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新北市一百零一學年度高中科學能力競賽 新北市一百零一學年度高中科學能力競賽 新北市一百零一學年度高中科學能力競賽 新北市一百零一學年度高中科學能力競賽

物理組實驗試題與報告 物理組實驗試題與報告 物理組實驗試題與報告 物理組實驗試題與報告

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評量項目 分數

現場評分

自製器材狀態（10 分）

實驗開始約 實驗開始約 實驗開始約

實驗開始約 1.5 小時後 小時後 小時後， 小時後 ， ， ，將有評 將有評 將有評 將有評 審到各組就自製器材的狀態 審到各組就自製器材的狀態 審到各組就自製器材的狀態 審到各組就自製器材的狀態(品 品 品 品 質

質 質

質)進行評分 進行評分 進行評分 進行評分。 。 。 。

第一部份 自製彈簧的彈簧常數

（40 分）

第二部份 液體的表面張力

（50 分）

總分（100 分）

佔總成績 (40%)

壹、 注意事項：

一、實驗試題與報告紙 (不含封面) 共 7 頁，並且內附有方格紙三張。

二、實驗報告除了要用文字述說實驗過程，亦應繪圖說明測量方法，且圖中標明各項器材 相關位置及控制和待測的物理量。

三、數據分析應記錄於報告紙中，報告紙背面也可以書寫，但請註明，同時表格名稱和各 欄位內容也要標示清楚。

四、實驗數據繪圖時應繪於方格紙上並貼附於適當頁面否則不予計分，圖的大小應能明確 的表達實驗數據的變化，圖的上方也應該清楚標示該圖的名稱，數據點應該清晰可辨 識，分析所得的曲線也應該清楚地在圖上畫出。

貳、 實驗器材：（請先清點實驗器材，若有不足，請即刻告知評審）

器材名稱 數量 器材名稱 數量

φ0.4 mm 細銅線

φ0.8 mm 粗銅線

φ16 mm × 160 mm 鋼棒

尺 一支 紙碗 一只

剪刀 一把 吊掛座 一組

膠帶 一卷 抹布 一條

參、 實驗說明

液體的表面張力是液體的重要特性，但是因為此力很小，因此需要能測量微小的力的器具 才能測量。本實驗就是要先自行製作適當的彈簧，然後將液體的表面張力測量出來。本次實驗 競賽分為兩大部分：

第一部份 第一部份 第一部份

第一部份：：：：自製彈簧與虎克定律自製彈簧與虎克定律自製彈簧與虎克定律自製彈簧與虎克定律

 F 圖找出其每單位長度的 k 值(彈簧的兩端要各多留約 5 cm 作吊掛用)。請詳述製作 及量測方法。 (20%)

(要求：兩個彈簧的 x- F 曲線必須畫在同一個圖上，並且標示清楚。)

(2) 找出上述兩個不同彈簧常數(k1, k2)的彈簧串聯等效彈簧常數 keff，並詳細討論 keff

等於 k1+k2或

k

k k

1 1 1

2 1

=

+

第二部份 第二部份 第二部份

第二部份：：：：液液液液體體體體表面張力之量測表面張力之量測表面張力之量測表面張力之量測

表面張力的一種測量方法概念，是將一個圓環拉離液面 (如右圖所示)，若圓環與液面接觸的長度為 L，把圓環 拉離液面的力量為 F，則液體之表面張力即為

T_S = F/(2L) (eq-2) (提示：圓環拉離液面時應該整個同時離開液面。) (1) 若液體表面張力的數量級是 10^-4 N/cm，請估計彈簧

的 k 值要多大才能測出液體的表面張力(假設能分辨∆x = 1 cm 的變化量)。 (10%) (2) 用提供的材料製作如圖的量測工具來測量液體表面張力，請詳述製作及量測方法。(圓

環必須要平整，而且拉離液面的時候需要與液面平行)。 (25%) (3) 討論此方法有那些因素可以調整來增加實驗的精準度。 (15%)

(提示：在實際操作上有哪些地方會跟開始的設想不同？)

§§現場評分 現場評分 現場評分 現場評分:自製器材狀態 自製器材狀態 自製器材狀態 自製器材狀態 實驗開始約

實驗開始約 實驗開始約

實驗開始約1.5小時後 小時後 小時後， 小時後 ， ，將有評審到各組就自製器材的狀態 ， 將有評審到各組就自製器材的狀態(品質 將有評審到各組就自製器材的狀態 將有評審到各組就自製器材的狀態 品質 品質 品質)進行評分 進行評分 進行評分 進行評分。 。 。 。(10%)

圓環

肆、 實驗量測與報告：第一部份 第一部份 第一部份 第一部份： ： ： ：自製彈簧與虎克定律 自製彈簧與虎克定律 自製彈簧與虎克定律 自製彈簧與虎克定律

(1) 利用細細細細銅線繞鋼棒製作圈數約為 10～40 圈的彈簧兩個 (圈數不同)，並利用  x- F 圖找 出其每單位長度的 k 值(彈簧的兩端要各多留約 5 cm 作吊掛用)。請詳述製作及量測方法。

(20%)

(要求：兩個彈簧的 x- F 曲線必須畫在同一個圖上，並且標示清楚。)

第一部份 第一部份 第一部份

第一部份： ： ：自製彈簧與虎克定律 ： 自製彈簧與虎克定律 自製彈簧與虎克定律 自製彈簧與虎克定律

(2) 找出上述兩個不同彈簧常數(k1, k2)的彈簧串聯等效彈簧常數 keff，並詳細討論 keff等於 k1+k2

或

k

k k

1 1 1

2 1

=

+

第二部份 第二部份 第二部份

第二部份： ： ： ：液體表面張力之量測 液體表面張力之量測 液體表面張力之量測 液體表面張力之量測

(1) 若液體表面張力的數量級是 10^-4 N/cm，請估計彈簧的 k 值要多大才能測出液體的表面張力 (假設能分辨∆x = 1 cm 的變化量)。 (10%)

第二部份 第二部份 第二部份

第二部份： ： ： ：液體表面張力之量測 液體表面張力之量測 液體表面張力之量測 液體表面張力之量測

(2) 用提供的材料製作如圖的量測工具來測量液體表面張力，請詳述製作及量測方法。(圓環必 須要平整，而且拉離液面的時候需要與液面平行)。 (25%)

圓環

第二部份 第二部份 第二部份

第二部份： ： ： ：液體表面張力之量測 液體表面張力之量測 液體表面張力之量測 液體表面張力之量測

(3) 討論此方法有那些因素可以調整來增加實驗的精準度。 (15%) (提示：在實際操作上有哪些地方會跟開始的設想不同？)