全國中小學科展

第56屆--民國105年

土壤微生物監控

土壤微生物是地球上生態系中不可或缺的分解者,更是推動各種元素循環之基層生物。為了永續經營大自然的理念,以及更了解我們人類所依附的土壤,本研究主要目的是調查校園中相鄰兩區域土壤中微生物相的相似程度,並探討微生物數量變化與環境理化因子(溫度、pH值與雨量)的關聯性,找出優勢菌種並進行DNA定序。本研究結果發現土壤中同時存在有益植物生長及有害人體的微生物。此外,經由微生物數量變化與環境理化因子圖表製作與分析,發現土壤微生物的數量多寡和土壤環境溫度、pH值及含水量多寡相關。若持續調查土壤微生物相,未來將可應用於農作物的栽培,使其更能順應季節的變化以及減少病蟲害。

流水的「傑作」~探討河道中曲流的形成及其影響

本研究藉由學生對大自然中河流的現況感到好奇,透過實驗了解曲流的形成,並探討曲流對河道的影響,提出改善曲流對河道沖刷的方法。 實驗探究發現:河道坡度和寬度、水流量大小、流水沖刷時間及泥沙顆粒大小都會影響曲流的形成。河道坡度、水流量及泥沙顆粒越小或過大時,都不易出現明顯的彎曲水流。也發現寬度越大、坡度適中、水流量適中、泥沙顆粒0.42-1mm或1-2mm、再加上沖刷時間越久,曲流越容易形成。 實驗中發現彎曲度較大的曲流或是曲流位在坡度較大的河道中,曲流對河道沖刷的影響特別大。 最後發現在曲流凹岸設置防護措施,可以明顯減少泥沙被侵蝕的量,也可使水流改變流動的路線,不但能改善曲流彎曲度避免擴大,還能使原本彎曲的河道慢慢變直。

Euler’s disk的影像和光

我們用300fps的高速攝影機拍攝Euler’s Disk的實驗影片,分析各圓盤的旋轉時間,旋轉時的進動角速度Ω、自轉角速度ω、盤面傾斜角度α與時間的關係。發現直徑厚度皆大的黃銅盤對玻璃板時間最長。我們也在實驗時打光,利用反射光分析可得較精準且較小角度的α。雖然僅少數圓盤可成功,我們亦錄製圓盤旋轉敲打平板的聲音,分析旋轉時的進動角速度。

「堤」心吊膽----突堤效應之強弱變因與減緩之方法

臺灣,是一個四面環海的島國。對於我們,海外的貿易是十分重要的一環,於是人們便發展了許多對外的港口和捕撈海洋資源的漁港。而在這一切看似美好之時,嚴重的保育議題如雨後春筍般,不斷的浮現出來。只是人們一直忽略它,直到一發不可收拾之時才重視,時至今日,全台西部的海岸線除了經長期規畫的都有明顯的縮小幅度,尤其突堤效應更為明顯,所以我們注意到了此議題,便想藉由此次實驗,來深入研究有關此議題的問題所在與解決之道。 大致上我們從實驗知道了幾點: 一、只要在岸上有突出之海堤,突堤效應是無可避免的,我們只能減緩之。 二、突堤在不同大小、角度等等,實驗出來都是不一樣的結果。 三、消波塊在對減緩突堤效應並不是完全無效。

聽蛤蜊在唱歌-蛤笛樂器之研發

本研究以廢棄蛤殼研發四種蛤笛,第一種熱熔膠吹口蛤笛、第二種蛤殼面鑽洞蛤笛、第三種吸管蛤笛、第四種是氣切片蛤笛;發聲原理是往薄片吹氣可產生邊稜音,隨後與蛤殼腔體共鳴而發出聲音,再利用指孔洞產生不同音調。其中以第四種氣切片蛤笛利用熱熔膠、塑膠薄片及透明膠帶就能自製5種以上音調的蛤笛。研究結果發現,指孔洞總面積越高則音頻越高;蛤殼容積越小則音頻越高;氣切口面積越小則音頻越低;氣切片材質越厚或層數越多則彈性越差,音頻會越低;吹氣量越強則音頻越高;指孔洞位置與音頻無關;氣切片黏貼位置因手握蛤殼手勢之故,建議貼在蛤殼長側邊的位置。本作品已申請專利,製成商品義賣,製作方法及吹奏歌曲有上傳影片提供大家參考使用。

