全國中小學科展

第54屆--民國103年

太陽把都市變涼了!太陽能煙囪排熱裝置

本研究在製作一個太陽能裝置,該裝置能直接轉換太陽能成為使建築物冬暖夏涼的能源,再以科學方法探討該裝置的實際效能與可行性。 本研究裝置為煙囪結構,利用暖室效應來充分轉換太陽能,使其在煙囪內部產生高熱,在煙囪內造成一股氣流,該氣流經由裝置導引,可冷卻建築的外牆,因而可使室內溫度下降。 本研究裝置在夏天能降低室內溫度,亦能大幅改善空調效能,在冬天關閉第一層與第三層的通風口,本研究裝置會形成暖室結構,使室內溫度上升,故本研究裝置確實可在不消耗能源的情況下使建築物達成冬暖夏涼的目標,在不必損失生活的舒適度下做到節能減碳,如此可降低推廣節能減碳的阻力,若能大力推廣必能大量減少電力的使用,是否建核四便不是問題。

讓混油曝光-自製光譜儀分析食用油光譜特性

本實驗的目的在尋找初步檢測市售食用油是否純正的簡易方法,讓消費者能自行把關油品。我們利用自製光譜儀,分析市售食用油、模擬混合油以及銅葉綠素摻入油品的光譜特性。 實驗顯示各種油品皆有其特殊的光譜,可藉此初步判斷油品種類。在混油實驗中,油品吸收峰的吸光度與濃度的關係符合比爾—朗博定律,可以推算未知油品濃度。我們分析銅葉綠素的光譜特性,發現銅葉綠素和橄欖油中葉綠素a的光譜特性不同,故可辨識出橄欖油中是否添加銅葉綠素。另外,我們抽測了八件市售特級橄欖油,發現其中有兩件與標示不符。 實驗結果顯示,自製光譜儀可初步判別十二種油品、特級初榨橄欖油的混油濃度、芝麻油的混油濃度,以及辨別油品中是否添加了銅葉綠素。

亞洲行軍蟻-熱帶大頭家蟻軍團

搜尋資料和文獻中,發現行軍蟻主要分佈於南美洲及非洲,如非洲的矛蟻(Dorylus orientalis)及中南美洲的鬼針游蟻(Eciton burchellii),在亞洲地區並不多見。但在大頭家蟻屬(Pheidole)中的有「亞洲行軍蟻」之稱的熱帶大頭家蟻(Pheidole megacephala)卻有類似行軍蟻的行為。我們這次的實驗主要是在觀察熱帶大頭家蟻所表現出來的行軍蟻行為,發現有許多相同處如:在獵食時,熱帶大頭家蟻的兵蟻會在兩側保護工蟻;如果遇到具攻擊行為的外來物種,熱帶大頭家蟻的兵蟻會趕在工蟻前進行攻擊。而且,我們試著利用熱帶大頭家蟻來防治紅火蟻,發現兩種螞蟻在同數量的情況下,熱帶大頭家蟻並不具有抵抗紅火蟻的能力,但仍值得我們深入研究。

大自然的神奇彈簧-植物卷鬚構造彈簧性質之研究

彈簧有貯存能量與降低震盪等功能。藤本植物莖細長,利用似彈簧的卷鬚纏繞物體得到支撐。採集南瓜卷鬚,測量形態可知其結構分為基部、末端螺旋,中間以逆向纏繞區相連,兩者的長度、圈數、莖直徑無顯著差異,但基部螺旋的螺距與螺寬較末端大。利用公式導出卷鬚彈簧指數C,結果基部C值較末端大,具顯著差異,顯示基部螺旋較易產生形變。施加外力於卷鬚探討基部、末端螺旋的形變情況,以獲得卷鬚彈簧常數k,結果與理論推導相同。綜合理論與實測結果可知:若將基部、末端螺旋視為串聯彈簧,當植物體受外力干擾時,卷鬚吸收能量後,末端螺旋可降低震盪避免脫落,而基部螺旋能產生大幅度的擺動,幫助植物找尋新的攀附物,以獲取更多陽光與生長空間。

鋼錳現形-使用電解法檢驗不鏽鋼含錳之研究

本研究透過電解含有硫酸根溶液的實驗,瞭解生活中以不鏽鋼為材料製造的產品,是否含錳過量的情形,並且藉由實驗改善調整檢驗之精確性與方便性。 實驗目的著重於簡易性和安全性,從不鏽鋼的相關文獻開始,分為十二個部分,經由實驗操作觀察,發現含有硫酸根的溶液,在不鏽鋼中電解後和錳離子反應成桃紅色的硫酸錳,最後選擇9V的電壓及5%的硫酸鉀溶液為合適的檢驗工具;進而設計檢驗的試紙,ok繃為合適的材質,經由實驗的設計,電解時加1毫升的水於檢驗試紙中,即可檢測不鏽鋼含錳情形。 最後實際測試不鏽鋼產品,檢測實驗的可靠性,從SGS的檢驗報告和研究的實驗結果進行核對,發現確實可以使用此實驗方法檢驗不鏽鋼產品含錳量是否過高。

