全國中小學科展

第59屆--民國108年

Mini清新立大功

空氣汙染議題越來越受到重視,校園裡因空氣汙染紫爆而戴上口罩來上課的同學也大增,引發我們想多瞭解PM2.5被濾材過濾的效果並自行製作空氣清淨機。藉由撰寫Webduino與 Smart開發板程式積木、PM2.5微粒感測器、雷切木板及口罩濾材,組裝成一個可以監測PM2.5數值且具有清淨功效的桌上型空氣清淨機,成功的改寫程式讓google試算表可自動產生所測得的數據,並找出經濟且有效用的濾材。 市售的SHARP清淨機HEPA濾網及3M立體靜電濾網經過測試其過濾效果佳但卻昂貴,我們因而想要自製活性碳與奈米碳塗層,自製的奈米碳塗層過濾效果比SHARP及3M的濾材還要好。 進一步改良桌上型空氣清淨機並創新製作迷你可攜式型,運用3D列印機印出外殼,設計了各種造型輕巧、方便攜帶且過濾效果佳的機型。

霍夫曼的綠色奇航-電解探究與環境上的應用

「減量是王道」─利用雷射切割機、壓克力板、螺絲、針筒等器材,設計並製作微型電解水器,除完成各種電解質測試外,並探究電解變因,精確量測法拉第常數。「回收是責任」─善用電解原理,探究銅離子的回收率成因;最後回收科展實驗的所有廢液,減低科展實驗對環境的衝擊。 最耐腐蝕的電極實驗發現,黑化處理的鎳鈦合金電極電解NaOH溶液時,其氫氧體積比最接近理論值2.02,SEM圖亦顯示其材質抗腐蝕能力強。回收率的探究發現通入的電流強度越高、越酸或添加螯合劑,會造成回收率下滑。 利用電解法可完全清除實驗廢液中的銅離子,免去強鹼的使用;整個回收過程約損耗216瓦‧小時,折合0.216度電。

食用酵母菌紙電池之探究

本報告探討食用酵母菌電池的發電特性,並將酵母菌電池紙製化以方便攜帶與保存。本食用酵母菌紙製電池分為陰極(緩衝溶液)、陽極(緩衝溶液與食用酵母菌)、與鹽橋(緩衝液)三層,皆以紙為載具,並以銅片為電極。經實驗發現第三代紙電池在陰極加入1.75%的雙氧水後的電壓最高達0.335V,但為了乾燥保存將氧化劑改為0.02g的過碳酸鈉。結構方面,發現將紙電池墊高使陽極接觸空氣,幫助酵母菌行有氧呼吸作用,可以幫助提高電壓。最後將第三代紙電池陰極加入0.02g過碳酸鈉、增加空氣室,並與鋅銅電極結合,電池平均電壓為1.142V,比傳統化學藥劑版的鋅銅紙電池高了25%。

恰北北超給力—磁極與磁力對種子萌芽生長的影響

本實驗主要探討強力磁鐵磁極與磁力對綠豆萌芽生長的影響。植物生長要素有:水分、陽光、空氣和土壤,但對於磁力因素的影響,相關研究資料並不多;所收集到的報告,大多著眼於磁力大小或磁場強度因子,並未考慮到磁極對植物的影響。本實驗嘗試利用強力磁鐵的不同磁極(N及S)與不同磁力大小,觀察對綠豆萌芽與生長的影響。在綠豆生長過程中,N極對於綠豆株長度約有46.11%的生長促進效果,而S極約有16.07%的生長抑制現象。另以市售標榜「促進血液循環、消除疲勞」之醫療用磁力貼進行檢測與實驗,結果發現磁力貼之皮膚接觸面全為N極且亦有促進綠豆萌芽生長的現象,與本實驗結果「N極促進;S極抑制」推論,相當一致。

智慧門禁―結合影像辨識與IoT之應用

本研究觀察到現有門禁的流程仍有改善空間,因此著手製作與傳統門禁不一樣的系統,希望能改善其繁複的使用流程。透過物聯網、深度學習和手機應用程式的組合,便能實現這樣的效果。在門前透過樹莓派拍下訪客的照片,傳到電腦後進行影像辨識,初步決定是否要為其開關門,並將結果傳給主人手機,再由主人決定最終的開關門。本次研究目前已成功造出一套完整系統,能即時傳達通知,且辨識的準確率已可達八至九成。

