第59屆--民國108年

專題課時，利用20根義大利麵及有限的膠帶與棉繩搭高塔挑戰失敗，引發了我們對在有限資源下，如何搭出堅固高塔的好奇心。本研究利用自然課的教具完成簡易裝置，測試了幾種市售麵條的彈性與彎曲強度，挑出適合的義大利麵條進行棉花糖挑戰。接著使用圓竹棒代替義大利麵進行結構的實驗，再配合自製的剪力測量裝置進行研究，探討三角形長邊的重疊方式對剪力與耐重力的影響，並發現剪力與耐重力最大的重疊方式與加強三角柱的直立柱中間點可以加強耐重力。最後，運用研究結果與文獻資料，成功將20根義大利麵高塔由原本22公分高提升到97公分高，高度增加了四倍多。

從小，我就對磁鐵這種礦物感到新奇，而近幾年又出現一種利用電磁鐵的磁極變化來產生動力的交通工具----磁浮列車。所以我就上網蒐尋相關資料，結果卻意外的發現一整套的磁浮列車模組，因此我就針對它的各種模式加以變化，並將地形的變化融入研究中，做為這次的研究方向。在這次的實驗中，我探討了(1)磁軌排列方式及間距(2) 車底磁鐵的排列方式、方向及間距(3)側面磁軌NS極、堆疊數目及間隔，並在最後將以上的最好變因融入高低起伏的地形中，做出一款只需些微動力就能向上、下滑行且效果最好的磁浮列車。

一幕吸管插入海龜報導，促使政府全面限制塑膠吸管，也引發我們想製作終極環保吸管的動機。用小麥、豆渣、油、膠、糖製作吸管，小麥及豆渣為主成分，發現淺烘焙豆渣能支撐結構，膠和糖為黏著劑使纖維緊密，油使麵團有延展性，而蜂蠟為防水塗料，此最佳比例下可常溫下耐用5小時，符合使用基準。與市售吸管比較實用性、環保性及營養性。豆渣吸管和市售吸管相比，有易戳膜、大口徑(可吸珍珠)、耐酸性、耐溫性等優點。環保性測試發現1豆渣吸管為所有吸管中分解速度最快2且較石頭紙吸管其燃燒殘餘物相比不影響綠豆生長。豆渣吸管富維他命E，具抗氧化能力。而巧克力口味之豆渣吸管最受同學喜愛。因此我們做出了對環境友善、實用又健康的環保吸管。

花青素具抗氧化的能力，我們想了解植物生長時，可見光中不同色光照射與花青素生成多寡是否有關，所以本實驗以不同波長的LED照射紫莖蘿蔔嬰、紫高麗菜芽、紅鳳菜，探討花青素含量與色光的關係。利用花青素具有抗氧化的特性，以碘滴定和自製鐵粉片生鏽面積的方法，檢測含花青素水溶液的抗氧化力，推論花青素的含量。結果發現：可見光的波長愈短，植物抗氧化能力愈好，因此推論紫光照射，可增加植物花青素量。而在不同光照強度影響花青素含量實驗結果發現：各種色光距離愈近，抗氧化能力愈好，花青素愈多，但紫光照射芽菜距離少於15公分時，抗氧化力轉差，推論若短波紫光能量太強，會導致破壞，不利花青素生成。

針對乒乓球凹陷後，放入熱水中可以恢復圓球面的現象，不論是課堂、書本，或是網路上的資料，都將原因歸咎於氣體的熱脹冷縮效應，似乎都忽略了乒乓球殼本身的受熱效應。我們因此設計了四個實驗，希望透過實驗結果的分析能夠確實了解乒乓球凹陷後能夠復原的原因。我們測量了（一）乒乓球在不同水溫下，可復原的最大凹陷深度與水溫的關係，（二）水溫與乒乓球內氣體壓力的關係，（三）純粹氣體壓力作用下，凹陷乒乓球的復原結果，（四）無氣體壓力作用時，純粹乒乓球殼受熱的效果。實驗結果說明，乒乓球受熱增加的氣體壓力遠低於足夠使凹陷球殼復原的壓力，因此簡單以氣體熱脹冷縮效應解釋凹陷乒乓球殼復原的說法並沒有完整呈現背後的物理原因。

