全國中小學科展

物理科

渦流 Do Re Mi (渦流聲音現象的研究)

由於家住公寓大樓,樓上人家每晚夜班歸來,浴室放水聲,浙瀝嘩啦地在水管中作響。尤其在冬夜裡擾人的流水聲,真是令人輾轉難以成眠。這個暑假中有比較長的時間,我向姊姊請教,姊姊說這是流水在水管中摩擦的聲音,但我百思不解的是:摩擦聲是這樣的嗎?那管中的咕嚕、淅瀝聲是如何產生?於是我把洗手台裝滿水,再把活塞拔開,然後把耳朵貼近水管聽。返校後,向老師報告。於是展開研究。

紅外線的異想世界

我們所進行的研究,是利用最近相當盛行的紅外線攝影,來探索自然界中紅外線世界的科學原理和現象;透過特殊的紅外線濾鏡,搭配攝影機的CCD特殊功能,揭露有機世界、無機世界之間的紅外線特質,做為後續研究發展的基礎。 發現紅外線世界和我們熟悉的可見光多采多姿,最大的不同點就在於單純的量化,紅外線表現出來的只有能量的多寡-利用電腦圖像軟體Photoshop解析其中的色階強度,雖然在研究過程中感受到的是如圖片的黑白灰階,但呈現出來的科學現象卻遠比可見光世界來得精采;讓我們能以紅外線的量化數據,來嘗試解讀各種自然現象。 這整個實驗設計約可分為三大類,一是包含日月雲天體的探索,二是有機世界的表象,三則是人造與無機世界的紅外線特質。

奇妙的錯覺

有一天我逛百貨公司的時候,看見了一座濾水器模型,明明沒有水,卻好像有水的樣子。我覺得很好玩,媽媽說那是眼睛的錯覺。我很好奇,於是請老師指導我開始研究。

MyGod!水也有吸星大法!?

置蛋於杯中,水龍頭下沖,流速過啟動,蛋向水面衝「將蛋放入一盛滿水的杯子,並拿到水龍頭下沖,當水開得夠大時,蛋會上浮出水面,就像被水柱吸起來似的……」我們由「物理馬戲團 1」書中得知此現象後,深感興趣,將其命名曰「水的吸星大法」,並就啟動流速之變因,運動過程之力的消長,及產生此運動之原因做深入研究及探討;欲知詳情如何,請待下文分解……。

少量空氣也能改變自然現象

有一天,洗手台的水管阻塞了,楊伯伯拿一枝帶管的吸盤,在管口一上一下的吸著,當吸盤往上提的時候,只見管口的水往上冒,真奇妙,這到底是什麼力量?我們去請教老師。老師說這是應用空氣壓力原理做成的工具,我們很好奇,也很納悶:一個小小的吸盤,加上少量的空氣進出,怎麼可能產生這麼大的力量?一直到了看同學玩射箭,當我替同學從玻璃上取下帶吸盤的箭的那一刻,忽然感受到吸盤的確有一股不可忽視的吸力。但是為什麼擠掉一點點的空氣,就會有這麼大的變化,這就是我們要探討的問題。因此我們邀了幾位同學,在老師的輔導下,作了一連串的「玩一玩空氣」 的實驗。

利用電腦改進單擺實驗

在理化課本第二冊第十一章第一節內的 『 實驗 11 - 1 單擺的週期 』 ,當我們做此實驗時有如下的困惑: (一)擺錘擺動時,擺角會逐漸變小,此時每擺動一次的時間真的相同嗎? (二)由實驗知道擺長會影響單擺的週期,但不曉得兩者之間的真正關係。 (三)小角度時,擺角的大小與週期無關,那在大角度時是否也彼此無關。 (四)此實驗的誤差亦不小,有些變因對週期的影響並不容易看出來,因此想藉由電腦快速和精確的測量使各變因對週期的影響更明朗化。

『撞』亂了我的心-鐵磁性物質,磁分子的巨觀性質與聲速

本實驗以鐵磁性物質作為實驗材料,經由鐵球撞擊鐵棒的方式,以線圈纏繞在鐵棒上感測振波的行進,並探討線圈所捕捉的波形代表的意義;影響振波及訊號的變因很多,如鐵球撞擊鐵棒的速度、線圈的匝數與圈密度、鐵棒切口面角度、線圈擺放位置,我們均根據變因控制原則一一加以驗證,並證實線圈得到的訊號為聲波通過時的所產生的,鐵棒切口的角度確實會影響聲波的反射。本實驗最後以單一線圈在鐵棒中不同位置感測以及利用雙線圈在鐵棒的兩端感測,所得到的聲波速度約為 5217m/s,與標準值比較誤差約為 1.6%。由實驗中得到的感測波波形有奇怪的地方,如線圈在碰撞端時感測波形的第一個波電壓相對甚高,經驗證是由鐵球引起,假如鐵球換成非鐵磁性材料的物體,第一個波則無隆起現象。另外未碰撞時,線圈即可感測到一些零亂的訊號,可能是來自於背景電磁波訊號,假如可以消除,對於觀測會有很大的幫助。

偏振光調控銅化合物顏色的機制與探討

入射光的偏振態、線偏振角度及波長與銅化合物產生反射橢圓偏振光有關;位置分析點1398 ~ 點1455 之間銅化合物種類多,各位置分析點的 RGB光強度比例變化、橢圓長軸角度不同、橢圓短軸偏光透光率差異性,是造成銅化合物顏色變化及色彩的移動主因。位置分析點 1455,線偏振 + 45 度入射,析光片轉 85 度,紅光與藍光光強度比例會互換,銅化合物有類似互補色的顏色變化。位置分析點 1398 ,圓偏振光入射,紅光與藍光的橢圓長軸角度差 70 度,橢圓短軸偏光透光比例值相同,析光片轉 70 度,銅化合物會出現互補色。利用光強度方程式畫出模擬曲線圖與實驗反射光強度比例分布圖比較,若曲線符合,可證明設定的 E0y,輸入的E0x 、 δx 、 δy 等參數無誤,得出相位差 δ。

搖滾風火輪

公車,是現代人不可或缺的交通工具。當公車左右轉時,車內的乘客也跟著左右晃動;當公車行駛在凹凸路面時,車內的乘客也跟著上下晃動。透過對車重、坡度、路面的凹凸程度、前後輪距、車身長短、車輪多寡的各種實驗,我們得知在彎路時,坐在靠近後輪的地方較舒適;上下震動時,坐在車子的中間位置較佳。

音速小子 - 不同氣體及氣壓對於音速的影響

對於在理化課聽到的物質密度愈大,聲音傳播速度越快,溫度越高音速越快,公式v=331.5+0.6T是溫度對聲音的關係,提出了質疑,本作品利用在盒中裝設超音波感測器來驗證v=331.5+0.6T的準確性,以及在不同的氣體,不同氣壓下音速的改變,得出氣體平均分子量越大,聲音傳播的速度越慢的結果,而氣體中氣壓愈大,聲音傳播的速度就越快。