當地震發生時—路上交通工具的變化

一、從看電視時,突然發生有感地震,家人都很慌張;到了學校也舉辦防震演習,使我們知道地震發生時,該如何來防備。可是真的強一點的地震時,大家都不知所措。 二、我們研究的重點是當地震發生時,路上交通發生怎樣的變化?我們設計了圓球體、圓柱體類和單輪車、雙輪車、三輪車和四輪車;在路上行駛時突然地震,會有怎樣的變化。 三、實驗時,我們利用廣告顏料塗在輪子上,當地震發生時,這些器具會在地震板上留下痕跡,我們從這些痕跡判斷地震當時的車子是怎樣前進的;也知道火車車廂在鐵軌上的行駛狀況。 四、建議交通部對交通工具中的安全設施,應該想出安全的方法,來保障旅客生命的安全。

深入「笛」境~ 自製塑膠管樂器之開發與原理之探討

本次研究利用打氣機及簡易的變壓器製作可調整流速的裝置,透過自製的排水集氣及水位平衡裝置,成功測量出流速大小。利用示波器截取聲波的資訊,再用Excel進行傅立葉分析,可以找出複合音的頻率。我們自製塑膠笛發現,頻率的大小與氣流流速、氣流到尖劈的距離、空腔體積、指孔大小皆有關聯,於是我們製作不同的塑膠笛,找出它們之間交互作用的關係,最後推出頻率之通式,再用此方程式找出音階,設計了伸縮笛、合音笛伸縮版及指孔版等三種樂器。最後利用透明塑膠管和乾冰,觀察空腔共鳴時,內部氣流的流動情形,找出塑膠笛頻率振動的原理,和實驗結果互相呼應。

綠磚上的菇菇栽培

在資源嚴重耗損的時代,為了找到生長菇類資源消耗最少的最佳方式,我們比較了各種營養源對菌絲體生長的影響。發現菌絲體在固態培養中,氮源上的生長情形為最優,且氮源和其他營養源的生長之間的差距懸殊。我們將此結果運用在自製培養基及自製太空包上。結果顯示,自製培養基中的綠磚及木屑生長情形相似,因此市售太空包跟自製太空包生長情形差異甚小。實驗證實,未來自製太空包足以取代市售的太空包並減少對環境造成損害。

「醇」「醇」欲動──探討丙二醇液滴的馬蘭哥尼效應

本實驗探討不同濃度醇類液滴在載玻片上的交互作用現象「馬蘭哥尼效應」。我們以火焰燃燒15秒、載玻片懸空19公分代替電暈表面處理,並進行一連串實驗與分析。實驗發現欲使兩液滴產生互相推拉的運動,兩液滴間須保持一最小表面張力差值為3 dynes/cm;又表面張力差越大,液滴運動的加速度越大,表示液滴移動愈快,從錄影紀錄也能清楚看見。此外我們也發現了「混合區」的存在,並確定其與兩液滴交互作用的關係。利用比爾定律計算出混合區的濃度,可發現與我們所得之表面張力最小極限值相符合,藉此找出液滴停止推拉現象之成因。 透過上述研究結果,設計出改良式的選色實驗(sorting experiment),以階梯式取代等長式液滴層,並選用1%、5%、15%、25%、40%與60%的丙二醇液滴,成功讓七彩液滴在載玻片上舞動。

重金屬逆境對植物生理時鐘影響機制之研究

本研究探討銅、鐵、鋅、鉛、鎳重金屬逆境對南國田字草(Marsilea crenata)之影響,針對南國田字草睡眠運動的小葉開閉合角度及所需時間進行量化與質性分析。結果顯示,重金屬離子會延遲或縮短小葉開閉合所需時間;重金屬離子影響南國田字草之小葉夾角以鐵離子最為明顯。由實驗可發現南國田字草對重金屬離子皆有吸附性,對於水域環境之重金屬清除具有重要意義。隨著種植時間增加,南國田字草小葉開閉合角度差在重金屬離子濃度100 ppm以下多有上升趨勢;在100 ppm以上則出現下降趨勢。隨著濃度增加,可發現銅、鐵、鋅、鎳離子皆會使角度差出現下降趨勢。分析植株的生長狀況,可推估南國田字草對不同重金屬離子之耐受度,並藉以判斷重金屬離子影響植物生理時鐘之機制。