金門地區第 61 屆中小學科學展覽會 作品說明書
類別：物理組 組別：國小組
作品名稱：聲音的旅行
關鍵詞：聲波
摘要
｢紙杯電話｣一直都是大家的兒時回憶，從抱著不確定是否能聽得到聲音的心 情，轉到聽見那聲音沿著綿線傳送至話筒的驚奇，那時候的驚訝心情，相信大家 都還記得，但聲音是如何從好幾公尺的距離傳送過來的呢?而不同的媒介與傳聲 筒材質是否會影響聲音的傳遞呢?。
在實驗中首先測試聲音於不同材質的傳聲筒及線材的傳遞情況，我們使用了 三種不同長度及材質的傳聲筒與五種不同的線材，為了讓實驗有更精準的測量，
我們使用分貝儀進行實驗，經過實際的實驗，我們發現結果如下:
一、 不同材質的杯子，會影響聲筒中的音量分貝及清晰度。
二、 不同種類的線材，會影響聲筒中的音量分貝及清晰度。
三、 在所有的實驗組合中，發現使用紙杯、釣魚線及杯子長度1
2時讓聲音最大聲，
也最完整，而使用壓克力杯或繩子使用塑膠繩或中國結線時，聲音傳遞效果 最差。
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目錄
壹、研究動機………P.1
貳、研究目的………P.2
参、研究設備與器材………P.2
肆、研究過程與結果………P.3
伍、討論………P.9
陸、結論………P.11
柒、參考資料………P.11
1
壹、 研究動機
手機是現在我們生活中常常使用的物品，甚至可以說是人手一機，但是其實 在更小的時候我們就曾經動手做過相似的玩具了，就是｢紙杯電話｣，但是當時做 紙杯電話的材料都是老師準備的，所以我們開始好奇如果自己準備不同的杯子或 不同的線，這樣通過紙杯電話聽到的效果會如何？
在我們生活中有不少杯子及線，例如：紙杯、塑膠杯、堅固的壓克力杯，縫 衣服用的縫衣線、漁夫使用的釣魚線、毛衣用的毛線等等，我們想利用這些杯子 及線製作出紙杯電話來進行研究，並規畫以下研究流程圖：
圖 1 研究流程圖 引起動機
•手機
•電話
意見討論
•搜集資料
•蒐集材料
實驗設計與 操作
•不同杯子材料
•不同的線繩
•紙杯不同長度
數據紀錄 與 研究分析
討論與結論
•撰寫報告
•製作海報
•練習發表
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貳、 研究目的
我們設計了三項實驗，希望透過實驗能夠觀察和理解聲音的傳遞：
一、不同杯子材質對聲音分貝數的影響。
二、不同線繩材質對聲音分貝數的影響。
三、杯子不同長度對聲音分貝數的影響。
參、 研究設備與器材
名稱 數量 備註 名稱 數量 備注
紙杯 14 個 圖 3.1 中國結線 1 捲 圖 3.8 塑膠杯 2 個 圖 3.2 分貝儀 1 台 圖 3.9 壓克力杯 2 個 圖 3.3 捲尺 1 個 圖 3.10
縫衣線 1 捲 圖 3.4 剪刀 2 把 圖 3.11 毛線 1 捲 圖 3.5 美工刀 2 支 圖 3.11 釣魚線 1 捲 圖 3.6 手機 1 台 圖 3.12 塑膠繩 1 捲 圖 3.7
圖 3-1 圖 3-2 圖 3-3 圖 3-4
圖 3-5 圖 3-6 圖 3-7 圖 3-8
圖 3-9 圖 3-10 圖 3-11 圖 3-12
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肆、 研究過程與結果
【實驗一】不同杯子材質對聲音分貝數的影響
控制變因：線的材質、線的長度(7 公尺)、音源位置、分貝儀位置 操作變因：杯子材質
