2018年10月14日 星期日

不同音色的原因

相同頻率卻有不同音色的問題
其中一個因素就是和泛音的數量有關
不同數量、不同振幅的泛音合成之後就可能形成在相同頻率下的不同音色
詳細的說明可以參考這篇
https://l0930984547.blogspot.com/2017/01/blog-post_11.html
然而泛音的出現是有依據的,可不會憑空出現
從實驗的結果就可以看出倍數關係
https://l0930984547.blogspot.com/2017/01/blog-post_13.html
以常見的管樂器來說,通常都是一端閉口的型式
要吹出泛音就需要更快速的震動
也就是為甚麼笛子用力吹聲音會更高的原因
但通常我們不會這樣來產生高音
而是用不同管長產生不同基音的方式來處理
因此管子越長,基音的波長也越長,頻率當然也就比較低
這就是伸縮喇叭或鳥笛的原理
可以參考這兩篇的作法
https://l0930984547.blogspot.com/2017/02/blog-post_17.html
https://l0930984547.blogspot.com/2017/01/blog-post_12.html
但更有趣的是利用這樣的原理來測量聲音的速度
就更高段了
https://l0930984547.blogspot.com/2017/10/blog-post_15.html
測量聲速的方法,進階版就再回到聲音的合成
若相同頻率的兩個音頻在1/2波長的位置就會產生相疊加或相削減的合成
也就可以知道波長
聲音的速度也可以計算出來
https://l0930984547.blogspot.com/2017/10/blog-post_15.html

不是只有像NHK排排站拿旗子的方法而已喔~~
雖然我還是最喜歡這個直觀的方法!!

micro usb與3.5mm耳機線二合一製作

買了一個藍芽喇叭
聲音超大,又可以外接USB和TF卡放音樂
要聽FM收音機也行
也可以有line in的功能
和手機藍芽連接後也可以當免持聽筒(內建麥克風)
簡直該有的都有了




不過它的line in線不是一般的3.5mm耳機線
而是和micro usb 充電孔共用
結果有趣了!!
它附的線竟然沒有line in的耳機孔
只有一條普通的USB線
剪開看發現只有兩條線,也就是它只是一條單純的充電線


沒有資料傳輸的功能
只好自己來作一條了

正常的USB線其實會有四條線
紅黑分別為5V的正負極
另外兩條線是帶弱電(正電)的資料傳輸線
在這裡就是當作左右聲道的音源線

剪開一條立體聲的音源線
裡面有三條線
正常來說,黑色是地線(GND)
另外兩條就是左右聲道

把左右聲道的線和USB的資料線捲在一起
另外原本插在插頭端的線只留紅黑就好
這樣就作好一條充電和音源傳輸線共用的USB線了




不想花錢
就自己作囉~~

2018年10月12日 星期五

計算教不教??

