全國中小學科展

第57屆--民國106年

難民救星~全自動水質淨化系統

在非洲有60%的病人因飲用水的問題患病,導致每年有 180 萬名兒童死亡。為了改善水質我們尋找適合的濾材比較過濾成效,並製作過濾器比較淨化效果,除了最基本的改善水質外,我們也努力的研究如何降低成本、加強淨水效能、操作方便性及實用性來製作淨水系統,希望藉此能幫助到許多無乾淨水源飲用的可憐難民。

桐飛風舞—桐花旋轉之研究

我們觀察到桐花落下的旋轉情形,設計實驗來分析旋轉的因素。吾以樂高機器人製作發射器,高2.8公尺,進行各種模型落下的實驗,發現: 1. 平面模型落下會亂飄,無法形成旋轉。 2. 利用花瓣彎曲或增加花萼重量(重量為花瓣總重量2倍以上),讓模型穩定落下,形成氣流壓力差,成為旋轉的動力。 3. 發現花瓣越長,越易旋轉;三角形花瓣也優於長方形。 4. 花瓣俯視為右上左下重疊是順時針方向,左上右下是逆時針方向,我們也用氣流的分力來分析轉動因素。 5. 利用電扇,製作旋轉模擬器,以雷射光與光學感應器來記錄桐花模型旋轉的歷程,分析出3片花瓣的模型不易啟動,但轉動的末速度最快。 我們摘取櫻花、杜鵑花、雞蛋花、小雛菊,也發現它們都有順時針旋轉狀況。

「果」然「罩」得住

生物吸附是利用某些死亡動植物體來鍵結、吸附的技術。其特點為來源取得容易、價錢低廉,而且吸附殘渣易經由焚化法妥善處置、減少廢棄物量。本實驗主要在探討烘乾後的果皮對吸附空氣中懸浮粒子的效果,結果發現:使用平板式衛生紙的果皮濾心效果較好。為了改善濾心保存問題我們以化學處理流程來改善,並進行材質鹼化等處理。除了對丙醛及乙醇有相當好的吸附效果外,以太白粉替代粉塵也能有良好效果,達到綠能、環保的效果。 我們自製儀器搭配Arduino裝置,能有效偵測並且吸附乙醇及丙醛氣體,最後建立一台即時偵測檢測儀器能吸附有害氣體的循環系統,800秒能有效吸附PM2.5濃度為1000μg/m3。

找頭「序」—Flat cube的平移遊戲的解法之探討

一、 我可以從K值判斷完成狀態的首卡奇偶性及是否可解,也可以判斷從某種牌卡 狀態能否經過有限次移動變成另一種牌卡狀態。當牌卡狀態的K值奇偶性相同,則可經有限次移動完成變換,若奇偶性不同,則需改變首卡奇偶性才能完成。 二、 我找到三階段(偶數張牌卡)及二階段(奇數張牌卡)標準解題流程(以6張卡為例)可將任何牌卡排成完成狀態。 三、 利用號碼平移的方式,在找到一組牌卡的移動最少步數後,一併找出其他組的最少步數,簡化牌卡情形。 四、 5張卡及6張卡的操作過程可作為奇數張牌卡及偶數張牌卡的基本模型,隨著牌卡數增加,只要不斷增加首卡連號數量即可,此兩 種牌卡數之餘卡則固定為3張及4張。

光電拔河罩得住--指針感應拉鋸電流的追日系統

將兩片太陽能板同極對接並改變光照條件,以產生不對稱的光線後,便能在太陽能板之間產生拉鋸性的電流,設計追日旋轉系統: 1.利用斜口遮罩外觀配合光栅板的疏密與長度,便能與光線強度產生幾何的關係 2.四片兩組(前+後、左+右)光電板,可產生拉鋸電流來控制二維立體的追蹤馬達 3.以雙向指針電表作為追蹤控制的切換開關,靈敏度遠優於微型馬達的啟動電阻 4.電表開關可控制外部電源啟動追蹤馬達,或切換將光電板發電回充至外部電源 以上組合設計,產生高靈敏度的追蹤效果可適用在平行光(太陽光)與非平行光(散射光)。實測發現:在日照10000Lux以上,光線偏斜10°以內就能感應產生追蹤效果且誤差在±3°以內,相當靈敏且精確。

