物理科

上自然課「時間的主人」單元時，同學正在做單擺的實驗，小雯舉手發問：「老師，除了單擺的長度外，還有沒有其他的影響因素呢？」阿青馬上接著回答：「有啊！吊著的重量應該也會影響吧！」「阿青，在還不知道答案前就下結論是很危險的喔！」老師提醒著阿青。正因為老師的這句話，班上同學紛紛開始七嘴八舌的討論起來了。於是，小雯就提議讓同學把想到的可能因素來做實驗，「因為，只要做實驗，就能夠把答案揭曉。」，正因為小雯的提議，小雯、阿青及其他同學就決定利用寒假期間，回到學校，把影響單擺擺動次數的秘密揭開。

(一)在畢業旅行途中，大夥正觀賞將西下的夕陽，發現竟成橢圓形，這與筷子在水中看起來折斷，錢幣在水中浮升是否有關呢？ (二)有位同學常去游泳，他說在水中不易看清楚，另一患近視之同學卻說他在水中反而看得清楚，這倒底是怎麼一回事？

有一天，看見老師的兩歲大兒子在玩扭扭車，扭扭車結構簡單無須電力、馬達，即可前進、後退、原地轉彎，是很普通的玩具。後來發現兩歲大的幼兒用小小的力量，可以搭載65 ㎏的老師，不斷扭來扭去做「之」字型的前進，真是太神奇了！使我們想了解：扭扭車的前進（後退）原理（Fig.01）。

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。

著名的法拉第定律給我們一個值得研究的現象，即感應電動勢來自於磁通量的切割速率，也就是這個理論，才有今日發電機的基本理論架構。但在日常生活中卻不容易發現這個現象，更別說要親眼看到感應電動勢，有鑑於此，也基於我們對馬達和直流發電機的興趣，想要對感應電動勢好好研究一番，於是和我的同學著手進行這一次的研究。

記得去年暑假，我們全家出遠門去玩了幾天。沒想到一回到家裡，陽台上的花，幾乎全部枯萎了，看到這種情景，真使我心疼。這時我便想有什麼方怯？能讓愛種花的人能安心的出遠門，而不讓花木因缺乏照料而枯萎。於是便找了幾位好友共同來研究這個題目。

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。

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。

隨著科技的進步，燈源的設計與發明也日新月異，但研究者發現，在太陽光底下及室內日光燈下拍出來的照片，「顏色的感覺」有些不同，因而展開燈源對色彩之影響的研究。研究觀察發現，物體經由各式各樣不同的燈源照射，而反射出來的顏色不一定是其原來真正的色彩，由於人類的視覺有適應能力，無法精準判別色彩的些微差異，所以本實驗利用數位相機（FUJIFILM S3 PRO 單眼數位相機）替代肉眼來分辨不同光源對色彩的影響，於改變光源照度大小或光源顏色或光源色溫來比較其演色性之差異，最後發現各種光源的色溫不同將造成物體反射光線之顏色演色性的差異。

老師在上國語課時，有提到鹿港天后宮與龍山寺，老師有說過這些古績建築不用一根釘子，而是利用木頭的凹凸角度，一個個卡上去的，而且還比用釘子釘的還堅固。這讓我想到有一年暑假，爸爸帶我到科學教育館時，在二樓的益智區的中國益智科學中有一個「六子連方」的遊戲。當時讓我百思不解，六根有缺口的木頭竟能巧妙的組成立體的十字結構，不僅神奇也讓我佩服中國老組先的智慧。因此，我為了想瞭解到卡榫結構的強度，便和爸爸：＊用陶土捏出一模一樣的卡榫，在利用負重實驗來測試在不同角度下，卡榫結構的強度。＊並根據負重實驗的結果，歸納出決定卡榫結構強度的原則。＊再利用所歸納出的原則重新設計一全新且結構更為堅固的卡榫結構來。＊最後利用工字結構來改善卡榫結構的重量與部分強度。我希望以科學的方法來改良、發揮老祖先的智慧結晶，並將這種成果發揚光大。不管是建築、家具還是臨時搭建的組合屋，都可以直接應用本實驗的結果。