全國中小學科展

物理科

聲學的研究

聲音是屬於聽覺,聽得到而看不見,教師在教學上往往只能做定性的實驗,定量的實驗較為困難,如何製成一具具有多用途的發聲體,利用這個發音體來從事聲音的各項實驗,使聲學不但可以做定性實驗,也能做定量的實驗,增進生學上的教學效果,提高學生學習的興趣。

再探討風、扇葉、力

上一屆(第23屆)科展我所做的研究,使我知通,要設計一個風車, 必須考慮轉速與力矩。因為輸出功率是轉速與力距的乘積 , 要使功率愈大則力矩與轉速須增加.而上一屆,我探討了葉片直徑與轉速及所生力矩的關係。但由於許多資料都沒提到葉片平面與風向的夾角對轉速的關係。因此 · 我希望進一步瞭解。葉片平面與風向間的夾角若改變,是否對轉速有影。想像中,這個角度應該是四十五度時空氣分子撞撃葉片所生推力最大,轉速也應最大。事實是不是如此呢?同時在這一年內我學會用電腦做很多事如畫星象分佈圖、計算數學等等,因此我也想設計程式來處理實驗所得的資料。

有趣又有用的尺

二年級上自然課的時候,老師曾經教我們做過幾個小實驗,可以比較哪一個磁鐵的磁力強,哪一個磁鐵的磁力弱。去年我把自己收集的磁鐵拿出來玩,同時比一比哪一個磁力強,發現用這幾個方法來比,並不一定準確,不知道是什麼原因?後來,在老師的鼓勵下,我開始用自己學過的科學方法進行研究。

感應電動機與渦流之實驗設計探討

(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。

「杞」幻之旅-探討黃杞翅果緩降落的飛行模式

黃杞翅果依左翅、中翅、右翅的比例分為四型。垂直方向的飛行模式可分為自由落體期,減速期和緩飛期,翅果先快速落下,接著翻轉減速並開始轉動,轉動後以接近等速的狀態落下。水平方向的飛行模式則以種子為中心轉動,翅果的角速度先增加,再減速下降,進入穩定狀態,以接近等角速度轉動。不同類型的翅果飛行模式略有差異,第一型(標準型)的翅果,飛行模式最為穩定,落下的速度小且飛行時間長,緩飛的效果最好。第二、三型左右翅長差異大,則飛行不穩,落下速度大而飛行時間短,第四型三翅近等長,最易轉動但飛行模式也較不穩定,落下速度比第一型大而飛行時間短。黃杞翅果的飄移距離小,並可承載6倍種子的重量,可作為空投飛行器的參考。

由粒子系統微觀氣體動力論

本實驗利用粒子系統的特性,創造出氣體粒子,任由它們在規定的容器中永不止息的運動,再由粒子數 n、粒子均方根速度 Vrms、粒子半徑 r、容器大小 R 等變數來微觀 Maxwell 的氣體動力論。研究結果如下: 一、在器壁完美無瑕能產生鏡面反射的理想容器中,粒子均勻分佈在容器內;在表面粗糙無法預測反彈角度的非理想容器中,粒子則集中在器壁附近。 二、粒子的平均速率可以下式表示: (理想容器與非理想容器相同) 三、無論是否為理想容器,無論粒子是否具有體積,粒子與器壁的碰撞頻率關係式都可以表示成,並預測當 n →∞ 時,理想容器之;而非理想容器之。 四、無論是否為理想容器,可導出粒子間碰撞頻率,並預測在 n →∞ 時,理想容器與非理想容器中。

「都卜勒效應」之探討

「都卜勒效應 」( Doppler effect)其意義為:當波源與觀察者有相對運動時,觀察者所測得之頻率會發生改變,而與原頻率不同。一般所討論的都卜勒效應,只限於一度空間之情況,那二度空間上的情況又是如何?

微物視觀-實用的顯微投影機

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。

利用水柱測量大氣壓力的另一種方法

以往利用水柱測量大氣壓力約需 10 公尺左右的高度,我們適當利用密閉容器內的壓力,將水柱高度降至 1 公尺左右,所用的器材體積不大,價格便宜;而所要的水量只要50 毫升以下。

ㄙㄨㄟˊ探討液體沿著固體表面流下來之現象

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。