全國中小學科展

第57屆--民國106年

用燃燒救地球-微波誘發電漿與穩駐貧油火焰

燃燒過程中定義燃料與空氣混和比例為「當量比ψ」。ψ0.29時得到的淨能量為正值,因此加入微波後ψ=0.29~1.0皆能有效節省能源。

看見聲音賽跑-聲速測定

我們用壓電片、示波器,設計直接測量的方法測聲速,並成功測量。 實驗一:測量溫度對聲速的關係,並驗證經驗公式v=331.45+0.6T。 實驗二:測量頻率對聲速的關係,發現頻率對聲速有影響。 實驗三:以固定頻率正弦波測量聲速,可以成功測量。並發現溫度與聲速成正相關,但各數據與理論值有等比例的差異。

回來吧!我的飛牌!

撲克牌的飛牌原理是利用作用力施力於撲克牌上,使撲克牌沿作用力的方向產生移動,且在移動的過程撲克牌本身必須產生自我旋轉,如此撲克牌才能穩定的飛行。以橡皮筋拉力產生作用力於撲克牌上,使撲克牌產生飛行的情況下,施力角度有一定的範圍,太小或過大都會使撲克牌無法穩定飛行;適當的阻擋點,可以使撲克牌產生不同的發射旋轉中心,改變撲克牌的飛行速度與飛行角度;橡皮筋拉力愈大,飛行速度愈快,飛行角度偏移愈小;撲克牌重量愈重,飛行速度愈慢,飛行角度偏移愈大。發射仰角愈大,撲克牌飛行距離會從愈來愈遠而反轉飛回愈接近的發射撲克牌的位置;同時考慮飛行速度、發射仰角、傾斜角與旋轉角,才有機會使撲克牌飛回接近發射點。

類暖雲雲滴成長之探討

高空中的雲總是型態各異,千變萬化的,但水氣在高空的成長、變化實在是難以直接觀測,而大氣觀測方法不外乎是探空氣球、氣象衛星、雷達等,但就我們學生來說,要使用這些設備並不是如此的可行。 所以我們嘗試在高中實驗室所允許的條件下進行實驗,也就是模擬出高空雲滴成長的變化,藉由閱讀文獻、實驗模擬、電腦分析等方式,來了解暖雲雲滴在高空中凝結成長的行為,把藏於高空中不易觀察的現象在實驗室中呈現出來,實驗結果顯示,凝結核的存在對水滴的形成是非常重要的;凝結水滴經由合併成長使粒徑增大,且粒徑頻譜分布隨時間會呈現M型化的特徵。

「塵」風盡堊–探討空汙粒子擴散特性及口罩對其防範效果

近年來霾害對台灣影響嚴重,南臺灣又因各種因素而使霧霾擴散不易,影響我們的吸呼品質,因此決定了解空汙粒子的特性,以及口罩對其的防範效果。本研究中,我們利用紅外線反射偵測的空汙感測器和電阻式溫溼度感測器來探討空汙粒子的擴散運動。透過布朗運動的原理了解空汙粒子的傳播情況,並加入濕度參數來做討論,其研究結果發現若空汙粒子濃度越高,其單位空間的擴散速率越快,而所需的平衡時間越長。從實驗中,我們也證明布朗運動中的擴散係數D值不隨著初始濃度和濕度而改變,可視為一個定值。最後我們測試了不同口罩對空汙粒子的阻隔性,發現對空汙粒子的防禦力為:活性碳口罩=外科口罩=口罩中層>>布口罩>口罩內層=活性碳碳層>口罩外層。

環保分離槽---「油切」~水分離模式

在吃完營養午餐後,同學清洗餐具,總會讓油膩膩的水流入水溝,對環境影響很大。因此,我希望能使用安全又有趣的方式來改善污染問題。首先觀察油、水的特性,瞭解油會浮在水面的原因,於是進行簡易分離槽的改良研究。本實驗探討在不同條件下影響油水分離的各種因素,最後製作「環保油水分離槽」,並且改進它的缺點,讓「油切」---水分離出來。改良後的「環保油水分離槽」排水速率 14.56 ml/s,油脂截留效果可達到 100 %,對降低水源污染有很大的幫助。我們也改良環保油水分離槽,製作「顏料過濾槽」和「污水過濾槽」。顏料過濾槽能讓溶液照度平均增加533.44 lux;污水過濾槽沉澱物清除率為 90.84 %,能讓大量的水再循環使用,藉以達到節約用水的目的。

