全國中小學科展

第59屆--民國108年

『凸』子跟著太陽走,開啓冷熱電光秀 - 運用毛細現象以太陽能淡化海水系統的設計與製作

本組利用太陽能來淡化海水並以溫差來發電,實驗的創新項目:首次利用棉線的毛細作用將海水引至加熱機構裡,再以菲涅耳透鏡聚焦太陽熱能,蒸發加熱機構內的海水,蒸氣經鋁管自然冷卻,可析出鹽度降低的海水,並同時利用溫差來發電,所以本設備可作為海上之緊急狀況備援,以應製水與用電需求。本組實驗機構有以下功能: 1. 海水淡化:加熱機構在達到可蒸發海水的溫度下,運用棉線的毛細作用與水的蒸發冷凝變化,可產出淡化海水直接使用,或經過重複淡化,最終可以成為純水。 2. 加熱機構之保溫功能:當太陽光短暫不足時,仍可使溫差發電片持續發出電力供緊急使用。 3. 結晶鹽的利用:加熱機構將鹽分結晶保存於槽區,易於取出使用,並簡化保養維護工作。

扭腰擺巢-探討褐帶紋水螟蛾幼蟲之保護構造和運動方式

褐帶紋水螟蛾(Parapoynx crisonalis)幼蟲棲息於池塘的水域環境,幼蟲為增加身體浮力使移動更有效率和保護自身避免天敵攝食,而有造巢的行為。無巢水螟蛾幼蟲以毛蟲運動方式前進,但移動速度比有巢者慢。有巢水螟蛾幼蟲移動時,會伸出前端七個體節,左右擺動身體,讓身體與巢以S形的方式移動。有巢幼蟲移動速度,主要受蟲體擺動的角速度影響;幼蟲轉彎時改變的角度,主要受蟲體該次左右擺動之角速度差影響。因幼蟲會攝食自身的巢,因此造巢葉片選擇順序和攝食喜好是一致的。巢具有立體的外觀,可增加巢的浮力;形狀呈橢圓形,且短軸與長軸的比值為0.22,可使巢在水流中所受的阻力較小。

消失星星的謎-背景光亮度、水氣、PM2.5對觀測星星的影響

本研究想了解不同因素對觀測星星的影響,我們採用實際觀測及模擬實驗進行研究。 我們發現觀測星星時,地面光害和月暈不會降低觀測到的星星亮度,但濕度、雲霧及PM2.5濃度會降低觀測的星星亮度,這些因素同時會增加背景光亮度,背景光嚴重的地區,背景光增加的亮度更多,使星星和背景光亮度相近,而 星星視星等/背景光視星等<0.8 時,人眼才易看清楚星星。 本研究特色: 1.自製的雲霧實驗腔,能在加壓後能進行絕熱膨脹相關實驗並進行攝影觀察。 2.能依據月相、濕度和 PM2.5濃度,預測本校操場當日夜晚「星況」。 遠程發展是依本研究之方法,繼續觀測不同觀星地點的環境條件,找出關連性,最終設計一個程式,讓人們能「依據天氣預報資料」評估當地的觀星狀況。

過橋問題

「過橋遊戲」規則為有n個人要過橋,他們過橋的速度皆不同,每次2人過橋,過橋的2人中秒數較多的人為該次過橋的秒數,過橋時有人要提燈籠,但燈籠只有一個,所以每次過橋後對岸需有1人提燈籠回到橋頭,和剩餘的人過橋至對岸,直到所有人都過橋。 本研究討論出過橋秒數不一時的最簡走法通式,再由結論推算出秒數為等差、等比、階差規則走法公式。

「匿」來順受?「情」何以堪—以情感需求探討青少年之匿名留言行為

本研究旨在探討青少年的情感需求、個人因素(性別、年齡等)和匿名留言動機之間的相關性,並比較不同留言動機是否影響自我揭露面向。研究者以臺灣本島12至18歲的青少年為研究對象,採便利抽樣方式發放紙本及網路問卷,有效樣本共580人。問卷資料以描述性統計、相關分析、單因子變異數分析和迴歸分析進行檢定,結果顯示:青少年的情感需求和匿名留言習慣與動機呈正相關。而青少年在個人抒發情感時,留言內容沒有特定正向或負向,且會增加留言數量與完整度。但青少年將留言動機建立於他人時,留言內容會偏負向,試圖以此獲得回應或影響他人對某人、事、物的看法。最後,本研究根據研究結果提出相關建議,供教育界、輔導單位和後續研究者參考。