本研究主要是探討輪盤遊戲之破解，遊戲規則是從攤販設計好的遊戲輪盤中，玩家先選擇順時針or逆時針旋轉，再從一副撲克牌任意抽兩張撲克牌相加，得到的數字為N，再從轉盤上N處按照選擇好的方向轉動(N-1)步，最後停留的數字所對應的獎品歸玩家所有。研究結果發現：一、不論順時針或逆時針轉，最終轉到的數字只有1和奇數二種結果和找出此種結果的原因。二、找出輪盤的終點數公式。三、減少輪盤數字數時，同樣找出終點數公式和終點數公式的一般式。四、設計出新規則，用機率來讓遊戲更有趣。本研究與小六數學「怎樣解題」相關。

本達文西橋的研究乃重新檢視古人對橋之建構力學觀念，此橋是利用多重簡支樑完成，重點在研究搭建時橋的斜面受摩擦力而達成穩定之現象，以及探討完成橋之後，橋身承受重力與固定跨距及接點長度、組數之間的關係。從實驗中，我們探究出以下結果： (1)斜面穩定的條件：當接點長度越小，造成滑脫的臨界角度越大，橋身越穩定。 (2)橋面受力變形而使橋斜面角度下降，而增加橋穩定度。 (3)當接點長度越小，組數越多，橋身形狀越接近拱形時，因內力抵消，整體形變率最低，具有最佳的承重能力。 (4)擴充原雙向達文西橋，至四面橋之架構，且應用至多人手遊之“達文西抽抽樂手遊”。

我們用環保的「紙」來製作環保紙吸管，使用洋菜液體浸泡後冷凍與冷藏，讓紙吸管具備防水功能，也增強耐用性。我們用道林紙和粉彩紙製做紙吸管的主體，和市面上的塑膠吸管比較，在掩埋實驗中，自製的洋菜紙吸管明顯在土壤中分解；而塑膠吸管完全沒有分解；耐折實驗中，洋菜紙吸管每個都超過140個華司，塑膠吸管平均只能耐97個；在垂直耐壓實驗中，洋菜紙吸管每個都能承受15kg以上的重量，而塑膠吸管只承受不到10 kg重量；在燃燒實驗中，塑膠吸管在燃燒時，會發出難聞的惡臭，但洋菜紙吸管不會；戳洞實驗裡，道林紙有洋菜冷凍的，刺破飲料杯保護膜的效果最好，其他，用來吸取珍珠、吸水和耐輾壓等實驗中，自製的洋菜防水吸管都不輸市售的塑膠吸管。

本研究的目標是改進廚餘堆肥的三大關鍵：微生物、溫度、翻動，製作一台可以讓廚餘快速發酵、變成肥料的機器。 我們在廚餘中加入好氧發酵菌，利用"溫度升高"來判斷是否成功發酵。研究發現加入「米麴菌」可以加快升溫、發酵過程；廚餘鹽分超過正常飲食23倍會阻礙升溫發酵；澱粉、蛋白質類的廚餘適合讓米麴菌好氧發酵。 接著根據米麴菌好氧、升溫的特性，打造了一台「廚餘堆肥快速發酵機」，讓廚餘可以定溫保溫、攪拌接觸空氣，我們還設計方法測量哪種攪拌爪最能均勻攪拌。結果3天就能把廚餘變成乾燥的肥料，而且用活性碳粉解決了臭味問題。 最後用自製廚餘肥料種菜，結果葉寬葉高明顯增加、更快開花結果。所以我們設計的機器真的是快，又有效！

黑板的使用會造成粉筆灰的累積、飄散，目前雖有標榜無灰的黑板產品，但依舊無法在一般校園間普及，因此本研究希望能提出一個實用的改善方法。我們從擦拭黑板的落塵情形一路測試到實際的書寫，證實了傳統在擦拭時有54.91%的粉筆灰被板擦吸附、40.19%散佈在環境，其中只有11.25%掉落在板溝附近，這也使得環境中的PM2.5濃度上升3.5倍，利用本研究開發的水擦板擦擦拭時飄落的粉筆灰僅有1.09%，大幅減少了落塵的情形，並且以濕抹布加刮刀的方式擦拭，相較於不使用刮刀的組別字跡清晰1.5倍，甚至比一般板擦的字跡清楚20%，本研究證實了新開發的水擦板擦可以適用於校園中的黑板，能有效減少擦黑板所產生的落塵、增加書寫時的清晰度，是改善教室環境的新利器。