看一下108課綱修改之後的自然科學學習內容(附錄四)
我摘要了一些國中理化的部分

6-1由實驗操作可知道浮力是排開液體的重量,不涉及複雜計算。
8-2由物體運動軌跡觀察與歸納,了解或發現等速與等加速(含自由落體)一維運動的規則性(例如:位置、速度與時間的關係,包括x-t圖、v-t圖、a-t圖等圖表解讀),不涉及公式推導與運動方程式的計算。
13-2本次主題所有計算均限於單一物體受單一作用力之簡單計算。(註:作用與反作用力)
2-1知道萬有引力定律的內容,了解物體的重量可能會隨地點不同而改變,只涉及兩個物體之間的計算。
2-1介紹帶電物體之間的電力與其距離、電荷電性及電量有關,只涉及兩個物體之間的計算。
7-1使用三用電表或伏特計、安培計等儀器測電流、電壓,觀察電阻的特性。不涉及電阻串、並聯公式計算。
8-2說明電流熱效應時,不涉及電能之公式推導與電阻串、並聯電能計算。
5~7認識電與生活,例如:用電安全、過載及短路、直流電與交流電、輸配電的概要、電器標示及電費計算,說明電功率定義時,不涉及電功率公式推導與電阻串、並聯電功率計算,僅利用電功率介紹電費計算原則。
1-2混合物分離部分,著重在技術操作。目標是讓學生能夠正確運用器材,將混合物分離,不涉及層析原理。
2-1以簡單的演示連結學生生活經驗,讓學生觀察二者之間的關係,不涉及微觀粒子的解釋,不涉及計算。(註:氣體壓力)
4-1不涉及溶液混合與稀釋等濃度變化之計算。
5-1 實際組裝鋅銅電池,並測試鋅銅電池的效應,以電子轉移過程說明電池的反應,不涉及廣義的氧化還原定義。
7-1以碳棒為電極,用直流電源實際電解水與硫酸銅水溶液,觀察電解硫酸銅的現象與原理,電解硫酸銅與電鍍,不涉及正、負極化學反應式。
2-2 pH值與酸鹼濃度之關係,可用廣用試紙之顏色,推知pH值之大小,以判斷酸鹼強度,不涉及氫離子莫耳濃度之計算。
6-1實際操作酸鹼反應,觀察鹽類的產生與溫度變化,不涉及酸鹼滴定的濃度計算。滴定之計算列為高中化學加深加廣選修的學習內容。
1-1以實驗探究溫度、濃度與接觸面積的大小跟化學反應速率的關係,不涉及計算。
3-1從演示或實驗影片說明溫度或濃度改變時如何影響化學平衡,不需要記憶反應結果與反應式。

以一個正式的條文來說
其實很少有這麼多負面表列的項目
通常為了讓條文可以不要經常修正
會寫的比較有彈性
讓大家解讀成「只要沒說不行就是可以」
(會計的習慣是「只要沒說可以就是不行」)
但這次這麼多「不行」的事直接表列在課綱中
代表了甚麼?
計算不重要?所以不用教?
計算就是牛鬼蛇神,所以去之而後快?
我不想評論甚麼
但回到一個實用的角度來說
在我開發許多亂七八糟東西的經驗告訴我
「數學可以讓你省下許多不必要的時間,可以快速接近目的地」
我的數學超爛,爛到我不想去回想
但我並不討厭數學
因為我知道數學厲害的地方,只是我不會而已...

科學裡會用到的數學就是為了可以更「精準預測」我們想要知道的事
而不是質性的知道會怎樣而已
當然,精準到甚麼程度就和你的需求有絕對關係
以國中的程度來說確實不需要多麼精準
但不代表計算就是阿鼻地獄
只是你是否賦予計算更多的價值和威力

前幾天上到運動學
湊巧下課時學校附近發生車禍
很多學生都看到警察在測量
隔天我問學生,你們是否有看到車禍?
警察在量甚麼?
「剎車痕啊~~」
「量那個要作甚麼?」我反問學生
「....」
「在車禍案件中有一個很關鍵的判決標準就是車速...,你怎麼知道肇事車輛有沒有超速?」
「看行車紀錄器」
「看影片你就知道車速多快?影片又沒有記錄車速?...但你是否可以從影片當中知道車子在一秒內跑了多遠?」
「可以啊,看經過兩根電線桿的時間」
「好棒!!所以這樣算出來的是平均還是瞬時?」
「平均速度」
「所以平均速度可以代表當時煞車前的速度嗎?」
「好像不行耶~~」
「其實也不是說不行,如果時間很短,也勉強可以將平均看成瞬時」
「但更好的方法就是地上的剎車痕」
「我們預期有剎車痕應該是駕駛已經將剎車踩到底,因此從原廠那邊就可以知道剎車力道,也就是目前車子的摩擦力」
「車重也是已知,所以從這兩個我們就可以知道甚麼?」
「F=ma,加速度啊~」剛上完,幸好還沒忘
「很好,那加速度有了,剎車痕我們可以當作是煞車時間的位移,最後車子停下來也就是末速為0,有這三個,我們能不能求出初速,也就是肇事的車子到底有沒有超速?」

我習慣將常用的那三個公式一直留在黑板
直接給學生對照著用
學生似乎比平常有興趣
很多人提筆開始算算看有沒有超速
當然我預先給了他們一些設計過的假設數字

「老師,我算出來了~~它應該沒有超速喔,時速只有50左右」
「那就對了,警察就會把這些資料給檢察官,檢察官就用這些資料來判定肇事責任」
「原來量剎車痕這麼厲害~~」
...

