全國中小學科展

第56屆--民國105年

「啡」咖文創產品

咖啡是全球第二大貿易商品,僅次於石油;在台灣除了基隆未種植生產咖啡之外,其餘各縣市的山區都可見到咖啡樹的蹤影[註1],沖泡完的咖啡渣殘留量非常龐大。本專題以廢棄咖啡渣添加於聚乳酸(PLA)材料製成PLA咖啡渣複合材料及製造PLA咖啡渣3D列印拉條的可行性。 實驗結果顯示,利用咖啡渣之多孔結構及咖啡油脂,製備PLA∕咖啡渣複合材料,可以製成厚度3mm試片杯墊成品,但欲製成厚度1mm的飛盤模型卻失敗;製成PLA咖啡渣3D列印拉條時,只有PLA+1%咖啡渣複合材料3D拉條能順利製作成杯墊產品,實驗說明PLA∕咖啡渣複合材料應用於3D列印材料是可行性,有別於市面上PLA加入咖啡香精製造的3D列印材料,可以將廢棄咖啡渣再利用,具有環保教育意義。

搶救台灣國寶石-螺溪石的辨識及其特性之研究

螺溪石產於濁水溪流域,是台灣唯一適合製硯的國寶石。本文試著爬梳文獻典籍,透過製硯大師的專訪,到龍神橋、雙龍橋下進行田野調查,並對螺溪石與溪中的頁岩、砂岩、石英岩、礫岩等性質,予以比較研究,總結辨識螺溪石的七種方法。研究發現,螺溪石的岩性為頁岩,部分為輕度變質的泥質板岩。螺溪石的礦物組成與排列成片狀,片狀形態的結構以二氧化矽為主,片狀尾端的結晶形態則為磷酸鈣的結晶體,這是螺溪石所具有的獨特針鋩。由於針鋩的分布均勻、縝密,所以容易下墨與發墨。磨出的墨液易被宣紙吸附,色澤也比其他溪石更黑。實驗顯示,螺溪石的墨液在室溫約-6.8℃左右會結冰,符應文獻中對優質硯石「歷寒不冰」的讚美。

九點圓與尤拉球

我們使用GGB製作動態圖形觀察「九點圓」,並利用3D立體圖視功能將九點圓進而推廣至三維空間。首先,我們會先介紹何謂九點圓,並證明這些由三角形建構出的這特殊九點確實共圓。其次,我們將平面推廣至空間,同樣利用GGB的操作觀察在三維空間中九點圓形成的尤拉球,並且延伸至不同圖形尤拉球的探討;在研究過程中我們發現了【第七屆旺宏科學獎:空間中的九點圓與尤拉線】也有探討類似主題,但是我們採取不同觀點卻發現不同的結果,最後我們也用數學式證明了我們的發現,過程中我們證明四面體、八面體、十面體、十二面體中的尤拉球,並藉由觀察進一步推導出多面體與尤拉球的邊與點的關係式。

「聲」獲好「頻」--探討影響紙喇叭音頻變化之因素

我們知道紙喇叭有擴音效果,聲音的三要素包含音色、音頻、振幅,本組想進一步研究紙喇叭對音頻分佈變化的影響。先了解市面上紙喇叭的類型及特徵,探討聽感與音頻分佈之關係,了解不同材質、長度和形狀對低、中、中高音頻分佈變化的影響。將通過紙喇叭出來的單音,以軟體轉化成頻譜進行分析。 研究發現,低音頻實驗長度的影響大,長的紙喇叭共振效果佳。中、中高音頻實驗紙材的影響大,瓦楞紙適合製作中、中高音頻效果的紙喇叭。 白棉紙40cm三角形低頻效果佳,具家庭劇院音感,適合聆聽熱門音樂。瓦楞紙20cm三角形,能提升響度展現中音頻音質特色,適合聆聽人聲及管絃樂。白棉紙40 cm四邊形及所有瓦楞紙紙喇叭,聲音清晰乾淨,適合聆聽長笛或洞簫等音樂。

煞住一時、幸福一世

「安全」是生活之中的重要基石,人們也越來越懂得重視各項安全,但仍常因為疏忽,而不經意的危及生活中的「安全」。我們希望透過現代自動化科技,來補強人為因素所造成的「不安全」。基於這個理念,我們針對嬰兒車的煞車系統做改變,將其傳統的人為煞車改為電子自動感應煞車,當嬰兒車操作者的手一但離開便能自動煞住,避免有無法控制而滑動的機會,使尚在襁褓之中的嬰兒,坐在嬰兒車中能更為安全,讓每個父母親都能夠安心地陪伴自己的寶貝。

