Transcript 摘要 我們利用檢波二極體，接收手機在自製共振腔中 的不同位置發射的電磁波，並轉換為電壓數值， 然後將其繪成電磁波的波形圖。再根據駐波的原 理，推算出電磁波的波長和頻率。最後我們想試 著以簡單的電子元件和設備來捕捉電磁波的能量 並運用。 研究目的 計我 一們 系受 列到 將無 手線 機充 電電 磁器 波的 轉發 換明 為啟 電發 能， 的於 實是 驗開 。始 設 實驗器材介紹 用便宜的鐵絲網圍成的桶 狀空間，可以使電磁波在 裡面形成駐波 三用電表 2.4ghz的檢波二極體， 可以接收高頻電磁波的 能量，而產生電壓的特 性，可利用三用電表量 出電磁波在不同位置所 對應的能量。 實驗裝置組合圖 實驗原理 駐波的形成圖 = 波從長相 頻實，鄰 率驗我的 。結們兩 果可個 計以最 算根強 出據訊 我波號 們速的 使 距 用波離 手長就 機頻是 發率駐 射的波 的關的 電係半 磁，波 X 實驗一~撥打與接聽的手機， 發出來的電磁波誰比較強呢? 收訊手機=接聽手機 發訊手機=撥打手機 因為撥打的手機 發出的電磁波經 轉換後的電壓、 電流數值均較收 訊手機高，由此 可知，收訊手機 發出的電磁波較 強。 實驗二~距離對手機電磁波的影響  隨著撥打中的手機和檢波 二極體間的距離拉開，我 們發現電磁波轉換為電壓 的數值也跟著變弱了。 實驗三~共振腔中有沒有駐波? 實驗? 我們記錄在共振腔 中，手機和檢波二極 體在不同距離所轉換 出的電壓數值，繪成 此圖。 共振腔內外的比較… 無共振腔 共振腔中 由此圖發現，共 振腔中的電磁波 轉換出的電壓並 不會因距離越遠 而減弱，而是有 局部高和低點電 壓。 可以看出明顯的 駐波波峰及波谷。 那麼，不同條件的共振腔中所形成的 駐波會有甚麼差異嗎？我們可以利用 駐波做甚麼呢？  我們利用不同大小、材質、和是否密閉的共振腔來嘗 試在裡面形成駐波，並利用波速=波長*頻率的公式， 可以檢測出手機訊號發射的頻率。  相鄰的兩個最強 訊號的距離就是 駐波的半波長， 而手機所發出的 電磁波是光的一 種。光速每秒 3x1010cm 計算波長和頻率的方式 7cm 8cm 半波長要 乘以2喔！ 我們計算兩支手機在 不同共振腔中的平均半 波長。並利用光速 3x1010cm除以16cm及 19cm ，得到手機頻率 為1800MHz 。 甲手機之半波長 乙手機之半波長 No. 半波長 No. 半波長8cm12cm7cm8cm7cm8cm10cm10cm 平均 8cm 平均 9.5cm A共振腔中手機電磁波半波長 實驗四~共振腔大小比較 B共振腔振幅看 起來較不明顯， 但其實是因為有 一特別高電壓數 值導致縱座標數 字較密集。 A 共 振 腔 B 共 振 腔 我們改變共振腔開口的圓的直徑， 結果發現形成的駐波振幅皆很完整， 而B共振腔中轉換出的電壓數值較高。 波長換算出的頻率為900及1800MHz 。 甲手機之半波長 No. 半波長8cm7cm7cm10cm 平均 8cm 甲手機之半波長 No. 半波長16cm14cm 平均 15cm 乙手機之半波長 No. 半波長12cm8cm8cm10cm 平均 9.5cm 乙手機之半波長 NO. 半波長6cm12cm8cm 平均 8.7cm 高cm A共振腔直徑30cm B共振腔直徑15cm 實驗五~共振腔材質比較 我們改變相同大小共振腔的材質， 結果發現兩種共振腔皆有形成駐波， 但金屬共振腔中形成的駐波振幅較 完整。波長所換算出的頻率為 1800MHz 。 G 共 振 腔 甲手機之半波長 NO. 半波長6cm6cm10cm 平均 7.3cm 乙手機之半波長 No. 半波長9cm9cm10cm 平均 9.3cm F 共 振 腔 甲手機之半波長 no. 半波長6cm10cm6cm12cm 平均 8.5cm 乙手機之半波長 no. 半波長8cm6cm8cm6cm 平均 7cm 高cm G塑膠共振腔 F金屬共振腔 實驗六~共振腔密閉否比較 我們發現密閉及非密閉的共振腔皆 形成明顯的駐波，可能是因為E共振腔 的網格為1x1cm，而駐波波長為16cm， 較不會受影響。波長所換算出的頻率 為1800MHz 。 