全國中小學科展

第57屆--民國106年

嘩啦啦與淅瀝瀝~水柱變水滴的探討

因在走廊上躲雨時產生了疑問,而展開這次水柱變水滴研究,首先我們製作一個可以提供不同水柱流速及不同直徑水柱的水箱,此水箱在進行水柱流動時,它的水面可以維持在同一個高度,利用照相機拍下落下水柱的照片,我們觀察到落下的水柱會有三段不同的變化,分別是穩定水柱、擾動水柱及水滴。我們發現,水柱初速越快穩定水柱越長、水柱直徑越大及表面張力越小,都會使擾動水柱越長,而水滴大小存在一定的極限值。

風力罩得住酷旋發電機

本研究共設計十二個實驗,探討垂直型風力發電機如何將各方吹來的風充分利用,首先設計能減少風力扇葉轉軸轉動摩擦力的軸承,接著製作導流罩以收集所有吹進來的風並提高 磁動生電的轉換效率。我們製作的風力發電機將來自四面八方的自然風有效利用,具積少成 多的集風特性,輸出電壓可達30V以上,並能針對鋰電池充電,發揮以時間換取空間的特殊 功能,且因為體積小,非常適合於臺灣地狹人稠而且風力不強的環境。我們將自製的發電機實際應用在學校走廊、樓梯間以及樓頂進行發電,可以提供夜間照明,達到自給自足的綠色能源目標。

光之黑影吸引力—具牛頓光環的LED集魚燈

本研究利用折射與凸透鏡原理,以電腦繪製牛頓環透鏡所需之尺寸,訂做Lens I及Lens II兩組透鏡,整合LED光源,完成具牛頓光環的LED集魚燈具。其中Lens I由內而外為暗環、亮環、暗環、亮環之光型;Lens II則反之。本實驗目的是:為瞭解魚群對水下光線的行為模式,故設計三種實驗(光線明度、特殊光型、顏色敏感度),以觀察魚類在水下對光型的反應行為與習性,繼而提出以特殊光型設計LED集魚燈以取代傳統燈具之建議,以達到節能減碳之目的。本研究發現,當魚群習慣環境中同一強度的光刺激後,便會逐漸的離開強光區,並在明、暗交界處逗留及徘徊,因此,可藉由具牛頓光環之LED集魚燈具,在海下營造出明、暗相間之光型,實現光之黑影吸引力,取代傳統高耗能的集魚燈。

道同互相為「蒙」—蒙日定理共點共線共圓的問題探討與推廣

正如本研究作品名稱「道同」互相為「蒙」,本研究以三圓蒙日定理「平面上三個圓,彼此的外公切線交點共線(蒙日線),彼此的內公切線交點與另一圓圓心的連線共點(蒙日點)」以及相關共點共線為基礎,推廣至n個圓、球、多邊形與多面體等,發現只要圖形互相「位似」,均可作出代表它們的「蒙日點」、「蒙日圓」,及一般位似圖形的「蒙日形」。同時,也透過其位置與各圓半徑、圓心座標的關係,進一步發現更多共點共線及共圓的性質,其中最令人驚豔的是圓分堆的蒙日點共線性質:「平面上 n 個外離圓,任意 k 圓的蒙日點與另 n-k 圓的蒙日點,必與此 n 圓的蒙日點共線」,推廣至空間中 n 球的蒙日點依然成立,又 n 圓(球)分堆亦具有蒙日圓(球)重合性質。

窮則「便」 「便」則通 小小創客 自製樂高手機光譜儀及Arduino RGB LED 光度計

為了解決妹妹在科展中,無法精確測定蝶豆花液濃度和抗氧化力的問題,因此想自製手機光譜儀及光度計。在製作簡易光譜儀的過程中,發現影響光譜清晰度的變因,因此設計實驗進行探究,經過三次改良後,製成設有試樣槽及手機支架的樂高手機光譜儀,能清楚拍攝到汞黃色雙線,且測出的蝶豆花吸收光譜波峰的位置,和國外研究報告相近。接著利用RGB LED、Arduino板、OP放大器、樂高積木等材料,製成具有加蓋試樣槽的SMD RGB LED光度計,並利用圖像積木化的S4A程式,編寫內建波長換算RGB值公式的自動化控制介面,可自動測出最大吸收波長,測出的結果也和國外報告相近,進而編寫檢量線公式的自動化控制介面,可自動測出待測蝶豆花液濃度,測出的結果誤差值約1-5%。