剖析巡天資料庫檢驗星系顏色隨紅移之演化

藉由史隆巡天系統(Sloan Digital Sky Survey;以下簡稱SDSS)對147,920個星系的觀測,Dr. Iskra Strateva等人(Strateva et al. 2001;以下簡稱 S01)發現紅移(z)小於0.3的星系可分為偏紅及偏藍兩族群。並且,假設星系距離愈遠、紅移愈大則視星等愈大,S01分析推論偏紅的星系族群紅移愈大則愈紅,符合都卜勒效應結合哈伯定律對紅移的預期;偏藍星系族群則紅移愈大愈藍,與並不能單純以都卜勒效應解釋。S01解釋高紅移的偏藍星系族群恆星形成較活躍,多新生成大質量的恆星使得星系整體色澤趨藍。 S01分析並未直接採用星系紅移數據。因星系亮度與紅移的相關性尚受其他要素影響,使得S01的結論仍有不確定性。我們下載SDSS提供的573,688筆星系紅移數據,發現該樣本不論是偏紅或藍的星系,皆符合紅移越大越接近紅色的趨勢。

海流玄機~探討不同海岸條件對離岸流的影響

本研究藉由資料蒐集了解離岸流的成因與影響,並透過實地探訪得知旗津地區離岸流的概況,發現民眾缺乏離岸流知識,在身處海島國家的我們應是一項警訊。 研究中發現在海岸前灘旁出現有低凹處的沙灘較容易出現離岸流,當波浪與海岸沙灘的夾角越小時會較明顯。波浪較大時、海水深度較深及沙灘的坡度較大時,離岸水流也都會較強。 我們經實驗發現:離岸流通常會在離岸邊一段距離的位置出現,在不同條件下出現在離岸邊的距離並不一樣,當海水較深或波浪較大時離岸流出現的位置會較靠近岸邊,值得注意。發現如果設置離岸潛堤,離岸流會在離岸邊較遠處才發生,顯示設置離岸潛堤有阻擋離岸流出現位置的效果。

誰在糞便中穿梭?-校園中的糞金龜

校園中的二種糞金龜為地道型之糞金龜,分別為三瘤糞金龜及紅斑糞金龜。二種糞金龜皆有性別二型性,雄成蟲頭上有角,而雌成蟲則無角;在雄性糞金龜中又有形態二型性,體型較大的雄成蟲有角,體型較小的雄成蟲則短角或無角。二種糞金龜成蟲不同體型之雌雄配對,育兒糞團的數量與親代體型大小無顯著相關。體型較大且有角的雄蟲協助雌蟲築巢,會增加育兒糞團的重量及體積。若交配完即移走雄蟲,在無雄蟲幫忙的情況下,育兒糞團的重量則與雌蟲體型大小成正比。體型較大的雄蟲與雌蟲配對能製作較大的育兒糞團,而較大的育兒糞團能培育出體型較大的子代。所以,二種糞金龜的雌雄成蟲合作築巢之行為皆可增加其生殖成功。

造飛機追風趣

本研究主要是在探討影響吸管飛機飛行遠近的因素及探究吸管飛機的飛行原理。我們自製發射器,並探討紙環材質、紙環形狀、紙環寬度、紙環周長、機身重量、重心位置及發射角度對吸管飛機飛行距離的影響。我們的研究結果如下:紙環材質選用不易變形的護貝雲彩紙;紙環形狀以正方形最好;紙環寬度需前環窄後環寬;前環周長需比後環周長小;機身不宜過重以及重心位置必須在中間位置最佳;而在我們的研究條件下最佳的發射角度為5度~10度。我們也發現吸管飛機能飛翔升空的原理是因為傾斜的紙環改變了氣流的流動方向,而被改變方向的氣流會施予紙環一反作用力,故吸管飛機能受到一向上的升力。

古代工程師巧思-製作精準的投石器

透過六年級「簡單機械」中的槓桿原理製作一台小型的投石器,來瞭解是否真的能像「王者天下Kingdom of Heaven」電影中的投石器那樣神奇,一投就能準確的命中目標。閱讀過其他人所做的研究,我們決定不以彈力來做力的輸出,而以載物的重力來當做力的輸出,以改善彈力不穩定的問題,以達到精準投擲,並用這次科展來實作驗證。 第一、二個實驗,利用改變載重和抛出物來探討,抛出物落地的距離。 第三、四個實驗,利用改變載重和抛出物的力臂來探討,抛出物落地的距離。 第五個實驗,利用改變投石器的高度來探討,抛出物落地的距離。 第六個實驗,利用投擲桿的角度來探討,抛出物落地的距離。 第七個實驗,瞭解影響我們製作的投石器準確度因素,並加以修正。