為了觀察不同材質的杯子是否會影響聲音傳遞，我們討論可以用來做實驗的 杯子有哪些？從生活周遭開始思考日常中常見的杯子，我們選擇了以下三種材料 的杯子為實驗對象，紙杯、塑膠杯及壓克力杯，這些杯子除了平常隨處可見外，
再加上方便讓我們進行穿孔，所以選擇這三種杯子。
確認好材料後，接著就準備進行傳聲筒的製作，首先將杯子底部中間進行穿 孔，接著量取 7 公尺的縫衣線，將一端從杯子底部的孔穿入進杯子內部，接著綁 上綁上固定物，讓線的一端能固定留在杯子內部，線的另一端也照這個步驟進行，
就完成了傳聲筒。
圖 4-1-1 紙杯傳聲筒 圖 4-1-2 塑膠杯傳聲筒 圖 4-1-3 壓克力杯傳聲筒
圖 4-1-4 傳聲筒製作 圖 4-1-5 傳聲筒製作 圖 4-1-6 測量分貝
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在實驗之前，我們猜測壓克力杯做成的傳聲筒效果會較好，因為壓克力杯較 堅固，而塑膠杯的傳聲效果則會較差，因為材質較軟。
我們將製作好的傳聲筒不用手拿取而是固定於桌子上，並將桌子移至固定距 離，接著將音源放於一端傳聲筒的固定位置，分貝儀放於另一端傳聲筒的固定位 置，這樣就能減少人為拿取的誤差，接著將製作完成的每個傳聲筒都進行三次實 驗並取平均值為實驗數據。實驗後得到的數據如下表並繪製長條圖進行比較：
表 1 不同杯子材質對聲音大小影響之統計表 測量記錄
杯子材質 第一次 第二次 第三次 平均
紙杯 67.7 分貝 68.2 分貝 67.9 分貝 67.93 分貝 壓克力杯 63.2 分貝 62.6 分貝 63.7 分貝 63.16 分貝 塑膠杯 65.9 分貝 63.4 分貝 61 分貝 63.43 分貝
圖 4-1-7 不同杯子材質對聲音大小影響之長條圖
經過實驗後，我們發現實驗結果跟我們一開始的預測完全不一樣。壓克力杯 的傳聲效果不是最好，反而是最差的。有最好傳聲效果的是紙杯。
60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70
紙杯 壓克力杯 塑膠杯
測 得 聲 音( 分 貝)
杯子材質
第一次 第二次 第三次
5
根據我們的記錄和計算，分貝數由大到小排列所使用的杯子材質分別為：紙 杯(67.93 分貝)＞塑膠杯(63.43 分貝)＞壓克力杯(63.16 分貝)。
【實驗二】不同線繩材質對聲音分貝數的影響
控制變因：杯子材質、線的長度(7 公尺)、音源位置、分貝儀位置 操作便因：線的材質
除了觀察不同材質的杯子是否會影響聲音傳遞外，我們也想知道不同的繩線 材質，是否也會影響聲音傳遞的效果，於是接著我們進行實驗二，我們使用實驗 一中發現效果最好的紙杯，但改變線繩的材質，我們選擇生活中常會使用到的毛 線、釣魚線、塑膠繩、中國結繩與最基礎的縫衣線來實驗。
確認好材料後，接著就準備進行傳聲筒的製作，首先將杯子底部中間進行穿 孔，接著將五種不同的繩線量取七公尺後，將一端從杯子底部的孔穿入進杯子內 部，接著綁上綁上固定物，讓線的一端能固定留在杯子內部，線的另一端也照這 個步驟進行，就完成了五種不同的的傳聲筒。
圖 4-2-1 縫衣線傳聲筒 圖 4-2-2 釣魚線傳聲筒 圖 4-2-3 毛線傳聲筒
圖 4-2-4 中國結線傳聲筒 圖 4-2-5 塑膠繩傳聲筒 圖 4-2-6 測試中國 結繩杯收音效果
圖 4-2-7 剪裁釣魚線 圖 4-2-8測試毛線傳聲筒收音效果 圖 4-2-9 製作棉線傳聲筒
