全國中小學科展

物理科

如何踢出夢想中的香蕉球

香蕉球是在空中飛行且路徑為弧線形狀的球,因路線似香蕉形狀而得名。本實驗由三位國小四年級熱愛足球的學生共同研究,找出踢出香蕉球的方法: 1. 踢出香蕉球的秘訣主要在於球的旋轉。香蕉球受馬格努斯效應影響,球旋轉越快,飛行 弧線會越明顯。 2. 擊球點離球心越近,轉速越小,球速越大;離球心越遠,轉速越大,球速越小。 3. 球速、轉速會影響球飛行軌跡。轉速越大,水平偏移距離越大。球速越小,偏移越厲害。 4. 擊球點與旋轉方向影響飛行的偏移方向。想讓球向左偏,就踢球心偏右下的位置;想讓球向右偏,就踢球心偏左下的位置。 5. 擊球點選擇球心偏右下,讓腳踝成L型、用腳內側摩擦球的邊緣,加強逆時針的旋轉力道,並適當揮動手臂,加強射門力量。

我的子彈會轉彎──物體在旋轉環境中的運動方向

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。

由化學反應速率的測定來看在溶液中運動速率的分配

在理化課本 18-2 的實驗方怯,只能測定在不同溫度下化學反應從開始到反應結束所需的時間,也就是只能測出全程化學反應的平均速率,但不能測出在反應過程中各期間的化學反應的瞬時速率,亦就是,在某一時間內到底有多少分子已發生了反應。 在做 18-2 實驗時,也往往發覺硫代硫酸鈉與鹽酸在反應開始和終結時,其反應的快慢似乎有點異常,因此設計適當的實驗方汰來測定反應過程中各期間的化學反應的速率。

表面張力的實作和探討

從小朋友愛吹肥皂水溶液泡泡來比賽誰吹的泡泡大,誰吹的泡泡久。其實吹出的泡泡是因為肥皂水的表面張力大小,使泡泡有大有小。除了吹泡泡可以比較液體的表面張力外,利用鋁環來拉高液體泡泡的高度,也是比較表面張力的方式,在研究中我做到了,很精準。 利用滴管吸取水溶液,在滴到1mL的量筒中,比比看,哪一種水溶液滴滿1mL量筒的滴數最多,滴數越多液體,表面張力越小。利用試管測量水滿時,再滴入水凸出的液高,也可以表現出表面張力,液面高度越大,表面張力越大,這種方法容易造成誤差。 我們利用連通管原理來測試試管或滴管的液高,比較表面張力的大小,再利用紅點瞄準鏡和實體顯微鏡來觀測就更準確了。

搏扶搖而直上--鞦韆之謎

要怎樣才可以使盪鞦韆越盪越高?本研究將單擺在擺盪過程以拉、放線的方式模擬人在盪鞦韆時重心的改變,發現在最低點時拉線將重心提高,最高點時放線讓重心放低,單擺可以越盪越高。分別測量在固定角度變化下:(1)不同擺長 (2)不同拉線長度 (3)不同初始角度。結果發現:(1)擺長越長,所需拉放線次數越多 (2)拉線長度越長,所需拉放線次數減少 (3)初始角度越大,所需拉放線次數越少。實驗裝置原以齒輪變速進行拉放線,因不夠精確,改採以馬達帶動長桿進行拉放線。同時用C++語言算出每次擺盪的角度,求出15°上升至30°所需的次數與實驗極為接近。最後將理論搭配實驗數值,以程式寫出盪鞦韆動畫,可清楚呈現正確的盪鞦韆方式。

玻璃風爆

颱風天時,許多人在玻璃上貼膠帶,想防止玻璃被風吹破。但在玻璃上貼膠帶是否能增加玻璃的抗壓性,且貼哪種字型、哪種材質的膠帶所產生的效果較佳,眾說紛紜,因此我們自製加壓箱,並藉由壓力計及空氣壓縮機等器材,測量不同情形下玻璃抗壓性的變化。我們發現玻璃是由中心附近向外輻射破裂,且貼膠帶後確實能增加玻璃抗壓性,當膠帶貼到玻璃中心或四邊,增強效果都不錯。彈性較佳的布紋封箱膠帶所造成的效果比透明、紙封箱膠帶好。將實驗數據與各級風壓進行比較,顯示就算玻璃不貼膠帶,也可抵擋台灣歷年來最強颱風所產生的風壓,更別說是玻璃貼上膠帶了。但以上結果只適用於我們實驗用的玻璃,當玻璃大小、厚度、材質等不同時,則結果需作調整。

蓋世魔球---瓶蓋棒球初探

本研究旨在研發製作可強化穩定氣流的風洞,以及可有效測量瓶蓋受力狀況和周圍氣流的測試架,並以此進行瓶蓋棒球研究。研究結果發現,長度比為整流段:壓縮段:實驗段=4:9:3的風洞,可明顯穩定和增強氣流。以小風扇結合LM393、Arduino組成的自製風速計可有效測出氣流速度。瓶蓋旋轉對其上升力、向左力及阻力會造成不同程度的影響。瓶蓋轉動方向向上,飛行路徑會向左偏。最後並根據康達效應、馬格努斯效應與實驗結果,推測出瓶蓋以不同旋轉方向及飛行速度所造成的飛行軌跡。

蜻蜓點水,漂洋過海

我們從自製水漂發射器,經由高速攝影機拍的片軌跡與運用kwon3D軟體探討影響水漂彈跳次數的因素,找出打水漂彈跳次數最多的方法。得到實驗結果如下:一、在同發射角度下,彈力越大,則第一次觸水距離越遠;但在同力道下發射角越大,則第一次觸水距離不定遠。二、使水漂功彈跳起的最佳入角度為12度,我們稱為「黃金角度」。三、水漂並不是直線運動,而有弧度的落且各觸水點的出水角皆大於入,且水漂每彈跳後的兩觸水點間距離會「變小」而高度差也。四、成功打起水漂的共同特點是從發射器出時,水漂不會在空中翻轉。而無法使水漂成功彈跳一次時,發現水面呈「束狀」分析其入角度均未符合,發現水面呈「束狀」分析其入角度均未符合10°~15°間。

光風車性質之相關研究

本研究是關於俗稱「光風車」的葉輪輻射計之一些基本性質,經過討論後,我們決定對其幾個可能變因做實驗測試,處理測量所得數據整理於下內文中,並做結論於末。關於實驗測量部份,我們探討使其轉動之主要原理,並討論其於相同環境下改變測試變因是否影響轉速,藉此研究其確實之影響變因,並探討是否能將其作為某些應用。

毛細管測量液體表面張力的研究

到醫院探看受傷同學,看到點滴注射,引起我們利用毛細管及細針頭測量液體表面張力的興趣。