物理科

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。

我們的研究發現，水滴聲這種特別的聲音，形成在於從撞擊水面起至水面平復的一連串的現象作造成的空氣壓力改變，以上一連串現象又與水滴的許多性質，如：動能、表面張力、黏滯係數……等有關。我們找出了水滴聲響度與滴落高度、表面張力、黏滯係數的關聯，也找出了滴落聲主要頻率與滴落所造成之凹陷寬度的關聯。我們還發現，水滴的滴落聲會受到承接容器形狀以及滴落時間間隔的影響。未來我們希望能建立更明確的數學關係，並發掘更多有趣的現象。

下雨是我們日常生活中常見的自然現象之一，尤其在台灣北部地區，從冬天持續到四、五月份的梅雨季，因此對北部的小朋友來說，下雨在他們的生活中佔有很重要的地位。本實驗就是要探討在下雨的過程中，物體移動的速度與物體受雨量之間的關係，以及降雨的方向﹝以下簡稱雨向﹞與受雨量的關係，我們發現當物體移動的速度越快時，物體所淋到的雨量確實比移動慢的物體要來的少，且當雨從前方或後方落下有角度時，角度越大物體所淋到的雨也越多，若是從側面時則物體所淋到的雨要比垂直落下時來的少。

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。

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。

利用水波槽與沉澱物模擬材質模擬潮間帶海底沙紋之存在，探究水面水波影響水波槽底 模擬材質的沉澱情形，發現起波器振幅越大、水深度越小水底紋路產生所需的時間越短，並 發現木屑與芝麻粉會受到水面駐波影響，沉澱會有集中在節線處的情形，而形成紋路。可推 論潮間帶的海底沙紋應與海浪有關。

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。

在四上自然科學「悶熄蠟燭」的實驗課後，我設計了如下的實驗：在形狀、容量大小均相同的甲、乙兩圓筒容器中，各放一燭心長短、火焰粗細均相同，唯長短不同的蠟燭，然後觀察他們的燃燒時間。實驗前我猜測甲容器必比乙容器燃燒時間短，因為甲容器之蠟燭長，所佔空間多，空氣就少，反之乙容器內的空氣就比較多了。可是，實驗結果卻相反。我覺得真奇怪！到底是什麼原因呢？難道是容器中蠟燭燃燒位置的不同所影響的嗎？這引起我的好奇，因此和幾位同學在老師的指導下進行研究。

國中理化第一冊第三章「聲音」中提到聲音的產生之影響變因以及共鳴的原理，其中對於裝水的玻璃管吹氣發出的聲音的高低與水量的多寡似乎是存在著水裝得越多聲音越高的關係。如此結果引起我們的興趣，進而對這些現象加以研究與探討。課程中提到聲音的音調與聲波的頻率有關，使我們想嘗試以較常見的音樂調音器來測量聲音的頻率。

當豔陽高照時，走在柏油路面上，觀察遠方柏油路面上的人、車的景物，經常會因為空氣的折射，而晃動地十分厲害，就好像我們觀察火爐上方的影像一般。甚者，遠方的柏油路面偶爾會出現類似積水的現象，積水中甚至會出現人、車的倒影，但此時的柏油路面不僅沒有積水，更是熱得發燙。由於我們總是在炎熱的天氣中，看見柏油路面上的假積水現象及倒影，因此多數的人均認為，柏油路面上的假積水現象及倒影僅會出現於溫度高的白天。而主要的成因，是因為空氣層之間的溫差不同，使得遠處射向柏油路面的光，不斷地折射，在接近地面時發生全反射，而產生倒影。許多書本皆認為此現象和沙漠中幻影的成因相同，皆可稱為「海市蜃樓」。南一版的基礎物理課本寫道：「遠處物體所發出的光線，經過空氣層間的折射和底層的反射後，不是沿直線進入我們的眼睛，而是如圖中所示的曲線，使我們以為是從路面下的倒影所發出。」但我們觀察發現，地面與上層空氣的溫差，並非柏油路面上假積水現象及倒影出現的必要條件；反而和入射光的角度、路面的平坦程度及路面的性質有關。因此我們認為假積水現象及倒影主要的成因是「柏油路面的單向反射」而非「空氣的折射與全反射」。我們提出了粗糙面在入射光的入射角接近90度時，可發生單向反射的模型。在雲嘉區科展中，我們提出了兩個現象來說明假積水現象及倒影主要的成因是「柏油路面的單向反射」而非「空氣的折射與全反射」。一、在強風中（飛砂石亂走），假積水區及倒影仍存在。二、夜晚地面已和氣溫相同時，強光源亦可出現倒影等等。但評審老師認為，我們所持的僅是間接證據，況且，我們可能發現了柏油路面上產生倒影的另一個機制，但並不能駁斥在豔陽高照時，會因為折射和全反射造成倒影的可能性。我們在區賽後再接再厲，終以改變地面性質使積水現象消失，駁斥「因為折射和全反射造成柏油路面假積水現象和倒影」的傳統論述。揭穿了這個「國王的海市蜃樓」。