物理科

台灣地震災害頻傳，為了為台灣防震技術盡一份心力，透過文獻與實驗模擬大樓的剛性結構搭配輔助軟性結構的設備來分析樓層遇到地震時在物理上的變化與影響，實驗分兩部份：一、建築剛性結構變化，二、輔助結構之差異。發現：一、不管施重重量、樓層平面大小，施重所在區域之力柱承重最重，斜對面最輕；二、當柱體高度、質量固定時，不同切面柱形的承重能力也不相同，柱體分佈結構與地震震動方向的交互作用是造成建築物倒塌的重要因素。三、力柱加裝彈簧座可以馬上減低振幅，而加裝阻尼器可以透過反作用力緩衝地震的強度。四、根據實驗結果我們建議：越高樓層面積越小、中間樓層加裝阻尼器、使用加裝彈簧座的正方形力柱，是良好的防震大樓結構。

記得在四年級下學期的自然課堂上，郭老師在「水的毛細現象」的單元中，教我們做了毛細現象的實驗：先用兩片載玻片夾住蓋玻片，再用橡皮筋綁好，然後插入紅墨水中。我們觀察發現：水會逐漸上升，到一定的高度才停下來；而且夾的蓋玻片越多，水上升的高度越低。這個實驗引發了我們高度的興趣及好奇：如果用各種紙類來做毛細現象，水會沿著紙一直往上爬嗎？還是會像玻璃的毛細現象一樣，停留在一定的高度呢？於是大夥兒決定開始動手作實驗。

我們知道，有許多方法，可用來測量空氣中的聲速，如在高中課程中，利用共鳴空氣柱便是一例。但我們仍想：是否還有其他方法，能更準確的測出不同氣體中的聲速，並能進一步測出液體中的聲速，於是我們展開了下列的實驗。

水滴靜止在桌面上時，不僅受到了重力、正向力、表面張力以及附著力，而其中附著力是高中課綱不曾深入探討過的，而我們也找不到和接觸面間位能有相關的理論，於是我們運用熱力學第二定律作為理論基礎，使用附著力能量型式的原創假設，並設計實驗來驗證。

本研究主要探討翟山坑道本身音場狀態，希望透過殘響分析找出翟山坑道作為音樂演奏會表演場地的條件優勢。透過比較坑道內不同位置、響度、頻率所測得的殘響數值後發現，不同樂器在不同坑道位置，會有不同的殘響表現。並且坑道內部結構為不規則形，不同位置具有不同的音場條件，越靠近內部位置，殘響數值越長。不同響度，在不同的位置殘響數值也不同。就頻率而言，外部位置，低頻的殘響數值較長；內部位置，則是高頻的殘響數值較長。整體而言，翟山坑道的音場效果，並不如預期中好，但就其天然條件(空間大、水道)而言，確實比一般坑道具有更佳的音場效果，再加上所擁有的戰地歷史脈絡，更增加其作為地區音樂表演場所的價值。

本實驗主要探討變頻的意義，利用廢棄風扇設計轉子和線圈互感實驗中發現轉子上渦電流存在的事實。台灣交流電的頻率為60Hz，故四極馬達極速為30rps在實驗中觀察到，本實驗觀察到轉速越大則線圈和轉子上渦電流互感值越大並導致線圈電流變小，進而降低線圈電流熱效應佔輸入電能比例。在分析轉子處消耗能量實驗中發現如果轉速越接近極速則磁力在轉子切線方向分力做功比例會減少，且大部分輸入電能轉變成渦電流熱能，線圈與轉子間的平均磁力和轉子切平面的方向夾角(θ值)會決定線圈熱效應及渦電流熱效應佔輸入電能比例，實驗中發現最佳轉速(最佳θ值)下運轉馬達會達到最佳能源效益比，實驗結果顯示本次實驗採用馬達在轉速約25(rps)時能源效益比最佳。

在學浮力章節裏，老師提到如果把一根長圓柱體形的蠟燭放在水中，蠟燭的中心對稱軸會與水平面平行；但若將蠟燭切成如鈕扣般的極短圓柱體，則置於水中時，其中心對稱軸會與水平面垂直。到底蠟燭短到何種程度，其軸才會與水平垂直？這個問題引起了我們的興趣與好奇，於是進行以下研究。(Exper iments in Physics P. 18)

高級餐廳用它來盛裝各色各式的飲料，是浪漫氣氛的催化劑；自然老師拿著它裝著高高低低不同水量，敲打出了琅噹悅耳的聲音。原來外表光鮮亮麗的它，轉眼間也可以是清脆悅耳的樂器；然而更神奇的是：電視節目裡特技表演的魔術師竟然可以徒手讓它“唱起歌來”。只是徒手摩擦高腳杯竟可以發出美妙的聲音來，到底真是魔術神奇？還是裡頭別有文章？於是我們決定讓長年站在家中櫃子裡裝飾用的各式高腳杯”活起來” ，展開一連串高腳杯魔術探險之旅，嘗試各種實驗找出摩擦高腳杯發聲的原理，以及改變各種條件來討論它所產生聲音的不同。並找出高腳杯的音階，好讓大家知道：透過這獨特的樂器演奏出的曲子可是聽來別有風味喔！

在實驗中，從動機想到，要用什麼方法來測量力的大小。由槓桿原理認識了支點、受力點、施力點等名詞。由翹翹板激發出三個想探討的實驗，自製一組實驗器材，進一步了解施力大小，施力臂、受力臂對實驗的影響。透過選擇合適的球、鎚子、自製圖尺，探討鎚子拉起角度、高度與球彈升高度的關係。經實驗後知道，球放在離支點愈遠、鐵鎚敲擊的力臂愈長，球彈升的高度愈高。鐵鎚敲擊點離支點愈遠，球彈升的高度愈高。在實驗過程中發現，放置實驗器材的地板材質也會影響球彈升的高度，木質地板最高，磨石子地次之，地毯最低。透過這些實驗我們知道：球彈得愈高，用力就愈大。當媽媽手舉得愈高，打的愈痛，長的竹竿比短的竹竿打得更痛。

曾看過沙漏中沙子有卡住的情形，這時我們通常要拍一拍沙漏才能使它繼續滑落；但水流過漏斗時卻毫無卡住的跡象，於是令我們想到流體對於流過的口徑，是否應有一定的比例，才不會有阻塞的現象？而在相對於流體顆粒的方面——材質，是否也有這樣影響流動的因素存在？\r 另外，工業上所用的水管常因堵塞而發生危險，所以工廠經常使用極大的水管，無疑地，愈大口徑愈不容易堵住，但使用大水管成本較高，因而我們想要知道能否找出既節省材料，又不會阻塞的情況。\r 在實驗當中，我們在流體的末端發現到類似彎月狀的形狀出現，我們對於「彎月形」的形狀做了如拋物線、雙曲線或凹折線等的假設；對此我們也嘗試找出：流體在各個界面條件之下，與所產生的「彎月形」幾何圖形性質（如拋物線、雙曲線的曲率大小或直線的斜率大小）之間是否有無線性關係存在。以上的假設，或許能讓我們更清楚的了解，「彎月形」的出現，與我們討論的開口大小、邊界性質是否也有互相影響的因素存在？\r