因緣際繪

這次科展是觀察地板磁磚的拼貼方式而得到的靈感:是否存在一種方法可將磁磚封閉區域內的正方形數量算出?先簡化題目,從最小的封閉區域-對角線算起,發現對角線經過的格子數與長方形的長、寬和長、寬的最大公因數有關。再把封閉區域變大,為找出規律,將區域內的格子分紅、藍、黃三部份討論,並把這三部份格子數相加所得的算式,整理成簡潔公式。隨著封閉區域變大,我們用同樣方式觀察,推導出許多類似的公式,巧妙的是公式間也有規律,可彙整成一個完整公式。最後運用逆向思考推導出適合任何情況的T公式,讓研究結果從特殊化變為一般化,適用範圍更廣泛。將此公式帶入長方形的長寬以及封閉區域起點終點移動的距離,就能算出封閉區域的格子數。

茭白卷

使用茭白筍(學名:Zizania latifolia)葉之農產廢棄物取代木材製做紙漿,採用硫酸鹽法製漿,化學製漿主要方法是把纖維素纖維藉由脫除木質素反應釋出而分散之,而本研究就是探討脫除木質素的反應動力學與反應最適時間之研究。以過量反應物添加法來求出脫除木質素的反應級數,並以不同反應溫度,求得反應活化能,與測定卡巴價來求得最適反應時間,以利了解茭白筍葉紙漿漂白難易及單位時間反應去除木質素之程度。本研究特色於利用造紙業界對卡巴價(Kappa number)之定義取代複雜的木質素定量,同時並以作圖法找出反應級數的合理設定,闡明過量反應物添加法的實作方式,並計算出最適蒸解時間,幫助欲以非木材或茭白筍葉漿之工廠製程改良與反應器設計。

即刻救援

筆者將2005亞太數學奧林匹亞(APMO)試題第四題,延伸題幹情境,將「一個在邊界上之起火點」的條件推廣至「任意位置之多個起火點」,並討論單位時間內搶救數大於1、改變棋盤條件及改變火勢蔓延方式等情況的燃燒數,再推廣至空間系統。在每一種情境下,試著找出最佳的搶救方法、歸納最小燃燒數的規律並證明其皆為最佳的策略,而後發現當起火點數(f)為s個,單位時間內搶救數(d)為1時,燃燒總數b=k(n-k)+(n+1)(h+s);d為2時,火勢被三面包圍之燃燒總數為b=k(k+s)+(4s+1-⌈k/2⌉)⌈k/2⌉+(2s-⌈k/2⌉)⌈(k+1)/2-⌈k/2⌉⌉+(s2-s)/2;而其他條件下,最佳搶救方法的燃燒規律、燃燒數皆有相關性。

粒“力”皆辛苦~探討顆粒長短對擊球的影響

因為在桌球課堂中,發現同學們準備的不同桌球拍影響了球的彈跳軌跡,因而引起我們想要一探究竟的好奇心。在考量經費有限及架設的需求,動手自行設計發球機,運用實驗室器材設計固定板及自由釋放裝置以利穩定發射。並藉由改變兩側輪胎轉速差來製造穩定直球及旋球。透過噴覆石墨噴漆使乒乓球及拍顆粒面具有導電性,進行錄音取得接觸時間,同時搭配慢動作錄影分析速度來分析不同長短拍面對球的彈跳影響。發現,高速球之下各拍面與球的接觸時間有明顯差異,且其下方的海綿厚度影響頗大。斜向入射時,反彈後角度較入射前減少,且長顆粒拍面的反射軌跡改變最大。更在右旋球垂直向下時,展現出馬格努斯效應。讓我們對於各種拍面有了基本認知。

給未來一個呼吸空間─遠距動畫式二氧化碳與煙霧警報器

本研究探討自製溫室煙霧模型箱中,觀察不同濃度二氧化碳以及煙霧量與溫度之關係,透過S4A軟體所顯示的電壓值,配合感測元件測得在不同氣體濃度中的輸出電壓,製作動畫式二氧化碳與煙霧警報器進行遠端監控,並結合手機應用程式達成即時監測的目的。透過實驗,我們獲得以下結果: 1. 當二氧化碳濃度升高時,模型箱內的溫度會隨之升高,此時二氧化碳偵測元件(MG811)電壓值則會出現下降情形。 2. 當煙霧濃度增加,煙霧偵測元件的電壓值會上升,且在加溫過程中,其溫度上升較無煙霧更明顯快速。 3. 透過電腦軟體S4A將實驗過程數位化、動畫化與遠距化。 4. 將研究結果連結手機應用程式,透過藍芽傳至手機,使偵測數值以動畫式呈現於手機,並能夠進行遠距即時偵測。