鐵人三棲特種部隊-探討毛足大龍蝨習性、分泌物及動物行為

毛足大龍蝨屬於完全變態類的水中昆蟲,幼蟲三齡,卵到成蟲的發育日數約為 91.19 天。 成蟲為肉食兼腐食性,是食屍性分解者中很有效率的清道夫,主要是靠嗅覺來搜尋食物; 幼蟲是獵食性,性情兇猛俗稱水老虎(water tiger),主要是靠視覺及觸覺來獵取食物。 雄蟲前足跗節所特化的三節有類似吸盤(附著器)的功能,附著器的構造共有四排,每排有兩顆,也有三顆,上面佈滿很密的剛毛,藉由吸盤及毛的特性使得交配順利進行,吸力約 0.266牛頓。雄雌成蟲皆會分泌的藍白色液體,為水溶性,水中的大肚魚平均約 51 分 35 秒開始受影響,平均約 18 分 32 秒赤蛙科蝌蚪開始游速變慢、身體扭曲最終到昏迷,推論此分泌物可能對於脊椎動物的神經系統(對於神經元的離子通道)有不良的影響。

球球相扣—球內接正多面體的定值問題探討

本研究是將平面上正n邊形與其外接圓上一動點P之間的定值問題推廣到空間中。我們藉由Geogebra繪圖軟體發現以O為圓心,作同心圓C1、C2 且半徑分別為R1、R2,並作C1的內接正n邊形,再以圓C2上一動點P為圓心作圓C3且半徑為r,再作圓C3內接正n邊形。當反向時,連接兩兩頂點的n條線段會共點。除此之外,O與P和連線的交點亦會共線,而這性質在空間中也會成立。

預測山崩否?以我們的故鄉九份為例

九份地區是個依山面海的山城,地形陡峭、雨量豐沛,人為開發過度,是屬於山崩高危險群地區。每遇豪雨,常使九份發生部分山崩,引發居民恐懼與不安;但若我們事先知道多少雨量的豪雨可能會造成山崩,事前做好預防,不但可以減輕災害,亦可緩減居民的恐懼與不安。本研究利用兩年的野外實察,找出九份山崩地點的坡度、坡向、地質構造、人為開發等因子,建立起九份地區的山崩目錄,據以推測九份聚落潛在之山崩危險地帶及其模型;並運用Excel的羅吉斯回歸分析得到其山崩比方程式,推測當地雨量每增加10mm,其山崩比增加10.29倍;且雨量累積至67.5mm,就可能有部分山崩的危險機率;若每日雨量累積至234mm,則發生部分山崩的機率幾乎是100%。

正規正矩

本研究主要探討將多塊長、寬不同的矩形拼成一塊大的正方形的情形。在圖形結構為 5 塊矩形時,我們分別討論了用等差數列、等比數列、費氏數列作為五塊矩形的長、寬的情況。在討論完圖形結構為 5 塊矩形的情形後,繼續去探討圖形結構為 1~4 塊矩形以及圖形結構為 6 塊矩形甚至是結構為 7 塊和 8 塊矩形的情形。

埋鍋造爐,火箭爐的研究與探討

火箭爐是聯合國在非洲地區推動的節能設備,其原理類似中國傳統燒柴的爐灶。我們回到學校在安全的角落搧風點火,利用三個鐵罐的組合自製火箭爐,並改變了我們對燃燒的想法,原來三個罐子的簡單構造就能讓煮飯變得簡單、容易。動手改裝讓火箭爐的高度有所改變,爐口彷彿火箭般噴射火焰,還伴隨著強勁氣流的「咻、咻」聲,原來煙囪效應、二次燃燒及白努利定律能讓燃燒變得不一樣。