以形態特徵探討台灣產微安蛛屬(安蛛科:蜘蛛目)之親緣關係研究

本研究針對台灣特有種之安蛛科(Anapidae)微安蛛屬之蟎微安蛛(Enielkenie acaroides Ono, 2006)進行親緣關係研究。目前微安蛛屬僅1屬1種,體長約0.8mm,是台灣已知最小的蜘蛛。利用東亞地區安蛛科類群共7屬12種,以28個形態特徵進行支序分析,研究結果支持東亞安蛛科為單系群,並首次提出東亞安蛛科之親緣關係樹,分析結果顯示微安蛛屬之姊妹群為三個屬:Comaroma、Conculus 和Sinanapis。研究也發現世界現存的Minanapis為多系群,中國的M. menglunensis (Lin & Li, 2012 )可能為未知的新屬。另外我們也在宜蘭冬山發現Pseudanapis aloha,為台灣的新記錄種。

土壤液化好發區對地震加速度歷時圖和PGA的影響

2016年2月6日高雄發生芮氏規模6.4的地震,引發土壤液化造成嚴重災情,引起我們關注。我們以五次規模6.0以上的地震作為研究對象,進行大數據分析,繪製各測站之震波和最大地動加速度(Peak Ground Acceleration,PGA)隨震央距遠近衰減圖,以探討土壤液化對加速度的影響。根據我們的研究,得到以下結論:(1)測站若為砂性土壤,在震度大於3時容易出現雙峰波形,即代表土壤液化;(2)土壤液化好發區會使震波呈雙峰型、PGA變大,對環境造成更嚴重的破壞;(3)在PGA隨震央距遠近衰減圖中,出現雙峰波形的測站通常會高於趨勢線,且圖中其他高於趨勢線的非目標測站的震波也容易呈雙峰波形;(4)綜整上述三點,本研究建立一套台灣環境與土壤保護機制,未來將大幅提升國內居住品質。

無「髮」無天—自製毛髮濕度計的可行性與影響之因素

本研究旨在探討毛髮濕度計的製作與改良,探討毛髮濕度計在生活中使用的可行性,以及影響毛髮濕度計偏轉的因素,並改良減少毛髮濕度計誤差值的方法。結果發現:經運用光槓桿原理改良的第三代毛髮濕度計,其偏轉角度約為第二代的一點七倍,且約為第一代的八倍,可大幅降低毛髮濕度計的誤差值,提升毛髮濕度計測量的精確性。本組所製作的第四代縮小版光槓桿毛髮濕度計,可使用更短的頭髮來進行實驗,增加使用的便利性。本組也發現染劑與頭髮添加物會破壞頭髮的角蛋白結構或是使水分無法順利滲入頭髮,使得偏轉角度變小。因此建議在製作毛髮濕度計時,應選用沒有使用染劑及頭髮添加物(例如:髮膠、髮臘)的頭髮,以提升毛髮濕度計的準確度。

果皮資材之再利用─水果纖維作為醫藥原料的探討

本研究挑選四種臺灣常見水果,分別探討果皮纖維及果皮甲醇萃取物再利用的可能性,期許提升農產品廢棄物之價值及改善肥胖問題。經體外測試及動物實驗發現:柚子皮纖維和菱角殼纖維吸附植物油及豬油能力均良好,未來極具開發為減重相關之保健食品的潛能。另外分析果皮甲醇萃取物之總多酚含量,並進行清除DPPH自由基與抗發炎能力等測試,結果顯示:果皮甲醇萃取物中以菱角殼與柚子皮所具有的多酚類抗氧化物質最多,且這三種果皮清除自由基能力以及抗發炎能力良好。其中菱角殼在多項試驗結果均有最佳表現,若能與有機農法結合發展,不僅能將果皮再利用,開發成相關保健食品,更能提升果皮經濟價值、兼顧生態環境保護。