光知道你「濃」我「濃」

本研究將探討不同波長的光線在水中的吸收現象。因為不同波長的光在水中行走後強度會有不同程度的衰減。為了要模擬不同深度的水深,本研究使用兩片相互平行的平面鏡放入裝滿水的玻璃缸兩側,讓藍、綠、紅雷射光在此兩片相互平行的平面鏡中進行多重反射。最後再量測藍、綠、紅雷射光在此兩片相互平行的平面鏡中行走的距離與最後出射光的強度。經實驗結果發現藍、綠、紅雷射光在水中走固定距離之後,藍光的衰減最少,紅光衰減最大。此外,這套實驗裝置還可以擴大應用來量測稀薄液體的濃度,使用多次的反射來增加光行走的距離,可增加稀薄溶質吸收光線的能力。實驗結果顯示使用此多次反射吸收裝置可以量出0.05 wt%糖、0.05 wt%鹽以及0.00004 wt%亞甲藍的濃度。

健「鹼」happy蛋~健康皮蛋新面貌

皮蛋是我們喜愛的食物,但具有獨特的色澤和風味,並含重金屬,因此多數外國人望而生畏。在研究中,我們先了解市售皮蛋製作方法與原理,再自製不含金屬的咖啡、胡蘿蔔、苦瓜等共8種改良雞蛋皮蛋,過程中我們先以光照檢測蛋白是否凝固以找出適合的浸泡天數,再更改浸漬液pH值以及溫度。我們發現不添加金屬化學藥劑,咖啡皮蛋pH為12,室溫約25℃時,浸泡12到14天的製成率最高。當pH為13,室溫約17℃浸泡21天,咖啡皮蛋的製成率最高,胡蘿蔔其次,且外觀極剔透漂亮。浸漬液pH13所需的浸泡天數較pH12少。室溫25℃所需的浸泡天數較室溫17℃時少。在硬度測試方面,當pH為13,室溫約17℃浸泡21天時,咖啡、苦瓜、胡蘿蔔皮蛋硬度均較高,觸感也較Q彈。

由彩虹現象談雨滴形狀、大小、終端速度

藉由探討彩虹之形成,逆向思考反推形成雨滴的條件。

『量』麗世界~探討自製可彎曲硫化銀量子點敏化太陽電池製備條件之研究

以不同來源的銀材料,經化學沉積法沉積硫化銀於可彎曲材料,探討影響自製可彎曲硫化銀量子點敏化太陽能電池(以下簡稱Ag2S QDSC)。建議製備條件:0.8M AgNO3(aq) + 0.4M Na2S(aq) 製備沉積4層硫化銀量子點,搭配添加幾丁聚醣製成之糊狀電解質處理,正極材料使用少層奈米石墨稀,相較於其他處理組,具有較佳效能。使用銀線作為串聯之材料,可降低其中之電阻,增加其效能,串聯2組電壓為1.02V,可驅動數位時鐘,串聯3組電壓為1.64V,可驅動計時器。

涇渭分明--河川分界的奧妙

在亞馬遜流域中有兩條河,哥倫比亞的內格羅河,其溫度為28℃且流速大約為0.56m/s,與祕魯的索利蒙伊斯河,其溫度為22℃且流速大約為1.39m/s,兩河匯流後會形成一道很明顯的分界線,長達6km。本研究想要探討當兩河道在不同的流速、密度與溫度下,其匯流距離有何變化。 我們製作兩個河道,分別為主支流、副支流,並將黑色顏料加入主支流,再使兩支流匯流,並流入主河道。改變各項變因進行實驗,再透過電腦軟體判斷匯流距離並探討其關係。