物理科

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。

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。

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。

我們製造一個類似六方最密堆積的二維聲子晶體裝置，測量聲子晶體內部聲音強弱分佈情形。結果顯示出低穿透率頻率的聲波，在晶體內部會先行聚焦再朝特定方向傳播的現象。一個具有空腔的聲子晶體，聲波在空腔內可以形成駐波形式的強弱分佈，同時該頻率聲音的穿透率也相對的低了許多。

本實驗使用PPE板及橡膠圈來仿製X-Zylo飛行筒，藉由改變飛行筒的形狀和製作筒翼來了解陀螺儀原理在飛行筒中的作用。再改變飛行筒的構造，以增厚橡膠圈、加裝透明片、製作半內側半外側飛行筒等方式，來探討伯努力原理在飛行筒中的效果。實驗結果發現，陀螺儀原理可使飛行筒穩定旋轉，伯努力原理則在本實驗中看不出明顯效果，攻角有助於飛行筒產生向上的升力，使飛行得更遠。

前些日子，我溜冰時，不小心膝蓋擦破皮。媽教我拿急救箱的雙氧水先消毒，可是很不巧，箱內有兩瓶掉了標籤的藥水，使我一時無法分辨哪一瓶才是雙氧水。最近學校盛行感冒，我也「中獎了」了，喉嚨沙啞，會痛。媽媽吩咐我每天要定時吃藥，並用藥水漱口。結果，第一天，數口時覺得酸酸的；第二天數口後卻是鹹鹹的。媽媽說：「這是兩種不同的漱口水。」這使我覺得很奇怪，心想：這些外觀看起來很相似的水，為什麼卻是不一樣的東西呢？我到底要什麼方法來分辨它們呢？所以，利用課餘時間，我邀了幾位好朋友，請老師指導我們進行研究這個問題。於是一連串有趣的實驗展開了。

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。

研究雷射光在玻璃棒中的行進路徑，並探討雷射光通過玻璃棒時所產生的折射現象。結果發現:當水平雷射光入射垂直立於地面玻璃棒時，原先的雷射光點水平散開成「一」字狀，且玻璃棒越細，散開的一字越長，即散開的角度較大。當雷射光非垂直入射玻璃棒時(玻璃棒傾斜)，折射後的圖案是彎曲的，且玻璃棒越細或是傾斜角度越大，折射光彎的幅度就會越大。當雷射光通過不透光的細銅線或是透光的釣魚線時，投射出不一樣的干涉條紋，遵循不一樣的干涉模式。我們釐清此干涉條紋形成的原因，並找到消除干涉條紋的方法。

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。

與肥皂泡膜相關的科學現象與研究很多，本研究主要目的在探討影響肥皂膜波速的因素。實驗以振動產生器連接一光碟盒，在光碟盒上固定一圓形框，圓形框上附著一片圓形肥皂膜，由電腦軟體透過介面及功率放大器來驅動。為提高準確度，設計了二維游標尺裝置、橫向定位裝置來進行測量。並配合高速閃光燈進行仔細的觀察與紀錄。實驗結果發現波速會隨著頻率而變，得出了一個經驗公式v=62.5×f0.3，此關係不受膜的厚度、振幅、面積、成分比影響。且愈接近圓心處的波速愈快，而波腹的振幅也是愈接近圓心愈大。