全國中小學科展

團隊合作獎

「氣蓋山河」 --- 氣壓式流化床餵食器的研究

本研究應用流化床以迴風使固體顆粒懸浮的流體原理,改良振動式餵食器,分析粒徑5mm飼料的阻塞因素,發展降塞策略。研究成果有: 1. 阻塞因素是環狀堆積會縮小出口,並促成最密堆積而不易崩落。 2. 飼料桶漏斗提供內側吹風管及中央迴風圓筒,提供向下出料壓力及向上迴風懸浮力,可達最佳出料速率(4940顆BB彈/秒)。 3. 本研究之最佳結構為: a. 圓柱形料桶:直徑12cm,高度30cm,漏斗口直徑2cm。 b. 中央迴風圓筒:直徑6cm,迴風口距漏斗口3cm。 c. 吹風管:水平角度45度、吹口距漏斗口1cm。 4. 出料動力參數為統內顆粒空間密度0.22g/cm3,風速16.7m/s,堆積壓力4g/cm2(5/8筒高)時,可達吹風出料,停風停料的效果。

懸臂樑的聲學震盪與力學震盪—鐵尺的探究與實作

去年我們在全國物理探究實作競賽被淘汰,主題是鐵尺的磁機械振盪器,賽後我們決定試著把它研究清楚。最初我們以為鐵尺的振盪行為類似繩上的駐波,但後來發現,鐵尺其實表現出懸臂樑的運動特徵。懸臂樑在建築學、結構和材料力學中很重要,在尖端科學的 AFM、STM、MEMS中也有應用。我們一開始使用 Tracker、Phyphox App、以及超音波感測器進行實驗,最終我們使用手機APP偵測鐵尺的聲學振盪,以及線圈產生感應電流,透過示波器偵測鐵尺運動的力學振盪,這兩種是我們創新的量測方式。鐵尺振動須用懸臂樑的力學解釋,理論包含 sin與sinh 函數。我們在聲學、力學振盪的實驗結果是互相驗證的,並與懸臂樑理論預期的頻譜一致,驗證了鐵尺的振盪為懸臂樑的運動形式。

風中翱翔-找出最省力的飛機機翼

首先,設計研究一來找出最好的輔助噴氣裝置。觀察到當裝置的出風口為1公分且不延長路徑時,可讓吹風機的噴氣效果 增強以便輔助觀察。其次,透過研究二改變機翼模型的材質、重量、與形狀來找出最好的機翼模型。發現,材質不會影響飛行效果。而飛機機翼形狀在寬度為10公分且形狀固定時,用長為12公分的機翼模型,可以用最少的風力維持飛行。研究三整流,發現鼓風機製造出的氣流是紊流,所以添加吸管等材料來達到整流的目的。發現,縮減吸管的直徑雖可讓氣流變穩,但也會消耗風力。在保持風力的前提下,最具有整流功能的紙加一組粗吸管柱,所以用其來輔助觀察研究四。最後在研究四,測量研究二各種機翼上層的風速,來做為研究二的討論資料。

展能環保風動力船

本研究目標旨在透過我們的研究,發展高效能源效率的風力能,使用回收再造(Upcycling)的材料組合環保動力船,撿拾學校周圍環境水域中漂流物,解決校內學生掉落水中的各種球類及垃圾問題。研究結果可知,動力裝置透過文獻探討與實際測量,篩選出半徑35mm、寬15mm的一字形節能風力槳,搭配3D建模一體成形的集風杯使風力穩定、扇葉安全運轉。船體推薦以市售2000cc方形寶特瓶作為浮筒,搭配鯊魚鰭式的導流板有效穩定船雙體船航行。以手機app進行藍芽串列e32Daul智慧晶片,遙控風動力船多方向運動,最後實際下水測試船速、轉向及推動各種球類,撿拾校內水池漂流物。

不彎腰,來「抬槓」– 雙槓桿可抬升重物省力手推車的研究

本研究提出一種雙槓桿省力抬升重物之手推車設計,達到不用彎腰、省力抬升、自由移動三重目的。同時也探討重物被人體槓桿放大的情形、宣導正確搬重物姿勢。 我們自製關節頂點定位器、骨骼長度測量器、穩定施力測量器,用來製作人體模型並模擬、測量搬重物時的各種姿勢。研究發現:任何徒手搬運重物的姿勢,身體槓桿都會把重物重量放大,甚至放大到15倍! 為了能省力在室內搬重物,並突破市售電動升降推車只能垂直升降的缺點,我們在第二類槓桿的雙輪推車上裝了電動型第三類槓桿來抬升重物,利用縮小模型進行實驗,找出最佳組裝結構。 結果顯示,我們的創新推車可抬升重物96公分、省力75.4%,能靈活自由移動。而且成本只花三千五,成功達成目標!

