全國中小學科展

第57屆--民國106年

揭開隔震器的神秘面紗-應用3D列印進行曲面上滾球之消能探究

臺灣隸屬地震頻繁的地區,隨著台灣對建物造型與結構安全的意識提升,為能達到居住安全與舒適的功能,目前建物與文物保存已著重於結構中加設隔震系統以達到減震,因此國震研究中心投入相當成本進行耐震試驗,因此我們想透過本專題去探討此不同區面上滾球之消能效益。 本研究目的係利用機械加工與3D列印進行縮尺建物之耐震試驗,並透過不同變因的實驗組模擬不同地震波下與固定支承的對照組於位移、軸力與加速度上進行比較?並討論他們在實驗後各方面的特性差異並做比較。 藉由結果數據,以隔震盤半徑、建築物載重、地震波週期三點進行討論出隔震試驗之可行性,本研究隔震器於中週期、共振週期、載重2屬半徑20公分皆具有理想的減震效果。

從翻杯問題探究漢米爾頓路徑解析

此作品研究「若有M個杯子且全部朝上,每次翻轉N個杯子,討論M、N在何種條件下,可將M個杯子翻成全部朝下,讓每個0到M之間的朝上杯數,都翻過一次且不得重複出現(即為漢米爾頓路徑Hamiltonian path)?同時探討在符合某些條件的情況下,必會有Hamiltonian path並證明之。」我們以總杯數及翻杯數的奇偶性將其分成四類,以及初始向上杯數不等於總杯數,使用我們所研發的倒金字塔式轉化成Hamiltonian path,並找出其中一組共同的規律,以這樣的方式說明這些Hamiltonian path必有解。而當Hamiltonian path共有2的次方組解(包含唯一)時,其所有Hamiltonian path都會符合首尾相加現象。我們找出其中的規律並證明其唯一性,再將這些規律運用數學邏輯並加入排列組合因素,使用Visual C#寫出程式並執行,以圖形使用者介面呈現。

輕鬆種好菜-紅糟堆肥再生紙

近年來食安及老齡化問題日益嚴重,越發多人在室內自行進行種作;目前常使用的種作方法有著搬運不便及易造成環境髒亂的缺點;於是我們想創造紅糟堆肥紙這全新的種植法來讓人們能輕鬆種好菜。首先將富含營養價值的廢棄物馬祖紅糟製作成堆肥,觀察溫度、pH值、外觀判斷堆肥已完成;再測其碳氮比及發芽率,確認是否已腐熟而能種植。利用導電度控制紅糟堆肥及紙的比例在植物適合生長的範圍,透過製作再生紙的技術將紅糟堆肥摻雜進紙中;強度、吸水性及氮磷鉀含量顯示紅糟堆肥紙確實能提升養分並作為種植的基質。實際種作的結果可看出紅糟堆肥紙與現有的種植法效果相近,因此我們成功開發了新興環保便利的種作方式,這將能造福家中的長輩及主婦。

英文單字接龍之演算法探討

透過在程式上的設計,來探討不同方法之間玩英文單字接龍的差異及各方法的優缺點,並試圖尋找最長的連接路徑。

變「便」防禦~探討溫氏捕植蟎捕食及神澤氏葉蟎的防禦行為

神澤氏葉蟎為農作物重要害蟲,為了解「神澤氏葉蟎」與天敵「溫氏捕植蟎」的微妙關係,我們進行系列實驗。葉蟎雌性成蟎體型較捕植蟎大,體長分別為0.42±0.04及0.38±0.01mm,捕植蟎成蟎時期較長。捕植蟎隨機捕食,以前足作為捕食工具,卵為優先捕食來源。捕植蟎雌蟎,平均一生約捕食128.4個卵。葉蟎成蟎會吐絲織網,織網使卵存活率提升,同時也使葉蟎移動速度加快並便利大批遷徙。食物短缺時,葉蟎會於織絲網上集合成蟎球,隨風擴散到更遠區域。葉蟎會產生黃色及黑色兩種排泄物,實驗顯示黃色排泄物能使捕植蟎退避,降低卵的被捕食率。在捕植蟎出現下,葉蟎排泄物的黃黑比(1.97:1)轉為(3.8:1),藉由提高黃色排泄物的比例來禦敵,真是出人意料的防禦方式。

