物理科

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。

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。

利用簡單的裝置，觀察液體在流出容器邊界時其流動的狀態，並討論其狀態和流速、容器邊界之間的關係。

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。

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：

(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。

在科學園遊會上，看到人個名為「灌籃高手」的攤位，放了十來種的瓶蓋，玩法是看誰能將瓶蓋準確投入水中的圈內。我們不由自主地被這種遊戲吸引住了，也試著丟丟看。這時，奇特的事情發生了：有些瓶蓋會沉，有些會浮，有些到中途會搖晃，最感到驚訝的，莫過於是一個原來會順轉的瓶蓋到底部卻逆轉。驚奇的心情下，促使我們對瓶蓋反轉的原因展開研究。

有一天上自然課 \r 嘉佟：嘿！均惟，你看筷子在水中斷成兩截耶！ \r 均惟：本來就會了！連這個都大驚小怪。 \r 嘉佟：那水池中的魚不好抓！原因與「筷子」有關係嗎？ \r 均惟：一定是！就是老師剛才上課教的「折射」嘛！ \r 嘉佟：好！嗯??？？？那瓶中的硬幣不管在任何情況下都是站這麼遠才看不見的嗎？ \r 均惟：咦！這和「水深」有關嗎？咱們問老師！說不一定有什麼大發現！ \r 老師：如果你們對這個問題真有興趣，我們何不來研究，研究！ \r （於是我們便利用課餘的時間，展開一連串的探究與實驗。） \r \r \r

浩浩蒼蒼的大千世界中，除了人眼所及的巨觀事物外，存在微小尺度底下的世界，更令人嘆為觀止。而顯微鏡的發明，正可滿足人類對微小事物的好奇心。然而，顯微鏡只能受限單人操作及觀察，本研究小組製作一台輔助顯微鏡的投影機，以彌補上述之缺點。整個研究目的是製作一台顯微投影機，並藉由顯微鏡上不同倍率的物鏡及不同焦距之投射透鏡的互相搭配，以達到不同的放大效果。此外，更可利用透鏡的整體放大倍率，以及光屏上的影像大小，反推實際物體的大小。研究過程主要是測量物鏡的物距及像距〈p1、q1〉，以及投射透鏡之物距和像距〈p2、q2〉，且測量光屏上的影像大小，再依據薄透鏡公式及放大倍率公式求出欲得的物理量。研究結果的確能從光屏上見到顯微投影機投射出的清楚影像，且能精準量出影像之大小反求出實際物體大小。討論中對整個實驗中人為和儀器造成的誤差，以及實驗過程中其餘因素產生的誤差作一番探討。最後結論是針對顯微投影機未來的期許及本研究小組的實驗心得。

本研究探討高頻電磁場作用對單元細胞生命體作用的影響與電磁屏蔽環境的保護效能。實驗研究使用酵母菌和雄雞精子，施加 20KHz 至觀察電磁輻射對動物精子和菌類生命活動各有何影響。本實驗比較乾酵母菌粉與潮濕活化酵母菌受電磁作用狀態，以瞭解休眠狀態中的生物體對電磁波有沒有保護作用。進一步使用鐵磁性金屬與非鐵磁性非金屬物質，作成完全密閉及部分遮蔽容器，探討電磁屏蔽環境的保護效能。歸納實驗觀察結果得到：(一)受電磁場作用的潮濕活化酵母菌比沒有受電磁場作用的酵母菌，對葡萄糖溶液的發酵能力明顯減弱。(二)電磁場作用在乾酵母菌粉，對葡萄糖溶液的發酵能力有點變弱，但是並沒有明顯衰竭。(三)施加電磁場的雞精子生命活動力明顯地比沒有施加電磁場者還要弱。(四)施加較高頻率電磁場的雞精子生命活動力比施加較低頻率電磁場者易提早衰竭。於電磁屏蔽環境實驗結果歸納得到：(一)使用鐵磁性金屬完全密閉容器，能有部分電磁防護效能。(二) 鐵磁性金屬之部分遮蔽容器，會有些許電磁保護功能，但是並未十分有效。(三)非鐵磁非金屬之紙黏土物質作成完全密閉及部分遮蔽容器，則幾乎不具有電磁保護作用。上述結果近一步結論：(一)電磁波輻射對動物精子和菌類的生命活動力都有負面影響。(二)休眠狀態中的菌類生物對電磁輻射具有明顯的保護作用。(三)較高頻率的電磁場會對動物精子活動力造成較高的衰竭影響。(四)使用鐵磁性金屬作成完全密閉容器，才能有良好電磁作用防護效能，而作成部分遮蔽容器，則未具有完全保護作用。另外，本實驗還發現，電磁場作用對動物細胞造成生理機能的破壞，是隨著電磁場作用的時間漸漸累積而衰微，並不是突變式的破壞。這告訴我們在使用方便的無線通訊和高速電子運算的時候，除需避免長時間曝受高頻電磁場作用外，應該留意如何有效屏蔽或減少電磁場的作用。