E 共 振 腔 甲手機之半波長 No. 半波長6cm10cm12cm 平均 9.3cm F 共 振 腔 甲手機之半波長 no. 半波長6cm10cm6cm12cm 平均 8.5cm E共振腔 乙手機之半波長 NO. 半波長12cm6cm8cm8cm 平均 8.5cm 乙手機之半波長 no. 半波長8cm6cm8cm6cm 平均 7cm F密閉共振腔 LED燈發亮了! 甲手機 乙手機 其他手 機 其他手機 不同手機之電磁波強度對應在LED燈發量數目及程度 手機會因為 電磁波強弱 的不同，轉 換出來的能 量使LED發 亮數目及程 度也有多寡 之分 。 結論… 一. 二. 三. 四. 五. 六. 七. 由實驗一可得知發訊手機的電磁波比收訊手機的電磁波 強。 由實驗二可得知，手機電磁波的電壓會隨發射距離漸遠 而衰減。 由實驗三可得知，如果電磁波在共振腔內形成駐波，轉 換出的電壓數值不受距離影響，反而呈週期性的變化。 由實驗四可得知，共振腔大小並不會對形成駐波並不會 有太大影響。 由實驗五可得知，金屬材質的共振腔形成的駐波波形較 完整，最高電壓數值也較塑膠材質的共振腔高。 由實驗六可得知，密閉及非密閉的共振腔皆會形成駐波， 而密閉的共振腔所形成的駐波所轉換出的電壓較非密閉 的強。 由實驗七可得知，不同的手機電磁波，所轉換出的電能 也不同，發亮的LED燈數量也會不同。 心得... 我們在實驗中除了學習關於電磁波、共振現象、駐 波等物理知識，有助於課業學習，也了解設計實驗的方 式，以及最重要的「解決問題的能力」和「人際處理的 技巧」。 在實驗的過程中，難免會遇到實驗結果不如預期的 狀況，這種時候，我們就要克制暴躁的情緒，以冷靜清 晰的思緒檢視實驗步驟是否出現紕漏，或是實驗器材有 沒有故障，再來就是重新推想預期結果是否合理。 科學探究的路程是艱辛的，在這滿佈荊棘的長途旅 行總是需要隊友的幫忙協助。學習如何處理意見相左、 衝突的情況，並用一顆體貼柔軟的心互相打氣，讓實驗 不再枯燥寂寥，而是溫馨有活力，讓我們一起共勉之! 我們享受 分享科學新知的愉悅 感謝您 陪伴我們走過學習的進程 摘要 我們利用檢波二極體，接收手機在自製共振腔中 的不同位置發射的電磁波，並轉換為電壓數值， 然後將其繪成電磁波的波形圖。再根據駐波的原 理，推算出電磁波的波長和頻率。最後我們想試 著以簡單的電子元件和設備來捕捉電磁波的能量 並運用。 研究目的 計我 一們 系受 列到 將無 手線 機充 電電 磁器 波的 轉發 換明 為啟 電發 能， 的於 實是 驗開 。始 設 實驗器材介紹 用便宜的鐵絲網圍成的桶 狀空間，可以使電磁波在 裡面形成駐波 三用電表 2.4ghz的檢波二極體， 可以接收高頻電磁波的 能量，而產生電壓的特 性，可利用三用電表量 出電磁波在不同位置所 對應的能量。 實驗裝置組合圖 實驗原理 駐波的形成圖 = 波從長相 頻實，鄰 率驗我的 。結們兩 果可個 計以最 算根強 出據訊 我波號 們速的 使 距 用波離 手長就 機頻是 發率駐 射的波 的關的 電係半 磁，波 X 實驗一~撥打與接聽的手機， 發出來的電磁波誰比較強呢? 收訊手機=接聽手機 發訊手機=撥打手機 因為撥打的手機 發出的電磁波經 轉換後的電壓、 電流數值均較收 訊手機高，由此 可知，收訊手機 發出的電磁波較 強。 實驗二~距離對手機電磁波的影響  隨著撥打中的手機和檢波 二極體間的距離拉開，我 們發現電磁波轉換為電壓 的數值也跟著變弱了。 實驗三~共振腔中有沒有駐波? 實驗? 我們記錄在共振腔 中，手機和檢波二極 體在不同距離所轉換 出的電壓數值，繪成 此圖。 共振腔內外的比較… 無共振腔 共振腔中 由此圖發現，共 振腔中的電磁波 轉換出的電壓並 不會因距離越遠 而減弱，而是有 局部高和低點電 壓。 可以看出明顯的 駐波波峰及波谷。 那麼，不同條件的共振腔中所形成的 駐波會有甚麼差異嗎？我們可以利用 駐波做甚麼呢？  我們利用不同大小、材質、和是否密閉的共振腔來嘗 試在裡面形成駐波，並利用波速=波長*頻率的公式， 可以檢測出手機訊號發射的頻率。  相鄰的兩個最強 訊號的距離就是 駐波的半波長， 而手機所發出的 電磁波是光的一 種。