全國中小學科展

第58屆--民國107年

碳無關紙-自由基對碳粉色素之降解

由於影印紙過多而無法有效的再利用,探討以溶劑分離紙張纖維和碳粉色素,找出丁酮為最佳溶解碳粉之溶劑,但後來發現丁酮將色素析出後,無法把色素與紙漿分離。使我們轉向使用光觸媒將碳粉中的色素加以分解,並以吸光度作為濃度變化的指標。改變光觸媒的劑量以及紫外光的波長,觀察吸光度的變化,並求出分解色素的反應速率級數。 結果顯示,二氧化鈦在UVA的照射下吸光度呈線性下降(零級反應),而氧化鋅降解速率就差很多。我們把實驗對象推行至紙張上的碳粉,但紙漿含有二氧化鈦會導致無法做成再生紙,為了使觸媒再次利用,所以我們蝕刻燒杯,並鍍上二氧化鈦降解碳粉色素,結果確實可以兼具降解效果與排除溶液中多餘的二氧化鈦。

自製無人機監測模組及應用探討

本研究利用無人機可自主起降並執行任務,高度機動性的特點,自行發展一套即時監測系統,選擇市面上便宜且成熟的飛行載具,搭配各種感測器如溫溼度,MQ3酒精感測器、PM2.5空氣懸浮粒子偵測…等,先經重量評估後測試運行,再經重心計算,自製零件基座固定,PID測試、最後撰寫程式,將感測器資料即時透過無線訊號傳輸到控制端螢幕,除了能遠端即時監測數據外,並能降低零件成本,提高模組操作上的彈性。 實驗顯示本研究自製的無人機的自動化監測系統,能精準且迅速的取得各種監測數據,對於高空、災害現場或人員難以抵達等狀況將有助益。此外,運用無人機做為機動式監測站,將能有效補足現行定點監測站及人員稽核的不足,在未來應用更是無可限量。

三角蟹蛛雌蛛體色變異的探討

為了探討三角蟹蛛雌蛛體色的變異,本實驗分別進行野外調查、實驗室內飼養觀察體色變化、破壞蜘蛛眼睛觀察對體色變化的影響及利用蜜蜂誘引箱,觀察不同體色雌蛛棲息於與體色相近顏色花上,對其獵物是否真的具有隱蔽性。 實驗結果顯示,(1) 三角蟹蛛雌蛛在野外主要體色為白色及黃色;且白色比例較高,(2) 三角蟹蛛雌蛛體色僅能在白色及黃色間轉換;而且黃色轉換成白色所花時間較白色轉換成黃色所花時間來的短,(3) 三角蟹蛛雌蛛主要是靠視覺感應週遭環境背景色來轉換體色,(4) 不同體色三角蟹蛛雌蛛棲息於與體色相近花上對獵物 (蜜蜂) 的確具有隱蔽性,較不容易被其獵物發現,而增加三角蟹蛛雌蛛成功捕食到蜜蜂的機率。

啃山林不如與海爭地—浮屋的研究

臺灣是海島型的國家,位居於亞熱帶,大氣環流所帶來的豪大雨、淹水、土石流之災情可不小!加之西南沿海地層下陷,受水患之苦更甚,我們為什麼不仿效荷蘭在沿海之地建浮屋以解地狹人稠,無居而啃山林之苦? 我們模擬第一代浮屋遭受到強浪、海嘯、豪雨等破壞能量源,第二代浮屋模擬環島地形深淺不一的穩定度試驗,由下載的振動App軟體Vibrometer及 Mobizen Screen Recorder螢幕畫面錄影程式,記錄浮屋受浪衝擊下的加速度值及晃動至復原穩定的時間比較,浮屋確實可為本國居屋之考量,希望我們的研究能引起政府營建課等相關單位及建築業界的注意,讓所有在土石流警界區、地層下陷區的國人永遠脫離水患之苦吧!

