全國中小學科展

第58屆--民國107年

酒矸英雄

堆積如山的廢棄金門高梁酒瓶沒有妥善回收,是金門的棘手問題,危險又危害環境。 從實驗發現:以廢棄高粱酒瓶碎粒取代砂子,對水泥砂漿試體的抗壓結果,實驗組強度均高於對照組,所以酒瓶碎粒可取代砂子。且實驗組吸水率均較對照組低,即使梅雨季,牆面也不易潮濕,又可達到耐久使用的需求。由文獻發現:砂與玻璃碎粒的主要成分皆為二氧化矽,但玻璃無氯離子,可避免有「海砂屋」疑慮。 因此,以酒瓶碎粒取代砂子,既可達到廢棄物減量,經過循環再利用,又可重新賦予酒瓶新生命,降低材料成本,符合海島型氣候的金門特色綠建材。 金門高粱酒一生鞠躬盡瘁,「始」而後已,不僅是創造金門經濟奇蹟的「酒國英雄」,更是打造環保綠建築的「酒矸英雄」。

走進「複式槓桿的巧妙世界」 創新「0」元施力工具

本研究可說是『學以致用』和『知難行易』的代表作。又因所用材料全是廢棄物再利用而得名「0」元施力工具。 開學了,每天同學開啟教室裡高窗上的月牙鎖,既費時又危險鏡頭又出現了! 這學期自然課第一單元巧妙的施力工具(槓桿):它告訴我們槓桿有可以改變方向、加大移位的功能,正好可以運用它來研發可以解決控制高窗月牙鎖的難題,終於研發出簡單巧妙的施力工具。 ◎本研究採二階段方式進行: 第一階段:直接面對、邊做、邊學、邊修正的務實作法。 第二階段:根據第一階段的成果,去追求它的基本學理、實際操作,以及本施力工具功能的分析,有條不紊的整理與檢討。學生也因此領略『知難行易』的道理。

家家有污水槽,溪水環境更美好 -開發智慧型家庭污水處理槽系統設計之研究

本研究以家庭污水做為研究對象,根據專家說明,污水處理效果要好,需精確掌握好氧菌的數量及停留於污水槽內的時間,藉助科技輔助,設計一套智慧型家庭污水處理槽系統,藉此遠端監控家中排放的污水處理狀況。 研究結果顯示: 1、能建置一套有效能的智慧型家庭污水處理槽系統。 2、能提供使用者利用手機來遠端監控家中戶外之家庭污水處理槽系統。 3、能讓使用者利用手機來了解家庭污水排放水質數據是否符合排放標準。 4、能提供家庭污水二次再利用之系統建立。 5、能建立一套節約能源的智慧型家庭污水處理槽系統。 期望藉著家家有【智慧型家庭污水處理槽系統】的理念推廣,並傳逹守護河川的環保概念,呼籲更多人關心水的關係變化並珍惜水資源。

制震阻尼系統在縮尺建物消能運用之初步評估探討

台灣位於歐亞地震板塊間,地震頻繁,近年由於高樓林立,結構物耐震日形重要,國內外研究中心相繼投入相當成本進行相關試驗,因此我們想透過本專題去探討藉由在縮尺建物中安裝制震阻尼系統,紀錄結構之減震效益。 本研究目的電腦繪圖與雷射切割進行制震阻尼系統設計,配合多款感測儀器設備進行縮尺模型之耐震試驗,並透過實驗模擬不同地震波下,比對制震阻尼系統模型之位移、軸力與加速度是否有相同之消能效益趨勢?並討論他們在實驗後各方面的特性差異並做比較,依結果數據,以「適用範圍」、「經濟效益」、「減震程度」三點進行評估探討,本研究之制震阻尼系統中於中週期高阻尼元件安裝2/3層樓以上皆具有理想降低地震力損害。

當單擺遇上共振~實驗探討單擺在共振時發生順逆轉現象

老師在實驗影片中介紹了傅科擺,引起本組的興趣,想到若設計單擺加共振會如有何結果。本組根據構想設計了「單擺共振儀器」來進行實驗,選擇擺長長度、不同質量的擺錘為變因,利用調速器調整懸吊單擺之橫桿週期,並將實驗過程錄影,再以Tracker分析影片,求得橫桿的週期及擺錘運動軌跡、順逆轉等數據。本組發現:當單擺的週期與橫桿週期接近時,單擺的擺錘會明顯的出現越盪越高,而後繞著中心旋轉的現象 ,其軌跡產生由橢圓→圓→直線→橢圓→圓→直線的重複運動,好像李薩如圖形。另外,當單擺的擺動週期與橫桿的週期相近時,單擺的擺錘運動會在橫桿的振幅處,發生順逆改變的情形,即擺錘的運動在平面投影,本來順時針旋轉會瞬間變為逆時針旋轉。

