全國中小學科展

物理科

深不可測嗎?

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

拒絕噪音

在建國南北路高架橋的兩旁有一整排的隔音板,另外,在高速公路旁也曾經看見了弧形板狀的束西,我想也是隔音板的一種,但是它們的形狀一點也不相同,也曾經在爸爸的公司看到辦公室的天花板上有許多的圓洞。爸爸說,它具有消音的作用,有許多種不同形式的隔音板或消音板子,到底有什麼不同,我很好奇!所以做了以下的實驗!

為什麼要「摺」飛機

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。

水震盪

從浮體振盪週期的探討,聯想到震盪中裝水容器及大陸地區的湖震,這些的現象都是有週期性的且水面在震盪過程中呈現的是一種駐波現象。水的震動週期究竟與何種變因有關,呈何種關係?本研究的 第一步 利用質心觀念,推導出水在容器中震盪的週期公式,如下 第二步 設計實驗應證推導出的理論是否正確。在應證中最主要是應證公式中有關的變因是否正確,包括有(1)容器長度與水震盪週期的關係。(2)水在容器的深度與水震盪週期的關係。我們應證的結果: (1) 改變容器的長度,繪圖分析確實呈線性關係,若能將誤差考慮則應可說是成正比關係,經由斜率的計算,確知水震盪的週期與長度成正比。 (2) 改變容器內的水深,繪圖分析呈線性關係,經由分析確知水震盪的週期與水深的平方根成反比。由此兩種變因確知與公式是相同的。 我們又發現水在一開始受到人為外力震動,當人為外力消失時,水還有受到重力的因數,仍繼續震盪。且知水的振動只發生在一定深度,故我們稱此種來回震盪的駐波為淺水重力波。至於嘗試改變容器的形狀中的圓形容器,在我們小範圍的研究中,無法確定關係如何。其中改變容器的形狀時發現正方形的面積與週期有高相關,但無法確定有正比的關係。 第三步 嘗試探討容器形狀的影響。經由形狀的探討,知形狀有相當程度的影響,但是成何種關係,以我們的實驗,祇知有高相關。我們引進一個未知數k,則整個水震盪公式可改為 k 是其它影響因素,如容器的形狀,都會影響。

振翅飛翔.御風而行-探究鳥兒「振翅」動作造成的各種現象

本研究經過數十次不斷改良終於研發出能模擬鳥類振翅以及符應實驗需求的「撲翅機」來進行探究,發現撲翅機翅膀下拍時,翅膀每個截面上所產生的空氣作用力會同時在前進方向產生推力及在重力反方向產生升力,也成功藉由量測及推算,量化撲翅機在不同振翅速度下的推進力及升力值。 我們還利用自創的「水平推力/垂直升力檢測儀」,以「重量」形式呈現其數值,透過計算「升阻比」可精確得知撲翅機『翼尖後方』是後面隨行同伴飛行的好位置! 最後藉由「煙霧製造機」親眼看見撲翅機兩翼之翼尖後方產生垂直、方向相反的渦流,再次驗證後方隨行的鳥兒不僅會避開前方同伴的下沉氣流區,還會乘著翼尖後方的上升氣流前進,以獲得額外的升力呢!

冷熱交流─窗窗有玄機

熾熱的夏日,往往人們都會開開窗戶保持空氣的流通;寒冷的冬天,人們也都打開窗戶。但是,為什麼冷天也要開窗,熱天也要開窗呢?到底要怎樣開窗才能調節室內的氣溫,讓人體達到最舒適的狀態?又是什麼原因影響它呢?這正是我們探究的主題。

黑色真的比紅色保暖嗎?

寒流來了天氣很冷。一個星期日的下午,我們全家上百貨公司買衣服哥哥看中一件黑色的夾克,姊姊認為黑色衣服死氣沈沈難看 · 哥哥說黑色衣服最保暖,冬天該穿黑色衣服 · 姊姊卻說紅色衣服才最保暖。兩人爭論不休。我不由得發生一個疑間「紅、黑兩種顯色到底那一種比較保暖?」第二天決定請老師指導並請幾位同學來共同研究。

向左飄,向右飄

物體在靜止流體中的運動看似雜亂無章,但其中應該存在著某些規律,於是我們選擇中心有孔的鐵片(以下簡稱鐵片)為研究的主體,改變鐵片的內徑,在水中以不同初始角度釋放(以下簡稱初始角度),觀察分析出不同情況下鐵片在水中的運動情形,發現鐵片與水平面之夾角為一反阻尼角簡諧振盪運動,且鐵片在z軸的運動、距z軸之距、整段下降時間、在水平面上的來回運動……等都存在著許多關係。最後再利用自製風洞實驗驗證關於流線的推論。

迷踨蝴蝶球之謎

棒球投手不但要會投快速直球,還要懂得變化球,藉以擾亂打擊手,掌控球局守勢,其中有一種讓球迷津津樂道、偏偏又令人不解的彈指球,以近乎不旋轉投出,竟得飄忽行徑,美譽蝴蝶球,本研究試以實驗解謎之。

水問

一、藉各種因素來調整水流穩定度,諸如:水量大小、水的流速、加上密緻度不同的濾網……等,並探討各種因素與其的正向關係,以達到控制穩流的效果,採用水流斷點長度作為穩定與否的依據,且深究因素對穩流作用的原因二、主要探討不同濾網孔徑與密度對穩定水流的影響。