磨刀霍霍

當需要進行車刀角度研磨時,往往需要消耗許多時間及較高的研磨技巧才能提升刀具研磨角度之準確度,因此、我們設計了一組「磨刀霍霍」車刀研磨附件(如圖1所示),此附件能做角度偏擺(Yaw)及俯仰(Pitch),搭配自製的鑽石砂輪裝置可直接安裝於車床上進行準確的刀具研磨。本研究運用分度盤分度的原理,能夠方便且快速調整所需要的角度。本研究以簡易、輕量化的方向設計,利用Inventor 3D繪圖軟體進行將零件設計、模擬配合檢查干涉,將其實體化並組裝進行測試。

正多邊形的圓舞曲

本研究討論正多邊形透過旋轉,產生內接正方形以及頂點相接的正多邊形,找出其中的特性。 我們發現邊長為a的正方形,其四個角落切去四個邊長為c的正方形,則內部剩下的空間可放入最大的正方形面積為a2-2ac。 若在邊長為a正方形中放入一個邊長為b的內接正方形,則原正方形內部的其中一個角落可以切去的最大正方形面積為(a2-b2)2/4a2。 正方形內部有一旋轉θ角的內接正方形,內接正方形與原正方形邊長的比值為1/(sinθ+cosθ)。 找出日本設計師三宅一生所設計132-5系列服飾摺紙的展開圖。 將正多邊形旋轉產生的圖形利用摺紙的方式摺出來。

隨波逐跡 - 探討超音波感測器在冷次定律實驗的應用

傳統冷次定律實驗,只能測量磁鐵進出鋁管的時間,得到其平均速度,極少討論磁鐵在鋁管中瞬時移動。透過Arduino操作超音波感測器及示波器,探討影響超音波反射波大小的因子和追蹤管內移動物體位置之可行性,發現當反射波訊號超過40mV即可啟動感測器,距感測器較近物體的反射波會先啟動感測器測距,因此超音波感測器具有最短測距的特性。以Python及Geogebra撰寫聲波傳播的模擬軟體,觀察到波的指向性受發射的口徑和頻率影響,可算出感測夾角。應用於自由落體及冷次定律實驗。最後,我們開發轉盤式與雙感測器式兩種超音波二維定位儀,測量半徑50cm內的物體,測量誤差可控制在1.1cm內。

用“心”

本研究利用幾何繪圖軟體,探索任意三角形建構的旁心連線三角形、旁心三角形、及其向外做的正三角形五心之間的性質,並用三角形全等及相似證明方式進行性質的證明。結果發現:1.旁心三角形之外心相連成的三角形必相似於旁心連線三角形,且為其1/2倍縮小圖,且此兩三角形之垂心必重合。2.旁心三角形之外心相連成的三角形之垂心必與原三角形之內心重合。3.任意三角形之旁心連線三角形無限增生將逐漸趨近於正三角形。4.任意三角形以各邊向外做正三角形各取相對應之三邊中點所連成之三角形必為正三角形。

由克拉德尼圖形探討會變的波速

本實驗以銅板、不鏽鋼板、壓克力板、膠合木片與塑膠瓦楞板,以雷射雕刻機切割不同直徑圓板來實驗,並以高中物理方式簡化克拉德尼圖形理論,並由各種材料的同心圓板振出克拉德尼圖案,找到與理論相近的實驗結果。 實驗中發現許多與高中物理課本中理論的矛盾之處: (1)若要用高三物理的直線駐波公式找到材料波速,需要經過重力的修正項。 (2)壓克力片只能振出同心圓的克拉德尼圖案,木片和塑膠瓦楞板則無法振出同心圓圖案。 (3)不論任何材料,頻率的改變皆會影響波速。 本次科展的過程發現,網路上多為金屬板的克拉德尼圖案,極少壓克力與同心圓板材的實驗數據,實驗後發現,各式板材的速率與圖形的變化與銅板稍有不同,可做為不同材料間的比較依據。

具調整座之汽機車兩用頂車架

本研究係針對一台「具調整座之汽機車兩用頂車架」進行設計、實作及測試,係結合操作較簡易之機車頂車架及汽修馬椅進行設計改良,而使此頂車架上具有可調整高度的調整器及可伸縮握把外,並加裝照明燈條及警示燈條。透過此「具調整座之汽機車兩用頂車架」之實作,除已於不使用調整器下針對光陽GP機車驗證頂車功能外,並已透過調整該調整器高度後針對福特Focus汽車驗證頂車功能,本創作之主要特色包括:(1)可適用於汽車及機車的頂車,(2)可使汽車頂車的方式更簡易及省時,(3) 可調整握把長度,(4) 具備警示功能,(5) 具備照明功能。 本創作之規格係針對小客車頂車,若欲針對較大客車進行頂車,就需參考本創作而修改作品規格另行製作適合該較大客車用的頂車架。