全國中小學科展

探究精神獎

借風使舵~氣流飛機任我控

空氣的流動會形成風,藉由起風板前進產生的上升氣流,可推動由保麗龍薄片製作的氣流飛機向前飛行。本研究旨在探討影響氣流飛機飛行速度的因素,分別以手持和類風洞裝置來進行實驗,結果我們發現,氣流飛機在起風板上的最佳飛行速度並非單一速度,而是一個區間。不同起風板角度間有共同的安全飛行區間,若飛行速度控制在共同安全區間內,氣流飛機可在所有的起風板角度上安全飛行。另外,氣流飛機在起風板不同位置也會影響飛行的速度,下半部速度最快,正上方成功率最高,本研究建議將氣流飛機操縱在上半部,結合速度和成功率。起風板兩側折角能修正氣流飛機的偏移,讓飛機回正。若將起風板兩側向上折起30度,則可讓氣流飛機飛得更快且更穩定。

「皂」化弄豆-探討肥皂對綠豆生長影響及因應對策

作者利用不同肥皂與綠豆的關係來探討脂肪酸對植物的影響,藉由栽種的綠豆盆栽作為環境模擬因子模擬脂肪酸參雜在土壤後對於植物的生長情形、葉綠素、氣孔開闔率的變化。本研究顯示,不飽和脂肪酸含量高的肥皂會對於植物本體的生長情形造成較明顯的抑制,添加EDTA、CaCl2能修復肥皂對植物本體的生長情形的抑制。本研究自行開發「植物營養自動補充機」,使用 EV3作為控制程式,監控植物生長環境,以水質的三個變因做為監測對象:導電度計(µs/cm)、酸鹼值計(pH)、溶氧量(mg/L),監控到水質低於下限或高於上限時,透過自動加藥方式 (EDTA及CaCl2 ) 做出相對回應,改變植物水質生長環境。未來進一步研究讓植物修復因肥皂水所造成的生長傷害。

「漚浮泡影 」 --- 節能泡泡清污船的研究

靜水中產生上升水流,淨化生態養殖池或水族箱。據第一版阿基米德泵實驗發現阿基米德泵浮球對轉速和流通量影響不大,浮球可供泵浮力及作雜質上升軌道,浮球大小隨氣泵總重量調整。氣泵水流出口扇葉,支撐力低,產生阻力,製作過程應強化扇葉結構。集污斗導管曲率半徑大,除污效率佳。當打氣機的氣孔密度為3孔,對流佳,除污效率高。水深處的螺紋密度應疏以降低阻力。我們將設備改良為第二版氣泵,由於體積大效果不佳。經改良,我們設計出效能佳的第三版牛頓泵,實作後發現製泵時,泵出口位置低於水平面,讓出口角度與轉軸成切線,轉速快;在合理範圍內,打氣機氣壓強,排污量大。希望透過我們的研究,可研發出節能環保的「水池、水族清潔系統」。

金雞〝牡〞---廢棄牡蠣殼製作重金屬吸收發泡煉石之研究

本研究使用廢棄牡蠣殼,製作可回收、多孔隙的發泡煉石,吸附重金屬以解決水污染問題。由實驗可知,外層牡蠣殼粉末的吸附能力比內部珍珠層更佳。觀察顯微鏡,牡蠣殼的碳酸鈣成分經煅燒後會呈多孔隙狀態,具有更好的吸附重金屬效果,研判是表面積增加所致。 研究也發現pH=10有最高的重金屬吸收量。依據勒沙特列原理,鹼性環境有利於H2CO3⇌H+ + HCO3-正反應的進行,推測是牡蠣殼粉解離生成HCO3-,促進了重金屬的吸附。 自製發泡煉石確實能有效吸附重金屬並可重複回收使用,達到聯合國永續發展目標(SDGs)中SDG 6 淨水及衛生、SDG 14 保育海洋生態兩大核心目標。

「霾」在校園中的秘密—PM2.5對植物光合作用的影響

分析雲林四地區PM2.5濃度變化,發現在夏季最低,主要原因是西南季風擾動。而斗六地區明顯高於其他三鄉鎮,推測其原因為夏、冬盛行風向不同而導致PM2.5沉降於本身為丘陵地的斗六。再加上海風將麥寮五輕、六輕PM2.5細懸微粒吹向本身為畚箕地形所致。 在利用碘液變色法觀測PM2.5對植物光合速率之影響實驗發現,因 要剪下葉片影響植物生長,且裝置無法控制PM2.5濃度,加上用澱粉含量的變化來代表光合效率不易準確掌控;而利用氧氣生成和二氧化碳消耗較為直接,因而自製可換氣、控制PM2.5濃度、紀錄O2、CO2濃度。 在測定日日春和虎尾蘭兩種植物的實驗中發現: 植物會因為短期內處在含較高濃度的PM2.5 逆境,而改變其光合效率以「求生存」。比較兩種植物受PM2.5 影響光合速率結果發現,日日春受到的影響比虎尾蘭來得明顯,推測其主要的原因可能是PM2.5 會阻礙光照量,而虎尾蘭是室外耐陰植物所以受影響較小。

