全國中小學科展

第58屆--民國107年

甜蜜方程式-探討網球拍甜區尋找方法及握拍方式

我們採用不同架設並結合力度計記錄握把及手腕處的受力變化,找出網球拍甜區內的重要三點:節點(NODE)、碰撞中心(COP)及強力中心(COR),協助初學者快速找到甜區並了解適當落點對手腕的重要。首先,由回復係數得知強力中心位於拍面的喉區中央;再來,以懸吊(鬆握)及連結手臂(緊握)兩種方式,分別搭配慢動作錄影及力度計找到三種握位下對應的碰撞中心位置,並模擬單擺運動,得到碰撞中心距離與週期平方的線性關係式,作為鬆握與緊握的甜區範圍參考。在節點實驗中,由能量守恆找出節點位置,與手測結果相符。最後,發現三點中又以碰撞中心最能降低手腕受力。因此,建議初學者採鬆握短拍方式,不僅甜區上移、放大,擊球強度獲得提升,也有效增加手腕舒適度。

光耀「鱟」世—金門三棘鱟自體螢光現象之探究

鱟在海洋悠遊4億多年,牠能存活至今的謎團尚未完全揭露。本實驗利用形態學、化學分析、物理力學和微生物學等方式探究三棘鱟(Tachypleus tridentatus)自體螢光現象。 首次發現鱟受紫光(400nm)照射會有自體螢光現象,且鱟殼內的膠、柱狀支持性構造亦有螢光表現。接著,以有機溶液對鱟殼螢光物質作萃取,並分析萃取液中的光譜特性,得其可吸收405nm光源並發散出480~490nm的藍綠螢光。進一步利用薄層層析法比對蠍子的螢光物質,結果顯示鱟殼中螢光物質的Rf值與β-咔啉相近。最後,依螢光物質分布位置和《本草綱目》曾記述鱟殼入藥,設計耐壓及抑菌兩功能性實驗,證實鱟殼中螢光層具有物理、化學屏障功效。我們衷心期盼本研究能吸引世人目光,並喚起大眾共同保育金門三棘鱟!

綠能舒適樂活遊-威爾斯渦輪與避震發電的完美組合

為了尋找環保能源,我們從事回收避震動能的研究:利用簡易材料設計組裝,將避震作用時液壓往復流動所產生的動能,推動威爾斯渦輪發電,成為複筒式液壓避震發電器,並就現有的基礎加以改良,有了新的發現: 1.控制適宜的扇葉盤外徑、葉片數量、葉面阻推點、葉片厚度、通氣比等,可以有效提高渦輪運轉效率。 2.調整發電負載所產生的阻尼強度,可提供不同程度避震強度的需求。 3.複筒式的雙向水流,可以有效提高渦輪轉動的連續性 實測發現:發電負載與避震強度的相互作用,可將避震時消耗掉的動能轉化為有用的電能儲存,過程中還能達到舒適騎乘與環保無碳的目標。可說是小兵立大功,解決能源問題,更帶來舒適與安全。

金箍棒變身-鐵棒在外加磁場下磁致伸縮及側向調控

本研究利用光學方法中的光槓桿原理測量鐵棒在外加磁場下的工作特性。而本研究分為四大部分: 第一部分是探討鐵棒及不鏽鋼棒的磁滯曲線;第二部份是將鐵棒及不鏽鋼棒通入直/交流磁場並觀察其工作特性;第三部分是進行磁致伸縮應力的測試;第四部分是用強力磁鐵給予鐵棒二維側向磁場並觀察其工作特性。 和壓電晶片相比,磁致伸縮材料能量較大、可接受之頻率範圍較廣,因此成為現今科技中的主要應用對象,未來希望磁致伸縮材料可以運用在聲納、消震器及電鑽上;而運用側向磁場來進行調控的部分,則希望能運用在高精密電子儀器及變壓器的消音上。

臺灣極端酸雨與鹼雨之時序分析與探討

從環保署2015~2017年報中,全國酸雨(pH值小於5.0)比例最高在萬里及觀音站,全國鹼雨(pH值大於7.1)比例最高在崙背站。經統計分析後,我們發現以下結論: 一、 觀音和萬里站都是離海近且較無當地污染源的背景站,酸雨的污染源應是外來的,冬季的致酸汙染物可能藉由東北季風到達臺灣,使得酸雨比例高達90%。 二、 鹼雨的原因主為工業化學排放的物質所造成,也可能與降水量、PM2.5、PM10有關,研究分析得到崙背鹼雨與降水量、PM2.5、PM10的相關性偏弱,可能和其他原因有更強烈的相關性。 三、 強降雨事件發生時,雨水酸鹼值和降水量、PM2.5、PM10的關係更為微弱。