方格陣列中阻隔點數之捷徑數極值研究

在一個方格陣列上擺放一定數量的阻隔點(即障礙物)時,從方格中由左下角走到右上角所需的捷徑步數與未受阻擋的方格比較,勢必會受到影響。本研究主要建立在此種模式中,經由觀察、假設到證明的過程,發現許多諸如對稱、分布、極值等性質。依次固定障礙數量,加以比較並歸納當障礙物擺放於何種位置或情況時,方格中的捷徑走法數量會產生極值,及探討障礙擺放於各位置時,所剩餘的捷徑走法數量分布情形與性質。 此外,我們也嘗試朝三維的方向進行討論。我們以二維情況的研究結果為基礎,研究出三維情形中捷徑走法數的計算方法與阻擋數分布情形,進而討論出當障礙物擺放於此方體陣列中,應擺放於何處才能使捷徑走法數產生極值。

「膜」力無窮-量子點薄膜應用發想及探討

本研究是分別利用細胞粉碎及磁石攪拌兩種方式,混合不同濃度的量子點前驅物,做成多種發光強度的量子點薄膜,並探討其對發光效率的影響。研究中藉由調整前驅物之濃度以控制量子點的發光效率。此外,為達到量子點長時間穩定的需求,實驗中在量子點溶液中加入高分子聚合物-聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中,並且順利製造出實驗期待的綠光量子點膜。 藉由探討量子點濃度及實驗中的變因對量子點薄膜之發光強度、發光效率的影響,最後以藍光LED激發100μl的細胞粉碎綠量子點薄膜,再加入紅光,成功混合出白光。 研究結果顯示量子點薄膜混合出的白光色彩更飽和、色域更廣。期待未來有機會應用在新制顯示器如投影機、電腦螢幕等應用。

不勞你手-秒收的神奇捲傘機

摺疊傘在市面上並無合適的裝置作整理,本研究研發手動及自動捲傘機,將傘葉收拾整齊,縮小體積來集束,並將其捆紮,解決雨天雨傘的收拾問題。手動的是設計傾斜支撐板和矩形閘門,讓雨傘在其上旋轉,以整理雨傘骨架並刮除水分;參考束口機的設計,研發用以捆紮的裝置。考量手動操作較難,因此改良為自動捲傘機,改裝部分為:製作固定傘的裝置,利用馬達、齒輪和皮帶,機械化旋轉與移動以達到集束與捆紮,全程以微電腦控制,使其自動化。手動捲傘成功率為88%,自動的也可以順利捆紮,經過兩者捲傘後,刮除水量 0~29c.c.都不會滴水。目前修改並打橫裝置,使馬達提升移動速度,並減少摩擦力、增加支撐力,操作模式改為同時轉動與移動,縮短捲傘時間。

膠碘方程式

自製的簡易光度計「方」「程式」,是以大大小小「方」形積木,組合成合適的反應系統,運用智慧型手機內的感光元件,搭配科學日誌App軟體裡的照度計,或與硬體Arduino「程式」來控制光源或感測元件,測量硫代硫酸鈉與鹽酸反應終了的光度變化,替代以肉眼目視的缺點,也可測定不同濃度的硫酸銅溶液與有色的果汁溶液,均可以有一定的參考依據。「膠碘」溶液:聚乙烯醇-硼酸-碘液系統,會使溶液呈現藍色,PVA濃度太濃時會有結塊情形;5%硼酸體積若低於整體體積約20%,將導致溶液沒辦法顯色;但0.0125 M碘液體積可以減量到整體體積的3%都還能顯現藍色。我們可以用PVA-硼酸代替澱粉,在丙酮的碘化反應中,當作判斷反應終了之指示劑。

生生炭熄~生生不息!-花生殼生物炭與肥料共同施加對葉菜作物生長之影響

為瞭解生物炭對肥料效用的延長及增強之影響,以進一步確認生物炭應用在減少施肥及增加產量上的價值。本研究聚焦花生殼在300℃炭化的生物炭,於不同施肥狀況下對三種葉菜作物(小白菜、莧菜、香菜)生長情形的影響。 結果顯示:新鮮花生殼製成之生物炭,與培養土混合比例1:50,在不同施肥頻率下,試驗作物的生長狀況皆顯著優於未添加生物炭者,且其增產效用未顯著受減少施肥影響;比較葉長寬積,其增產效用達一倍甚至十倍以上。而一般大眾較易取得之水煮及鹽水煮花生殼製備的生物炭,亦大多有顯著效用。 本研究後續展望:針對生物炭來源、製法,施用對象、時機、量,環境及栽種成本,提供應用上的完整提案;生物炭效用的機制之深入探究等。