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物理科

聲子晶體內部聲波強弱分佈的研究

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。

一躍而起—非牛頓流體在簡諧運動下的跳躍現象

本研究探討非牛頓流體在簡諧運動下的跳躍現象,以玉米粉水溶液進行實驗。我們依序探討何種裝置能使流體跳躍、跳躍成因、影響流體跳躍的變因及如何應用理論解釋非牛頓流體的跳躍。研究結果發現,非牛頓流體跳躍是由於流體間產生垂直的剪力,而振動頻率、訊號產生器訊號振幅、流體深度等皆會影響其跳躍。我們以簡諧運動之理論解釋非牛頓流體的跳躍。在量化的實驗中,我們觀察到流體跳躍自至高點下降時為自由落體運動、流體跳躍明顯時與做規律激振的波形之相位差約為90度、共振頻率與流體深度平方根成反比,並發現這些觀察符合相關理論。

我要知道你是誰

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。

蚊香燃燒的研究

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。

亥姆霍茲旋轉木馬的秘密

在聲音與樂器單元中,老師播放亥姆霍茲旋轉木馬轉動的影片,引起我們的好奇心,因此我們對於影響亥姆霍茲木馬轉動的因素進行研究,實驗發現: 1.當聲音的頻率越接近腔體頻率,與腔體共振時,會產生往瓶底方向的推力;聲音響度越大,此推力越大,轉速則越快。 2.腔體容量越小或瓶口面積越大時,推力越大、轉速越快;改變腔體內氣體發現,共振時因氣體逸出腔體的速度不同,而影響腔體的轉動。 3.腔體與轉軸的距離越近或旋轉裝置越輕時,轉動慣量變小,而使轉速變快;其中推力大的沙士瓶搭配更輕的旋轉裝置,轉速可高達112圈/分。 最後我們發現磨砂機的噪音也能讓同頻率的腔體轉動,但推力比單一同頻率小,可見音色也會影響腔體的轉動。

蠟油的秘密

去年的暑假,有一次在颱風的夜裡,因為停電了,所以家裡點著蠟燭。正當我們吃著豐盛的晚餐時,忽然一陣強風吹進來,將蠟燭上的蠟油吹落在菜湯裡,這時蠟油馬上變成一朵花的形狀浮在場的上面,為什麼?讓我覺得很好奇,於是我就在開學的時候和同學去問老師這個問題,老師回答說:「因為表面張力的關係。」我還是不懂!結果我們就請老師指導我們做一連串有趣的實驗。

折射現象的進一步探討

(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?

會唱歌的空氣

國中理化第一冊第三章「聲音」中提到聲音的產生之影響變因以及共鳴的原理,其中對於裝水的玻璃管吹氣發出的聲音的高低與水量的多寡似乎是存在著水裝得越多聲音越高的關係。如此結果引起我們的興趣,進而對這些現象加以研究與探討。課程中提到聲音的音調與聲波的頻率有關,使我們想嘗試以較常見的音樂調音器來測量聲音的頻率。

「環」「環」相扣

本研究主要探討為何『旋風霹靂環』能一直旋轉的原因,我們仔細觀察旋風霹靂環的構造,發現由六個小環與一個大環所組成。研究中我們設計「小環發射器」來控制好實驗力道,利用紙粘土來「自製小環」來控制好實驗變因,使用自製測圈法來測量「旋轉圈數」,製作「木棍測摩擦力實驗儀」來測量小環內圈的摩擦力。實驗結果中我們發現重力、摩擦力與力矩是影響小環旋轉的主因。而造成小環旋轉快慢的因素有:小環的(內徑大小、內徑材質、重量)與大環的(材質、粗細)。影響小環下降速度的因素有:小環的(內徑大小、內徑材質、重量、形狀)與大環的(傾斜程度、材質、粗細)。

眼見不為憑

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。