光速每秒 3x1010cm 計算波長和頻率的方式 7cm 8cm 半波長要 乘以2喔！ 我們計算兩支手機在 不同共振腔中的平均半 波長。並利用光速 3x1010cm除以16cm及 19cm ，得到手機頻率 為1800MHz 。 甲手機之半波長 乙手機之半波長 No. 半波長 No. 半波長8cm12cm7cm8cm7cm8cm10cm10cm 平均 8cm 平均 9.5cm A共振腔中手機電磁波半波長 實驗四~共振腔大小比較 B共振腔振幅看 起來較不明顯， 但其實是因為有 一特別高電壓數 值導致縱座標數 字較密集。 A 共 振 腔 B 共 振 腔 我們改變共振腔開口的圓的直徑， 結果發現形成的駐波振幅皆很完整， 而B共振腔中轉換出的電壓數值較高。 波長換算出的頻率為900及1800MHz 。 甲手機之半波長 No. 半波長8cm7cm7cm10cm 平均 8cm 甲手機之半波長 No. 半波長16cm14cm 平均 15cm 乙手機之半波長 No. 半波長12cm8cm8cm10cm 平均 9.5cm 乙手機之半波長 NO. 半波長6cm12cm8cm 平均 8.7cm 高cm A共振腔直徑30cm B共振腔直徑15cm 實驗五~共振腔材質比較 我們改變相同大小共振腔的材質， 結果發現兩種共振腔皆有形成駐波， 但金屬共振腔中形成的駐波振幅較 完整。波長所換算出的頻率為 1800MHz 。 G 共 振 腔 甲手機之半波長 NO. 半波長6cm6cm10cm 平均 7.3cm 乙手機之半波長 No. 半波長9cm9cm10cm 平均 9.3cm F 共 振 腔 甲手機之半波長 no. 半波長6cm10cm6cm12cm 平均 8.5cm 乙手機之半波長 no. 半波長8cm6cm8cm6cm 平均 7cm 高cm G塑膠共振腔 F金屬共振腔 實驗六~共振腔密閉否比較 我們發現密閉及非密閉的共振腔皆 形成明顯的駐波，可能是因為E共振腔 的網格為1x1cm，而駐波波長為16cm， 較不會受影響。波長所換算出的頻率 為1800MHz 。 E 共 振 腔 甲手機之半波長 No. 半波長6cm10cm12cm 平均 9.3cm F 共 振 腔 甲手機之半波長 no. 半波長6cm10cm6cm12cm 平均 8.5cm E共振腔 乙手機之半波長 NO. 半波長12cm6cm8cm8cm 平均 8.5cm 乙手機之半波長 no. 半波長8cm6cm8cm6cm 平均 7cm F密閉共振腔 LED燈發亮了! 甲手機 乙手機 其他手 機 其他手機 不同手機之電磁波強度對應在LED燈發量數目及程度 手機會因為 電磁波強弱 的不同，轉 換出來的能 量使LED發 亮數目及程 度也有多寡 之分 。 結論… 一. 二. 三. 四. 五. 六. 七. 由實驗一可得知發訊手機的電磁波比收訊手機的電磁波 強。 由實驗二可得知，手機電磁波的電壓會隨發射距離漸遠 而衰減。 由實驗三可得知，如果電磁波在共振腔內形成駐波，轉 換出的電壓數值不受距離影響，反而呈週期性的變化。 由實驗四可得知，共振腔大小並不會對形成駐波並不會 有太大影響。 由實驗五可得知，金屬材質的共振腔形成的駐波波形較 完整，最高電壓數值也較塑膠材質的共振腔高。 由實驗六可得知，密閉及非密閉的共振腔皆會形成駐波， 而密閉的共振腔所形成的駐波所轉換出的電壓較非密閉 的強。 由實驗七可得知，不同的手機電磁波，所轉換出的電能 也不同，發亮的LED燈數量也會不同。 心得... 我們在實驗中除了學習關於電磁波、共振現象、駐 波等物理知識，有助於課業學習，也了解設計實驗的方 式，以及最重要的「解決問題的能力」和「人際處理的 技巧」。 在實驗的過程中，難免會遇到實驗結果不如預期的 狀況，這種時候，我們就要克制暴躁的情緒，以冷靜清 晰的思緒檢視實驗步驟是否出現紕漏，或是實驗器材有 沒有故障，再來就是重新推想預期結果是否合理。 科學探究的路程是艱辛的，在這滿佈荊棘的長途旅 行總是需要隊友的幫忙協助。學習如何處理意見相左、 衝突的情況，並用一顆體貼柔軟的心互相打氣，讓實驗 不再枯燥寂寥，而是溫馨有活力，讓我們一起共勉之! 我們享受 分享科學新知的愉悅 感謝您 陪伴我們走過學習的進程.