虎虎生「黑」--虎斑烏賊的成對敵對行為

科學家並無發現虎斑烏賊(Sepia pharaonis)有領域行為,卻有論文顯示過度密集的環境中烏賊會互食、競爭。因此我們在特定空間中的進行實驗,發現烏賊間會出現黑色眼環、眼點或體緣螢光變色的現象,且從影片中可觀察到雙方會頭對頭互繞公轉,形成類似「對峙」狀態。因此我們當烏賊持續出現眼環、眼點或體緣螢光變色及兩者互相環繞時,稱之為「敵對行為」。依符合定義之程度及顏色深淺判斷其表現強弱,發現其中小烏賊的敵對行為普遍表現較強烈,然而捕食成功率卻遠低於大烏賊,可知敵對行為表現強弱與捕食成功率無直接關聯。此外,相較於單獨攝食,若成對烏賊產生敵對行為,會顯著延長攝食時間。

蕨類植物煉丹記

本次研究從龍潭湖區域的蕨類植物調查開始,共計調查到四十八種蕨類植物。發現本區環湖區域多為接近70度以上陡坡,一般植物難以生長,但蕨類植物卻能在此生長良好,對水土保持有良好功能。 為了能更推廣蕨類植物之美,採取熱轉印方式進行印染,並以族群數量多、容易採集、葉片形狀大小適中等條件,選擇適合熱轉印印染蕨類植物27種,再以自製氯化鐵試劑來篩選含丹寧量高的蕨類植物16種進行熱轉印印染。 在熱轉印染中顯色鮮豔的沙皮蕨、半邊羽裂鳳尾蕨、細葉複葉耳蕨可提取植物染染液,染液能運用於植物染,但有機染液不易保存,加入含鋁、鈣等金屬化合物,可以產生色澱。而色澱乾燥後的色粉可運用在染色、繪畫顏料方面,用途多樣便於推廣。

嚴陣以待:詐騙情境與年齡之探究

當代社會被詐案例與金額屢創新高,儼然是當代社會必須重視的犯罪手法。本研究編製常見詐騙手法具體情境,經線上問卷施測回收數據,進行因素分析與迴歸分析。發現人際關係與情感相關詐騙議題的吸引力會隨著年紀增加而逐漸降低;而財富、名聲累積相關詐騙議題則隨年紀漸長,被吸引的可能性增加;工作與競爭相關詐騙議題和年齡的關係,則呈現兩個趨勢,年紀較輕的區間,對這類議題受關注的程度隨年紀增加;但年紀較長的區間,受關注的程度則隨年紀降低。無法統一歸類的詐騙議題和年齡間並沒有顯著的關係,可能因為影響是否關心這些議題的特質都與年齡無關。本研究整理出不同人生階段可能較為關注的詐騙類型,期對詐騙防治宣導等實際措施有所啟發。

臭巨山蟻(Camponotus obscuripes)搶屍及搬屍行為之探究

本研究觀察臭巨山蟻(Camponotus obscuripes)處理同伴屍體的特殊行為。我們在三年間注意到,螞蟻基於巢穴衛生有「屍體清除行為」(necrophoresis),但在特殊狀況下 臭巨山蟻還會搶奪同伴屍體和搬屍繞行行為。我們進行一系列的實驗觀察,嘗試證明一些假設,最後得到以下結論: 一、臭巨山蟻在搬屍繞行同伴屍體時的行為與「屍體清除行為」有所不同,繞行行為通常在探索新環境時出現。牠們會將同伴屍體從棄屍場所搬出、舉起屍體在新環境四處移動,還會將屍體散佈在新的環境中,最後再將屍體移回棄屍場所 。 二、螞蟻在搶奪屍體的選擇上,可能與死亡時間有關。 三、螞蟻與其搬運的屍體之間不存在特定的配對關係。

『藻』夕共處—探討滿江紅與念珠藻的共生關係

本研究探討滿江紅與念珠藻的共生關係以及環境因素對於兩者共生情形的影響。我們的實驗分成兩部分,第一部分分別以滿江紅與念珠藻為檢視對象,比較兩者在共生狀態或獨立生存的狀態下的差異;第二部分則改變環境中的氮濃度,並藉由觀察滿江紅的固氮活性和重量及念珠藻的數量和異型細胞比例。我們發現獨立念珠藻幾乎無法生存。無藻滿江紅的葉綠素a含量明顯高於共生下的滿江紅。在不同氮濃度培養下,滿江紅的固氮活性隨氮濃度上升而下降,重量變化量也隨之增加,但念珠藻的數量和異型細胞比例無明顯差異。以上結果顯示,改變共生關係後,滿江紅與念珠藻的生長狀況皆有所變化且環境氮濃度與滿江紅固氮活性呈負相關。