物理
它抓得住我─自製光電計時器應用在單擺及速度測量模組
摘 要
上理化實驗課的時候常以馬錶作為計時的工具，但不同學生常有不同的測量結果。我們利用數位相機、簡單的電子元件與馬錶設計四種精確測量時間的感應裝置分別為同步攝影法、簧片感應、磁簧感應、光敏感應四組，其中以光敏感應組最為精確可以測到千分之一秒的反應時間。其他三種測量方式也各有優點：同步攝影法適合較低速的運動物體之時間測量，簧片及磁簧的感應方式簡易又精確。運用光敏感應測量自由落體的運動時間，發現亞里斯多德「重物先落下」的觀念應是在小於兩百公克重的自由落體實驗裡歸納出的結論，而伽利略「物體皆同時落下」的觀念應是在大於三百公克重的自由落體實驗裡歸納出的結論。光敏計時器的精確度可以應用在單擺擺動週期的測量，利用單擺的擺長與週期推算出地球的重力加速度g值，實驗中g值的變化受月亮位置的影響最大其次是海拔高度的變化。這些簡易卻又精密的測量裝置可以廣泛應用在理化課程的實驗中，以滑車實驗為例，利用此實驗裝置較傳統測量結果增加25倍的精確度。
化學
蛋求滲解─溶液之滲透壓與擴散作用探討之教學模組
摘 要
根據之前我們的研究發現，磁場會對溶液的滲透壓造成影響。本研究利用針筒、三方活栓及部分簡易的器材組成類似U型管的實驗裝置，進行溶液的滲透壓實驗，此裝置將原本耗時196小時才能觀察完成的測量縮短為49小時，大大的節省實驗時間，此外，類似U型管的設計較玻璃管的實驗裝置可以測得更精確的滲透壓值。在磁場的強度實驗中，600高斯到700高斯的磁場強度影響溶液滲透壓最為顯著，但在磁場強度2800高斯的時候，對滲透壓會有負向的影響。從磁場對不同糖類的影響實驗發現，磁場依序對於蔗糖、葡萄糖、糖精有正向的影響，但對於果糖有負向的影響，其中磁場的存在會讓2M蔗糖的滲透壓由5.3公分增加為11公分，增加約1倍，最為顯著。磁場對蔗糖水溶液特別的影響致使我們討論生活中常飲用的飲料是否也具受磁場影響的特殊性質，實驗結果得到各類溶液無磁場時的滲透壓大小依序為感冒糖漿、綠茶、高粱酒、舒跑、紅茶、卡打車與米酒，而在磁場存在下各溶液受磁場影響的改變大小依序為：紅茶、卡打車、綠茶、感冒糖漿、米酒、高粱酒、舒跑。這中間的差異我們推斷是因溶液的活性係數大而使磁場對其滲透壓的影響較大，這現象可由不同濃度的蔗糖、氯化鈣水溶液實驗印證。磁場能影響高活性係數溶液的滲透壓外，對不同半透膜也有不同程度的影響，以對生物膜的影響較大，故是否可以應用在相關的醫療保健，特別是長期洗腎的病患，值得再進一步的探討。
應用科學
水管發電機─以硬碟製作發電機應用在水管之教學模組
摘 要
校外教學後，「水管發電機」的雛型在我們腦海裡浮現，使每個家庭都能輕易裝設，利用洗手、洗澡甚至是沖馬桶等簡單且必要的動作產生的少許能量，產生電力，因此我們進行一連串的實驗，來實踐我們的想法。首先在裝置的部分，我們共探討了扇葉、馬達、裝置型式這三種因素對發電功率的影響，在實驗過程中，我們發現，由於自製扇葉在剪裁時無法完全對稱加上水壓不穩定，導致扇葉受力不平均無法有最好的發電效果，為了測試不同扇葉在穩定流體下完全運轉的情況，我們決定以黏滯性較低的風模擬穩定流體，探討水管發電機扇葉設計和產生之電功率大小的關係，結果發現，衝擊扇葉側面時，四片讀寫碟自製扇葉產生功率最低，我們推測是因葉片間的間距太大導致的;在七種葉片中，只有電腦散熱風扇以水做流體的發電功率比風高，我們推論是因為散熱風扇由工廠製作，不會有受力不平均的問題，這也表示，我們自製的五種扇葉以機械製作，會有更好的發電效率;比較發電效率最高的八片讀寫碟自製扇葉和發電效率最低的十六片讀寫碟自製扇葉，發現兩者最大的差異為葉片的受力面積，因此推論受力面積越大越能帶動馬達旋轉發電;八片讀寫碟自製扇葉為效果最好之扇葉，因此我們選擇以此扇葉做接下來的實驗。在以風力模擬水管發電機實際裝設於水管中扇葉轉動狀況中，我們發現，由於水管將流體侷限於管內，加大且集中了風力，因此由正面衝擊扇葉的發電效果較側面衝擊好。在以廢棄硬碟中的馬達組成水管發電機的探討中，硬碟馬達共有三或四個電力輸出接頭，我們利用LED是否發亮作為判斷接頭是否為電力輸出口的依據，找出這些接頭中的電力輸出口;我們發現，生產日期越晚的硬碟，其電力回收率越低，我們推測是因為硬碟的電力輸入功率越來越小，但相對輸出的功率也會變小的緣故;將硬碟馬達中回收率最高的馬達與太陽能比較，硬碟Seagate ST 310232A的回收率為60%高於太陽能的23%，且製造水管發電機並不像製造太陽能光電板，需要消耗許多資源及能量，因此，水管發電機不失為一個可代替太陽能發電的再生能源發電裝置。設計不同型式的水管發電機裝置實驗中，水滴式裝置效果較寶特瓶式好，因此我們的實驗皆使用水滴式作為裝置的型式。由位能經發電機產生電能的轉化率與效率的探討，我們利用Excel繪製趨勢圖並算出高度(公尺)和電功率大小的關係式為mW= 1.51m + 0.43，也就是發電機距離水塔越遠，發出的電功率越大，如果將發電機裝於101大樓的一樓，就能發出767.51Mw的電力。以水管發電機代替現有的非再生能源，可以減少許多污染及生態破壞，以火力發電為例，使用現有的發電設備裝設於每一個家庭，一年便可以減少1996780.7噸的煤炭消耗量;當全台灣每個家庭都裝設水管發電機時，一年就可以供應28人一年的用電量，另外台灣一年的用水量所發出的電，可以再處理16827公升的污水回來使用。