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製作完成後，依序將五種傳聲筒進行實驗，實驗後得到的數據如下表並繪製 長條圖進行比較：
表 2 不同線繩材質對聲音大小影響之統計表 測量記錄
線繩材質 第一次 第二次 第三次 平均
縫衣線 67.7 分貝 68.2 分貝 67.9 分貝 67.93 分貝 釣魚線 70.4 分貝 73.3 分貝 70.5 分貝 71.4 分貝
毛線 64.4 分貝 64.5 分貝 65.6 分貝 64.83 分貝 中國結繩 60.2 分貝 59.9 分貝 59.8 分貝 59.63 分貝 塑膠繩 59.4 分貝 60.3 分貝 59.5 分貝 59.73 分貝
圖 4-2-10 不同線繩材質對聲音大小影響之長條圖
這五種線繩材質所製作的傳聲筒其傳遞的分貝數由大到小分別是釣魚線 (71.4 分貝)＞縫衣線(67.93 分貝)＞毛線(64.83 分貝)＞塑膠繩(59.73 分貝)＞中國結 繩(59.63 分貝)。
55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 75
縫衣線 釣魚線 毛線 中國結繩 塑膠繩
測 得 聲 音( 分 貝)
線繩材質
第一次 第二次 第三次
7
【實驗三】不同傳聲筒長度對聲音分貝數的影響
控制變因：杯子材質、線的材質、線的長度(7 公尺)、音源位置、分貝儀位置 操作便因：傳聲筒長度
得到實驗一與實驗二的結果後，我們進行了第三項｢不同傳聲筒長度｣的實驗。
這次的傳聲筒統一使用最常見的市售小紙杯與七公尺縫衣線來進行實驗，並且將 傳聲筒長度裁切為比例 1、1
2 與 1
4三種長度。
首先將杯子剪裁比例為 1(未裁剪)、1
2 (裁剪一半)與 1
4(一半再一半)三種不同 長度後，將底部中間進行穿孔，接著將七公尺的縫衣線，沿著杯子底部的孔穿入 進杯子內部，再綁上固定物，讓線的一端能固定留在杯子內部，線的另一端也照 這個步驟進行，就完成了這次實驗所需要的三種傳聲筒。
圖 4-3-1 1
4紙杯傳聲筒 圖 4-3-2 1
2紙杯傳聲筒 圖 4-3-3 無剪裁傳聲筒
圖 4-3-4 測量杯子長度 圖 4-3-5 製作完的
1
2
紙杯 圖 4-3-6 製作1
4
紙杯8
製作完成後就進行實驗，實驗後得到的數據如下表並繪製長條圖進行比較：
表 3 不同傳聲筒長度對聲音大小影響之統計表 測量記錄
杯子長度比例 第一次 第二次 第三次 平均
1
4 67.5 分貝 68.6 分貝 67.1 分貝 67.73 分貝 1
2 69.6 分貝 69.7 分貝 69.8 分貝 69.7 分貝 1 67.7 分貝 68.2 分貝 67.9 分貝 67.93 分貝
圖 4-3-7 不同傳聲筒長度對聲音大小影響之長條圖
實驗後得到的數據讓我們非常驚奇，因為沒想到比例是1
2長度的傳聲筒測得 的音量是最大的，順序為：1
2(69.7 分貝)>1(67.93 分貝)> 1
4(67.73 分貝)。
60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70
1/4 1/2 1
測 得 聲 音( 分 貝)
杯子長度比例
第一次 第二次 第三次
9
伍、 討論
【實驗一】不同杯子材質對聲音分貝數的影響
(一) 材質不同的杯子在聲音傳到杯子時也會有不同的震動，所以聽到的音量也會 有不同，音量由大到小所使用的杯子材質分別為：紙杯(67.93 分貝)＞塑膠杯 (63.43 分貝)＞壓克力杯(63.16 分貝)。