計算有沒有意義
就看你是否賦予它意義

後記
很多朋友看完前一篇的言論都以為我是否是希望增加更多的計算啊?
其實剛好相反
我是一個實驗狂熱者
我根本不喜歡也不想在課堂上教一堆計算
只是這不代表計算本身沒有價值
擔心的是很多老師就認為這些都不需要了
因為課綱說不能教,當然也就不能考
不考的東西不教
這就讓老師失去了許多教學的主導權
基本上就是自廢武功
這才是最擔心的問題啊
老師怎麼上才能呈現整個知識架構的邏輯性
這是老師的專業
而不是建立在課綱說教不教
或大考要不要考的問題
是否,是否…
我們可以有一些些時候把考試和教學拆開來看
只要一些些就好…

場效電晶體_電容電阻型計時器(RC電路)

之前修過一台定時器
構造其實還算簡單
但裡面那個定時用的減速齒輪就是關鍵了
很難自己搞出來
這種東西其實幾百元就有
但就想自己作一台...
因為我經常多工在處理實驗
好幾次當忘記關熱熔槍或電烙鐵
所以裝上定時器是最方便的

說到定時,第一個想到的就是555
但這次我想用場效電晶體來試試看
場效電晶體就是個開關
只不過用的是電容的充放電來控制(一般就稱為RC電路)
如果讓電容的電慢慢釋放
就可以當作定時器了
但電容和電阻的規格就需要嘗試了
可以利用電容計算機
但似乎不是很準
因此還是要回到經驗法則了
慢慢試就會找到最好的組合
但這一試至少半小時以上
只好先作一個自動計時的裝置幫忙
不然實在太浪費時間

利用碼表來幫忙
先將stop的按鈕引出,接在繼電器的NC端
當電容放電完
mosfet就會斷電,繼電器也就會跳到NC端
碼表就會停止計時
這樣我就可以找出最佳的組合


基本上我用12~13V的電壓(電壓高一點才撐得久)
但繼電器最好電壓低一些,時間才能撐得更久
也不用再買新的繼電器,不然花太多錢了
因此共用電源的情況下
在進入繼電器之前先用7805來降壓
12V降到5V,需要吃掉7V的電壓
若依電壓器標示的規格1A來說
7805會消耗7W的功率,其實蠻大的
因此要加上散熱片才行

3300微法拉的電容
放電電阻若為330k,試了兩次,剛好都在半小時左右
我手邊也還有680k的電阻,差不多也就1小時
還算穩定,本來就想這樣配置
但放電的過程發現3300微法拉若要復位
放電瞬間的電流太大
二極體可能久了之後會被擊穿
因此還是用1500微法拉就好
又重新開始測量時間
但有之前的經驗,數學幫了很多忙
電容減變成原本的0.455倍
電阻就要變為2.2倍,所以就是726k歐姆
一試果然很準!!數學真的是有用的~~
但配合我手邊有的電阻
一小時只能用1470k
試了一下,四組串聯約為4小時6分
可以接受了,又不是要拿來計時的

就這樣來組合了
利用11段的波段開關來控制接的電阻數量
分別為0.5,1.0,1.5,2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,8.0,10.0,12.0小時

電路圖如下(這個最重要啊~~)

繼電器端接上110V家用電
因此配合繼電器的規格
再加上一條8A的保險絲,小心一點總沒錯

電阻盤就不用焊接了
一方面焊這麼多太痛苦
另一方面用麵包板也比較彈性
未來如果有需要可以改時間
插起來很療癒的感覺(科學人的浪漫啊~~)