溝渠發電-廢棄腳踏車變形微型川流式水力發電機

研究利用廢棄腳踏車設計與製作微型川流式水力發電機,研究目的:首先研究最佳發電線圈,其次製作水平發電機,設計水輪機,最後完成微型水力發電機。研究結果:漆包線直徑0.5mm繞1000圈,中心為木心、線圈直徑6.0cm發電效能較佳。利用最佳線圈製作的水平發電機在磁鐵盤速度20Km/h,功率約84W。微型川流式水力發電機在水流流速3.5公尺/秒,磁鐵盤速度30Km/h時,發電功率約220W。在灌溉溝渠實際測試,在水流流速0.9公尺/秒,磁鐵盤速度10Km/h發電功率14.5W,足夠提供4個12V的LED電量,具實用價值。台灣有溪流或水圳都可設置川流式水力發電機,降低生態影響、提供環保發電方式。

拋物線與直線的邂逅

研究拋物線的切線求法,發現拋物線切線的三個有趣定理,再從拋物線的切線求法中,重新思考多項式函數與切線之間的意義,引入切點代表重根的想法,算出切線方程式、極值與反曲點,以此替代微分方法求切線。 接著由切線延伸到弦,以此發展幾個問題,如:弦交角問題、中心轉弦問題 …。進行更深入的探討,求出問題的解答。 最後焦點放在拋物線的弧長上,希望利用以上探討,與阿基米德的窮盡法,進一步的求出或推估出拋物線的弧長。

魔力!摩力的考驗-紙類摩擦力之探究

本研究從時間與重量來探討紙張與拖鞋的摩擦力。研究結果發現如下,第一:在互相夾疊中,紙張所夾面積大,厚度較厚,摩擦力較大。如所夾面積大的0.24mm影印紙,負重最多;所夾面積小的報紙與0.1mm影印紙,負重少。第二:報紙、0.1mm影印紙在斜面(25度)上,摩擦力較大。第三:紋路會改變摩擦力。在斜坡中,摩擦力小的0.19mm影印紙,貼各種紙紋路,摩擦力變大。5平方公分紙條(共10條)直排(順著下滑方向)摩擦力最大,10平方公分紙條(共6條)橫排摩擦力最小,且各式直排方式改變摩擦力較多。第四:利用50度斜面來測試拖鞋鞋底紋路摩擦力。粗糙面下,水量多,人字拖鞋大;未噴水,珠光皮拖鞋大。光滑面下,水量多,橡膠人字拖鞋大;未噴水時,黃色室內拖鞋大。

鳥鳴鶯啼-探討鳥笛的製作與推廣

從六上翰林「聲音與樂器」我們學習到製作樂器的方法,加上看到路邊賣的「水鳥笛」及為了想「引鳥出洞」而動手利用竹子來製作不同的鳥笛。本實驗是從鳥笛的結構,探討吹嘴(長度、角度、位置)、竹體(長度、內直徑大小、厚薄)、氣窗(形狀、尖銳度)三者與頻率、響度的關係,以及三者彼此互動的關係。研究顯示,吹嘴內直徑與氣窗內直徑相同,吹嘴黏貼處0.9cm、角度30度吹出的頻率最大。竹體外殼越薄,頻率越大。在鳥笛的應用情形,有材質不同的鳥笛、拉桿鳥笛、指孔鳥笛。材質以PVC水管頻率最大,紙捲筒最小。拉桿鳥笛上下拉動空氣柱長短,指孔鳥笛控制指孔面積大小,都能吹出美妙的樂曲。最重要的是「急難救助拉拉笛」的發明,更是令人感到驚訝!

秀髮飄逸種是行~馬利筋與鷗蔓超級比一比

種髮是中空透明的管狀結構,種髮長度越長,種髮帶著種子飛行的距離越遠。種髮數目愈多,可以在空中停留較長時間。溫度和濕度會影響種髮和種子重量,乾燥炎熱的夏天果實成熟時,剛好適合種髮帶著種子飛行。馬利筋果實較大、種子數較多,種髮與種子重量接近,在空中能停留較久時間,在人為環境裡,容易發芽生長。鷗蔓的種子雖較大較重,但種髮較長,在強風時種髮可以帶著種子飛行較遠的距離。在海邊或開闊山區風都很大,所以鷗蔓的種髮還是可以承載種子,飛到很遠的地方傳播。鷗蔓種子發芽率很高,可以適應惡劣環境及土質,加上果實平均離地高度較高,增加被風吹送的機會,所以種子數量雖少但仍在繁衍上具有特殊優勢。