當三角形遇見圓—最大覆蓋率之探討

本作品針對圓覆蓋三角形面積率進行研究,探討不同圓半徑覆蓋於正、等腰三角形,當有最大覆蓋率時,圓心位置或範圍及覆蓋率為何。在正、等腰三角形r≤rI、r≥rO時,利用相似,求出範圍頂點位置及作圖方法;而在正三角形且rI

有機太陽能電池(OSCs)因製程簡單、可撓性高及成本低等特性而備受矚目。本研究除了致力於提升OSCs的元件效率之外,亦將聯合國永續發展目標(SDGs)融入研究之中。為了符合永續發展的精神,本研究以生物可降解、安全無毒以及生產便宜的永續材料,來取代目前OSCs所使用的環境有害及難以回收之材料與製程,讓OSCs從材料製程端就符合SDGs的技術發展與產品應用趨勢。台灣桂竹、功勞葉植物及菠蘿均是台灣盛產常見之天然植物,將其利用於製備螢光碳量子點作為OSCs中界面優化材料,能有效降低電子傳輸層之表面粗糙度、界面缺陷及串並聯電阻,讓OSCs元件的效率提升。研究結果顯示,菠蘿螢光碳量子點具有優化氧化鋅電子傳輸層特性的最佳能力,能使OSCs的光電轉換效率由12.76%提升至13.99%。

霧裡看花—探討不同因素對眼鏡光暈現象的影響

本研究想了解不同因素對鏡片上光暈現象的影響,並利用光暈型態的不同模擬大氣現象。 我們以霧(水)、鏡片、光這三個因素來探討集霧秒數、鏡片度數、燈泡種類和水珠大小對光暈現象的影響,並利用自製集霧裝置將霧珠附著於鏡片上,利用相機拍攝產生光暈,比對光暈現象的色彩鮮明度及對比度。 研究結果發現:當集霧秒數1-5秒,水珠大小介於 0.05 mm 到 0.12 mm間,使用LED燈泡和400 度鏡片,較能呈現明顯的光暈型態(對比度高)。當水珠大小為0.06 mm時能製造出「華」;水珠大小為0.12 mm時能製造出「暈」;水珠大小不均時,則會出現顏色不均勻的「華」。

防曬乳好蝦—探討防曬乳進入水體對黑殼蝦生長之影響

本研究主要探討人類使用防曬乳進入水體後,對水生生物的影響。我們將防曬乳分為物理性和化學性防曬乳,依據不同濃度加入水體之中,觀察黑殼蝦成長和存活率變化,同時也觀察魚缸水體的改變,藉此初估探討不同種類防曬乳對環境和水生生物的影響。實驗進行一共七週,我們發現化學性防曬乳成分可以誘發綠藻大量生長,而物理性防曬乳可以促使矽藻生長。黑殼蝦在1ppm化學性防曬乳存在的環境中,生長和存活率不受影響,但濃度太高仍然會抑制其生存。物理性防曬乳則不論濃度多少,對黑殼蝦的影響相較於化學性防曬乳都較大。所以我們建議如果要進行水上活動,最好可以是用化學性防曬乳產品,減低對水域生態的危害和影響。

倚「天」屠「龍」記-一種綠色經濟型替代保麗龍材料的研究與開發

傳統的保麗龍材料在製造過程中會釋放出有害的化學物質,並且無法有效地回收和再利用。本實驗使用天然材料製作的替代品更加環保和可持續,因為它們可以降低對石化原料的依賴,並且可以被自然分解。我們採用了一種新的製造方法,研發用最經濟的飼料硬質玉米和高粱加熱爆裂後,作為填充材料,並使用聚乙烯醇和硼酸作為黏著劑。這種方法適用於製造可避震、防火隔熱的材料,除了減少對石化原料的需求,也降低了製造成本。此外,我們還用了蛤蠣殼粉和無毒的清潔劑成分的無患子萃取液,這些材料都比保麗龍更加環保。本組產品呼應全球ESG永續行動,它可以減少包裝材料對環境的污染和傷害,同時具有更好的可持續性,為地球的永續循環經濟盡一份心力。