我們的創新：

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。

電磁爐如何將水煮開、食物煮熟？其工作原理我們認為應該有三種：電流磁效應、電磁感應、電流熱效應。即電磁爐外接電源使爐內的線圈板產生磁場，再由磁場的變化使爐面的加熱容器產生感應電流，又因加熱容器材質的電阻而產生熱量。設計三大部分實驗：測試電磁爐內的線圈板產生磁效應的強弱，並以家用單芯電線繞製線圈，探討爐內線圈板磁場的變化，造成繞製線圈產生感應電壓大小的變因。進而設計各種形式的線圈，測其感應電壓的值，配合電路原理，焊接串聯、並聯小燈座，裝置適當功率的小燈泡，觀察其趣味性的變化。最後再以不同形狀、大小的鐵片，代表加熱容器的底部與四周，探究容器產生感應電流（渦電流）的現象。本實驗設計希望能統合國中理化「電與磁」的相關內容，作為輔助學習的教材，使學習更具趣味性、更有效果。

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。