摘要
我們利用檢波二極體，接收手機在自製共振腔中
的不同位置發射的電磁波，並轉換為電壓數值，
然後將其繪成電磁波的波形圖。再根據駐波的原
理，推算出電磁波的波長和頻率。最後我們想試
著以簡單的電子元件和設備來捕捉電磁波的能量
並運用。
研究目的
計我
一們
系受
列到
將無
手線
機充
電電
磁器
波的
轉發
換明
為啟
電發
能，
的於
實是
驗開
。始
設
實驗器材介紹
用便宜的鐵絲網圍成的桶
狀空間，可以使電磁波在
裡面形成駐波
三用電表
2.4ghz的檢波二極體，
可以接收高頻電磁波的
能量，而產生電壓的特
性，可利用三用電表量
出電磁波在不同位置所
對應的能量。
實驗裝置組合圖
實驗原理
駐波的形成圖
=
波從長相
頻實，鄰
率驗我的
。結們兩
果可個
計以最
算根強
出據訊
我波號
們速的
使 距
用波離
手長就
機頻是
發率駐
射的波
的關的
電係半
磁，波
X
實驗一~撥打與接聽的手機，
發出來的電磁波誰比較強呢?
收訊手機=接聽手機
發訊手機=撥打手機
因為撥打的手機
發出的電磁波經
轉換後的電壓、
電流數值均較收
訊手機高，由此
可知，收訊手機
發出的電磁波較
強。
實驗二~距離對手機電磁波的影響

隨著撥打中的手機和檢波
二極體間的距離拉開，我
們發現電磁波轉換為電壓
的數值也跟著變弱了。
實驗三~共振腔中有沒有駐波?
實驗?
我們記錄在共振腔
中，手機和檢波二極
體在不同距離所轉換
出的電壓數值，繪成
此圖。
共振腔內外的比較…
無共振腔
共振腔中
由此圖發現，共
振腔中的電磁波
轉換出的電壓並
不會因距離越遠
而減弱，而是有
局部高和低點電
壓。
可以看出明顯的
駐波波峰及波谷。
那麼，不同條件的共振腔中所形成的
駐波會有甚麼差異嗎？我們可以利用
駐波做甚麼呢？

我們利用不同大小、材質、和是否密閉的共振腔來嘗
試在裡面形成駐波，並利用波速=波長*頻率的公式，
可以檢測出手機訊號發射的頻率。

相鄰的兩個最強
訊號的距離就是
駐波的半波長，
而手機所發出的
電磁波是光的一
種。光速每秒
3x1010cm
計算波長和頻率的方式
7cm
8cm
半波長要
乘以2喔！
我們計算兩支手機在
不同共振腔中的平均半
波長。並利用光速
3x1010cm除以16cm及
19cm ，得到手機頻率
為1800MHz 。
甲手機之半波長
乙手機之半波長
No.
半波長
No.
半波長
1
8cm
1
12cm
2
7cm
2
8cm
3
7cm
3
8cm
4
10cm
4
10cm
平均
8cm
平均
9.5cm
A共振腔中手機電磁波半波長
實驗四~共振腔大小比較
B共振腔振幅看
起來較不明顯，
但其實是因為有
一特別高電壓數
值導致縱座標數
字較密集。
A
共
振
腔
B
共
振
腔
我們改變共振腔開口的圓的直徑，
結果發現形成的駐波振幅皆很完整，
而B共振腔中轉換出的電壓數值較高。
波長換算出的頻率為900及1800MHz 。
甲手機之半波長
No.