成品如下









整個實驗花了20多個小時測試
幸好有自動計時器幫忙
不然真的就痛苦了

2018年10月9日 星期二

維修捕蚊燈

女兒小時候因為怕捕蚊燈的高壓電會吵到她
特別買了一台吸入式的
但這台的燈管是環狀的
有次不小心掉在地上就摔破了
環狀捕蚊燈的燈管很少見
也就這麼放了好幾年

最近實驗室忽然蚊子特別多
決定把它拿來修一修吧
裡面當然有一個日光燈用的安定器
這個部分可以不需要
但...既然有零件,我應該又可以再打造一台日光燈了~~




燈管的部分改用紫光LED燈並聯放入透明的塑膠管內
剛好就能放入原本的燈管位置
電源的部分就感謝之前的好同學慶銘捐贈了一堆手機充電器來用就可以
所有電線相接的地方都用連接器
未來會更好維修
也省去焊接的麻煩










前後花不到一個小時就搞定
裝回去之前想說先測試一下
果然事情沒那麼簡單,風扇動不了
檢查了一下發現底部固定風扇的塑膠盤也摔破了
風扇角度跑掉會卡到邊緣
因此全部拆掉將底盤用瞬間膠黏好
這樣馬達固定的角度就搞定了




電路非常簡單
就是手機充電器和交流風扇並聯而已

終於又搞定一台
接下來就等著抓蚊子吧~~


科學的討論

雖然下週要段考了
但有趣的討論還是想玩一玩~~
我習慣先上第二運動定律之後再切回第一運動定律
從F和a之間的關係會更容易理解牛一的內涵
「...我們之前說的很多現象如果要用慣性定律來解釋必須有一個前題是甚麼?」
「合力為零...」
「那合力為零和不受力一樣嗎?」
「不一樣嗎?」學生狐疑地問
「月光族和沒工作的人最後都是沒存款,但一樣嗎?」
...以下省略

「但就如同我們上次玩的氣墊球一樣,在真實的世界裡,我們容不容易做到一個完全沒有摩擦的環境?」
「不可能吧~~」學生回答
「沒錯,這幾乎是不可能的事,因此我們之前討論的很多現象都有一個關鍵字就是"瞬間",在那個瞬間因為力的接觸時間極短,我們就"假裝"用沒有受力的情況來解釋,這都是用理想狀況來討論的...」
...以下省略

「...好~~,我們剛剛看到乒乓球在罐子裡如果突然加速,球會...」
「往後跑啊~~」
「沒錯,如果我們裝入水,也可以看到類似的現象,但如果我現在把乒乓球倒著放入水中,同樣瞬間加速會發生甚麼事?」
「老師~~有科學麵嗎?中午吃素,肚子餓了」天啊~~現在才第五節...
果然瞬間出現五六種結果~~
「重點是這些結果的理由是甚麼?這次要上台跟大家說才有科學麵」
其實最後沒有麵也是想說說看,這就是一種習慣吧!


「我覺得水會向後,球會向前,因為球本來就會浮出水面,現在被繩子拉在水下,他應該會很想浮出水面,水向後移動,前面的水比較少,所以球會往前才容易出水面」
雖然學理上有問題,但我好喜歡這個答案~~
他已經抓到了某些科學的精隨,自然界很多現象的出現就是希望趨向穩定
「很棒的論點,我很喜歡~~,但如果球向前還是在水面下,那浮力還是沒有變啊,也就是說如果你的論點成立,球如果向前會出水面就會如你說的,球如果向前還是在水面下...」
「那就可能會維持不動」學生自己回答
「那我們可以設計一個實驗來證實嗎?」
大家七手八腳地把線弄短,馬上就讓球完全沉入水中


「不過我們先不做實驗,先再聽聽其他人的意見」
...以下省略

實驗後...
「大家都看到了實驗結果
如果我先讓大家看到結果,我想你們剛剛都不會有這些有趣的討論
只會去想一個可以說明這個現象的最合理解釋
這也沒什麼不好,但就會變成只想要一個標準答案而已
在標準答案背面其實還有很多值得討論的...」
「老師~那我們可以再討論為甚麼嗎?我還想吃科學麵」
「下星期一要段考了,我們習作還沒複習啊~~」
「那考完再繼續喔~~」
誰說一定要有絢麗的實驗
這樣的討論加上科學麵就夠精彩了~~