(二) 我們推測壓克力杯由於材質較硬，因此在聲音經由線繩傳到壓克力杯時，不 容易使壓克力杯震動來傳遞聲音，所以測得的音量會最小。
(三) 塑膠杯則可能材質太軟，所以聲音的傳遞效果也不太好。
(四) 紙杯的聲音傳遞效果是這裡面最好的，因為紙杯不像壓克力杯那麼硬，也不 像塑膠杯那麼軟，所以在傳遞聲音時的表現最好。
【實驗二】不同線繩材質對聲音分貝數的影響
(一) 在傳聲筒實驗中除了杯子材質外，另一個影響聲音傳遞的重要部分就是連接 傳聲筒的線繩，當聲音從一端的傳聲筒要到達另一端的傳聲筒時，就需要經 過連接的線繩，因此在實驗二中音量由大到小所使用的線繩材質分別為：釣 魚線(71.4 分貝)＞縫衣線(67.93 分貝)＞毛線(64.83 分貝)＞塑膠繩(59.73 分貝)
＞中國結繩(59.63 分貝)。
(二) 釣魚線因為細而且彈力很好，所以聲音在經過時很容易使釣魚線震動，因此 聲音較容易傳過去，所以音量最大。
(三) 塑膠繩及中國結繩因為較粗而且彈力相對來說較差，所以聲音較不容易傳過 去，因此音量較小。
【實驗三】杯子不同長度對聲音分貝數的影響
(一) 使用杯子不同長度時音量由大到小的排列分別為1
2(69.7 分貝)>1(67.93 分 貝)> 1
4(67.73 分貝)。
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(二) 雖然使用比例為1
2長度的傳聲筒音量最大，但跟其他兩種比例的傳聲筒音量 並沒差太多，所以我們認為傳聲筒的長短對聲音的大小並沒有太大的影響。
【綜合討論】
甲、 最後我們將實驗中所得到的杯子材質、線繩材質與杯子長短使用最好的 實驗結果做成新的傳聲筒，並再進行音量大小的測試。
乙、 我們使用1
2長度的紙杯及釣魚線進行最後的測試得到的數據為：
測量記錄
傳聲筒 第一次 第二次 第三次 平均
1
2紙杯+釣魚線 72.5 分貝 72.8 分貝 71.1 分貝 72.13 分貝 測試得到的音量的確是我們得到的最大音量。
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陸、 結論
一、在實驗一中發現音量由大到小所使用的杯子材質分別為：紙杯(67.93 分貝)
＞塑膠杯(63.43 分貝)＞壓克力杯(63.16 分貝)，使用紙杯做成的傳聲筒測得的 音量最大。
二、在實驗二不同線繩材質對聲音分貝數的影響，音量由大到小所使用的線繩材 質分別為：釣魚線(71.4 分貝)＞縫衣線(67.93 分貝)＞毛線(64.83 分貝)＞塑膠 繩(59.73 分貝)＞中國結繩(59.63 分貝)，使用釣魚線做成的傳聲筒測得的音量 最大。
三、在實驗三杯子不同長度對聲音分貝數的影響，音量由大到小的排列分別為
1
2(69.7 分貝)>1(67.93 分貝)> 1
4(67.73 分貝)。使用1
2長度的杯子做成的傳聲筒測 得的音量最大。
四、得到最佳傳的聲筒製作條件為1
2紙杯+釣魚線，有最大的音量為：72.13 分貝。
柒、 參考資料
一、【貓在鋼琴上暈倒了-誰是傳話高手】嘉義縣 第 52 屆中小學科學展覽會作 品說明書，國小物理科
二、【喂喂喂~有聽到嗎？】中華民國 第 59 屆中小學科學展覽會作品說明書，
國小物理科
三、【自製電話傳聲筒！】YOYO 科學樂園｜第 1-9 季 第 50 集，網址：