半波長
1
8cm
2
7cm
3
7cm
4
10cm
平均
8cm
甲手機之半波長
No.
半波長
1
16cm
2
14cm
平均
15cm
乙手機之半波長
No.
半波長
1
12cm
2
8cm
3
8cm
4
10cm
平均
9.5cm
乙手機之半波長
NO.
半波長
1
6cm
2
12cm
3
8cm
平均
8.7cm
高
90
cm
A共振腔直徑30cm
B共振腔直徑15cm
實驗五~共振腔材質比較
我們改變相同大小共振腔的材質，
結果發現兩種共振腔皆有形成駐波，
但金屬共振腔中形成的駐波振幅較
完整。波長所換算出的頻率為
1800MHz 。
G
共
振
腔
甲手機之半波長
NO.
半波長
1
6cm
2
6cm
3
10cm
平均
7.3cm
乙手機之半波長
No.
半波長
1
9cm
2
9cm
3
10cm
平均
9.3cm
F
共
振
腔
甲手機之半波長
no.
半波長
1
6cm
2
10cm
3
6cm
4
12cm
平均
8.5cm
乙手機之半波長
no.
半波長
1
8cm
2
6cm
3
8cm
4
6cm
平均
7cm
高
70
cm
G塑膠共振腔
F金屬共振腔
實驗六~共振腔密閉否比較
我們發現密閉及非密閉的共振腔皆
形成明顯的駐波，可能是因為E共振腔
的網格為1x1cm，而駐波波長為16cm，
較不會受影響。波長所換算出的頻率
為1800MHz 。
E
共
振
腔
甲手機之半波長
No.
半波長
1
6cm
2
10cm
3
12cm
平均
9.3cm
F
共
振
腔
甲手機之半波長
no.
半波長
1
6cm
2
10cm
3
6cm
4
12cm
平均
8.5cm
E共振腔
乙手機之半波長
NO.
半波長
1
12cm
2
6cm
3
8cm
4
8cm
平均
8.5cm
乙手機之半波長
no.
半波長
1
8cm
2
6cm
3
8cm
4
6cm
平均
7cm
F密閉共振腔
LED燈發亮了!
甲手機
乙手機
其他手
機
其他手機
不同手機之電磁波強度對應在LED燈發量數目及程度
手機會因為
電磁波強弱
的不同，轉
換出來的能
量使LED發
亮數目及程
度也有多寡
之分 。
結論…
一.
二.
三.
四.
五.
六.
七.
由實驗一可得知發訊手機的電磁波比收訊手機的電磁波
強。
由實驗二可得知，手機電磁波的電壓會隨發射距離漸遠
而衰減。
由實驗三可得知，如果電磁波在共振腔內形成駐波，轉
換出的電壓數值不受距離影響，反而呈週期性的變化。
由實驗四可得知，共振腔大小並不會對形成駐波並不會
有太大影響。
由實驗五可得知，金屬材質的共振腔形成的駐波波形較
完整，最高電壓數值也較塑膠材質的共振腔高。
由實驗六可得知，密閉及非密閉的共振腔皆會形成駐波，
而密閉的共振腔所形成的駐波所轉換出的電壓較非密閉
的強。
由實驗七可得知，不同的手機電磁波，所轉換出的電能
也不同，發亮的LED燈數量也會不同。
心得...
我們在實驗中除了學習關於電磁波、共振現象、駐
波等物理知識，有助於課業學習，也了解設計實驗的方
式，以及最重要的「解決問題的能力」和「人際處理的
技巧」。
在實驗的過程中，難免會遇到實驗結果不如預期的
狀況，這種時候，我們就要克制暴躁的情緒，以冷靜清
晰的思緒檢視實驗步驟是否出現紕漏，或是實驗器材有
沒有故障，再來就是重新推想預期結果是否合理。
科學探究的路程是艱辛的，在這滿佈荊棘的長途旅
行總是需要隊友的幫忙協助。學習如何處理意見相左、
衝突的情況，並用一顆體貼柔軟的心互相打氣，讓實驗
不再枯燥寂寥，而是溫馨有活力，讓我們一起共勉之!
我們享受
分享科學新知的愉悅
感謝您
陪伴我們走過學習的進程