成為母親:探討母職體制下女高中生及其母親的抗拒與接受

研究者從Rich的研究中理解母職作為體制是一種壓迫,並從女高中生及母親的角度出發,探討已具有生育能力的女高中生,為何不被普遍認為應該為了日漸低迷的生育率「貢獻」,而其是否仍受母職體制的壓迫?藉由質性訪談描繪出受訪者的想法,探討其所受到社會及家庭的影響。最後研究者發現其回答深受母親影響,母親的價值觀又是源於母職最根本的壓迫,如她們雖已初步具有女性意識,回答多半將之視為孩子主要照顧者;而多數女高中生不僅對自身生育無深入思考,也因為受到母職體制和台灣社會普遍不認同此現象的影響,認為其雖已具備能力,目前仍不適合生育孩子。綜而言之,母職雖已因社會變遷而有所鬆動,但整體而言仍無法在短時間根除。

遠端自動化-農田監控警示系統

本研究目的在建立農田自動化遠端監控警示系統: 1. 利用感測器測得環境狀況,當數值超出警戒範圍,自動作出應對措施(例如灑水)調節環境 2. 手持裝置遠端顯示測得數值,並作出歷史趨勢圖,當數值超出警戒值時發出警示 3. 雲端同步儲存測得環境數值 4. 測得環境數值進行迴歸分析,預測未來變化趨勢 以「低成本」、「操作簡便」為方向,使用Arduino裝置檢測作物環境的「土壤濕度」「光照度」、「空氣溫濕度」和「pH值」﹔Google表單儲存測得數值﹔應用程式Blynk即時監控警示;使用迴歸分析,做出趨勢預測。預期此系統可提升農夫工作效率,降低成本。

「鋅」花怒放-鋅金屬花電析之研究

本研究是利用電流的化學效應,在乙酸乙酯與硫酸鋅溶液之交界面,生成如花朵般薄膜狀的鋅金屬結晶,命名為鋅花。並在各種變因中找尋最佳條件,以製作出平面,光亮,樹枝狀的電析成品。最後,試用廢乾電池之鋅殼作為主要反應物,以簡易方法製作鋅花,達到結合環保、科學、科技與藝術的生活應用。

穿針凝水—利用針尖除溼集水

本研究藉由仿生沐霧甲蟲,利用物理方法設計針尖除濕器,探討不同種類針尖、不同針尖長度與其除濕能力的關係,並將設計的除濕器與市售除濕劑的比較。研究結果發現當在相對濕度為99.9%時,使用針灸針當作針尖,除濕能力可比市售水玻璃優良,且將針灸針的針尖噴上防水噴霧後,其除濕能力更是可媲美市售除濕劑「克潮靈」。而在測試相對濕度90%時,發現將除濕器通電可大幅提升除濕能力。又「克潮靈」所收集到的水為弱鹼性,若倒進土壤易造成傷害;水玻璃則在還原使用時需大量耗能,但本除濕器克服兩者缺點,使除濕過程不需大量耗能且收集到的水可重複使用,非常符合環保的需要。

溫泉我的家~藏在陽明山底下的秘密

陽明山溫泉最常見的是青磺、白磺和美人湯(鐵磺)三種,日本溫泉外觀像白磺但偏鹼性,跟北投白磺差異大。我們測量溫泉的總溶解固體量(TDS)、酸鹼值(pH)和鹽度(S),並偵測硫化氫(H2S)毒氣。同時以雨水、海水做比較,發現兩者都會影響溫泉TDS變化。溫泉中若含鹽分,如青磺,TDS會很高,青磺的TDS是白磺的20倍左右。白磺有臭雞蛋味,硫化氫反應最明顯,青磺其次,泡湯時一定要保持通風;溫泉溫度若上升,TDS也跟著上升,TDS上升,是否可預測火山地震的發生?這是值得追蹤的課題。溫泉粉跟真溫泉差異大。青磺可取代稀鹽酸幫助水管暢通;青磺泡太久,對髮質的傷害比雨水還大;青磺、白磺會生鏽加速,這可能是電器壽命低的原因;泡溫泉有助減肥、除蟲,有益健康。