南投細懸浮微粒觀測及探討

本研究發現南投空氣在秋冬時的PM2.5數值比台中還要高且嚴重,而嚴重程度竹山>南投>埔里。現在開源且分享的氣象及空污網站已經可以讓我們追蹤PM2.5的擴散及特性,無論是LASS系統的空氣盒子或在地空氣品質網站的微型測站數值趨勢及濃度變化都和環保署測站有共同的變化。而懸浮微粒(包括PM2.5及PM10)、溫度、濕度都會影響能見度。 而南投的多山地形,也影響了PM2.5的擴散,白天谷風出現時,也是外來污染物進來的時間,海拔1600公尺以上的山區,亦會在風向的影響下,也會受到PM2.5的危害,故PM2.5的問題值得全體國民重視,因為沒有人是局外人。

電場下的極限運動-水滴帶電量之探討

我們嘗試製作穩定電場,以電源供應器對靜電棒供電,並連接靜電環、鐵球來產生穩定電場,以此裝置觀察水滴在電場下的裂解與運動軌跡;實驗結果顯示:一、經過靜電環的裂解水滴,其帶電量與質量之比值與水滴半徑-2次方成正相關。二、靜電鐵球周圍的裂解水滴,帶電量與表面積成正比,表面電荷密度應為定值。三、液滴的表面張力會影響液滴體積大小,但不影響其表面電荷密度。四、體積愈小的水滴,受靜電力的影響會比重力更明顯。

步步為「贏」─鋸木塊遊戲之探討

本研究探討在n×n的方格表中,如何進行鋸木塊遊戲才能獲勝的方法。我們透過觀察、尋找關係與樣式、猜測、檢驗與論證的探究過程,發現在鋸木塊遊戲進行過程中,由鏈碼的樣式可提供定向的作用,使玩家快速找到角落封閉點、邊封閉點、內封閉點及必勝路徑。此外,我們也發現在3×3、4×4、5×5、6×6…n×n的鋸木塊遊戲中最多可切的單位數公式為(n-1) × (n-1),並找到在3×3、4×4、5×5、6×6… n×n的鋸木塊遊戲中最多可切的單位數的遊戲路徑及必勝切法。最後,我們也提出在3×3、4×4、5×5、6×6…n×n的鋸木塊遊戲中可快速結束遊戲的必勝策略。

探究『本原畢氏三元數組、直角△內切圓半徑及多角數』之關聯與延伸

此作品研究「本原畢氏三元數組與直角△內切圓半徑為自然數所對應三邊長亦自然數,及多角數三者之間的關係。我們先由本原畢氏三元數組經由推導過程,找出本原畢氏三元數組(a,b,c)中的生成元m、n與直角△內切圓半徑r之彼此關聯性;其次,藉由生成元m、n與多角數之通式導出彼此連結性;給定任意的直角△內切圓半徑,其中三邊長為本原畢氏三元數組,其生成元為m、n,則可找到第y個k角數等於b∕4,反之亦成立,所以三者彼此關係都與生成元m、n息息相關。另外,我們發現多角數與多角數間之關聯和雙曲線有關,利用線性變換之矩陣解以坐標表示,並從遞迴關係式再找下一組解。」再由觀察這些解的規律性,延伸探討雙曲線上的格子點問題。

不同性質之切削液對於陶瓷刀具壽命之影響

這個研究選定由氧化鋁粉未,添加少量元素,再經由高溫燒結而成,其具硬度、抗熱性、切削速度比碳化鎢高特性的陶瓷刀具,以Trim T112002C、Blaser HC5與CPC 31C等不同切削液,利用台中精機Vturn-20E CNC車床以0.1mm/rev的進給率與1mm、1.5mm、2mm與2.5mm的進刀量,在1000rpm的切削轉速下,車削每支S45C圓桿工件體積31416mm3,並利用Mitutoyo S-3000表面粗糙儀量測切削工件的表面粗糙度,藉以檢測刀具壽命與產品的切削品質,來探討不同切削液對切削性能之影響。 結果中發現刀具進刀量多,刀具壽命減少,但其表面粗糙度也隨著進刀量的增加而降低。Blaser HC5與CPC 31C切削液下的車削加工製程,在1000rpm的切削轉速下,比Trim T112002C切削液下的車削加工製程,至少提高刀具的切削壽命分別為10.9%與28.3%,更有效地降低工件表面的粗糙度,提高產品品質。