斷尾求生-大花咸豐草生存密技之探討

大花咸豐草在拔除時非常容易斷裂,無法連根除去,之後便快速重生蔓延,我們懷疑大花咸豐草很類似蜥蜴的斷尾求生。 本研究以假刺莧與龍葵做比較,進行莖拉斷力測試與再生能力實驗;以各種藥劑或實驗,使用顯微鏡觀察莖橫剖面與外皮。研究發現,方型莖內不連續不均勻的厚壁細胞與木質素使受應力不平均;分布於莖角落的厚角細胞使缺少彈性;完整明確的輸導組織增加支持力與硬度;莖節處橫向木質化纖維與不連續縱向纖維,使容易在莖節處斷裂;緊貼表皮的含木質素的輸導組織韌皮纖維團使表皮堅硬。此五點為大花咸豐草的斷枝機制。並發現大花咸豐草在演化上有木本植物的特性。這種以退為進,類似動物斷尾求生的斷枝方式,為大花咸豐草的生存密技。

蜂攻「唯」葉-火炭母草葉蜂(Argidae sp.)觀察研究

本研究做了約兩年。研究以室內飼養觀察火炭母草葉蜂為主,也進行野外觀察。研究牠的生活史及天敵(主要是寄生蜂),建立生活史的基本資料,供往後昆蟲教學及鄉土教材使用。所得成果如下:一、新北市新店地區的火炭母草葉蜂一年約有6個世代。二、卵的發育關鍵因素是在卵周圍是否接觸水分。三、幼蟲頭殼直徑會隨齡別增加而增長,較具有代表性。四、氣溫會影響蛹期變化,成相反的趨勢,且有以蛹的方式度冬的現象。五、成蟲具有多次交配的生殖行為。六、火炭母草葉蜂成蟲有不同的色型,會隨季節而有體色轉變的現象。七、天敵有蜘蛛、螞蟻、寄生蠅及寄生蜂。八、寄生蜂會寄生各齡的火炭母草葉蜂幼蟲,明顯會影響火炭母草葉蜂的族群生長。

奔跑吧!橡皮筋〜

橡皮筋在日常生活中很常見,用途十分廣泛,而且隨手可得,它的玩法有很多種,例如拿來玩跳高、做圖案,還是射擊遊戲…等。不管我們把橡皮筋拉多長,射出去的距離還是很有限。為什麼同學的橡皮筋可以在地上滾了起來?還有為什麼它可以滾得這麼遠?同學在射橡皮筋的手勢,果然是讓它在地上滾動的重要關鍵,而橡皮筋發射器在中間的支架,正好證明了我們這個想法。在力與運動的單元裡,橡皮筋形狀的改變程度越大,相對地產生的能量就會越大。可是為什麼撐高9公分的橡皮筋,滾動的距離反而會不如撐高6公分的遠呢?橡皮筋的彈性曲線和落地角度幫我們解答了這些疑惑。

千「銅」難除,「藻」知道

本實驗探討小球藻在不同變因下吸附Cu2+的能力,並比較活藻與死藻的吸附能力,控制變因包含接觸時間、Cu2+濃度及吸附劑(藻類)的克數。再將不同接觸時間代入動力學模型分析吸附行為。 結果發現,活藻與死藻吸附的最初5分鐘,吸附能力高達85%,而吸附能力甚至隨時間拉長而增加;金屬濃度及藻類克數變化也與吸附量呈正相關。在動力學模型方面,活藻在擬二級方程式有良好的線性關係,以擬二級動力學模型能解釋活藻的吸附行為;另外死藻在三種動力學方程式皆有良好的線性關係,適合解釋死藻對銅離子的吸附行為。而在等溫吸附模式,活藻與死藻在Langmuir、Freundlichz方程式皆有良好的線性關係,皆能解釋其吸附行為。

新式污水處理複合材料-結合薑黃素與幾丁聚醣清除水中有機物和重金屬離子

本研究結合薑黃素與幾丁聚醣,消除水中有機色素與重金屬離子、淨化水質。利用薑黃素光降解、可螯合重金屬離子之特性,並解決薑黃素金屬錯離子在水中無法分離之困擾,結合幾丁聚醣作為環保載體,探討各條件下薑黃幾丁聚醣膜降解有機色素及吸附重金屬離子之效果,使用薑黃泡綿針筒抽濾法,更是直接提高吸附速率與效率。有機染料Black B、Cu2+、Cr6+(Cr2O72-)消除率分別為 99.52%、94.47%、99.17%。 進一步運用分光光度儀檢測原理,以便宜的光電二極體裝置,結合全天然、無毒、生物可分解的薑黃幾丁聚醣泡綿,研發出『高效率、低成本、即時檢測』的一套自製有機物降解暨重金屬離子吸附之自動循環系統,只需循環20分鐘,有機染料Black B、Cu2+、Cr6+(Cr2O72-)消除率分別高達99.41%、94.38%、99.03%,效果極佳。