全國中小學科展

第59屆--民國108年

有膜有漾-幾丁聚醣&聚乙烯醇薄膜探討

我們的研究主要是將身邊隨處可見的蝦殼,取蝦殼中的幾丁聚醣,將幾丁聚醣與聚乙烯醇混合製成薄膜,探討薄膜不同面向的特性,發現就薄膜表面結構來看,在打過氮氣電漿後,出現-NH及-CN基,且PVA比例越高,差異越明顯。混合薄膜中幾丁聚醣比例越高,越疏水。純PVA薄膜經高溫處理後變得親水性增加,若應用於製作塑膠品,在使用後的回收程序,只要加熱即可輕易溶於水。純PVA的應變(延展性)最佳,而PVA與幾丁聚醣比例1:1混合的薄膜可承受的力最大,可運用於抗形變及耐重的材料。有薄膜的不鏽鋼表面,比單純的不鏽鋼表面有更佳的抗腐蝕性,應用於人體內做生醫用途有其潛力。藉由此薄膜的抗腐蝕性和抗張性,或許可應用於改善血管支架外膜的材料性能。

多功能水上 iRobot −遠端水質監測與垃圾搜集

灌溉香山地區農田,流經學校圍牆旁的汀甫圳,雖為灌溉用水,但水面常有垃圾漂浮,並成為沿岸住家、工廠的排水溝,其中充滿各式汙染,引發我們想製作一台多功能水上iRobot,除了能搜集水上的垃圾外,還能監測水質。 利用超音波感測器控制船體行進路線、電動閘門控制垃圾搜集、光纖偵測油汙與混濁度、自製酸鹼探針測量pH值。已獲得污染偵測之對應物理相關數值,此汙染臨界值具穩定與再現性,並可將汙染監控成果透過藍芽傳送至電腦與手機,達到遠端監測水質與搜集垃圾的目的。 此外透過太陽能板、充電鋰電池,期待可使船體在水上運作,達到環保節能的目標,目前已於校內水池測試成功,預期可推廣至其他水域。

「浮」不起的阿「黽」-探討表面張力對漂浮水黽浮沉現象之研究

當自製漆包線水黽的垂直軸高度越短、垂直軸位置越靠近中心、角度越大,浮率越大;自製水黽腳越長、隻數越多,浮率越大;當自製水黽的腳平貼水面所圍出的面積越大、腳垂直上折的長度越短,浮率越大;水溶液溫度越低,浮率越大。水溶液濃度及水位高度都不影響水黽的漂浮情形;在不同水溶液當中,自製水黽在自來水、糖水及鹽水中易漂浮,在酸性的醋、鹼性的肥皂水及小蘇打水則不易漂浮。在形狀相同粗細不同的鋁框中,越粗的鋁框越不易漂浮。當粗細相同的鋁框等比例放大時,邊長5公分以內的正方形框浮率均接近1(大於0.98),但邊長大於6公分時,浮率會突降;由相同長度摺出不同形狀(開放及封閉)的漆包線及鋁線,浮率都接近1(大於0.92)。

斑斑可考—斑葉植物與環境因子

本研究藉由調控各項環境因子,歸納斑葉植物與環境因子間的交互作用,進而比較不同成因、屬性的斑葉植物應變相同環境因子的策略差異。研究顯示,光限制、非光限制均會讓化學性斑葉植物啟動自體調節,且在相同控制變因項中,葉綠素濃度變化量與斑紋面積比例之增減多成負相關。越高的溫度、光合有效輻射值和灌溉源pH值,以及過多藍光,會使葉綠素濃度的變化量下降;且每日八小時的光照,相對而言是最不利於斑紋成長的光期。我們也比較了面對低光環境時,兩種成因不同的斑葉植物。黃金葛與銀后粗肋草各葉區的葉綠素濃度變化,化學性斑葉──黃金葛在低光環境的葉綠素濃度變化量較正常情況為低;物理性斑葉──粗肋草則完全相反。

高者多勞

我們用簡潔的方法、巧妙借用益智遊戲的規則,解決一道月刊數學題目的一般化情形,得到豐富的成果。 「有9位足球隊員,身高兩兩不同,排成 3×3 的隊形,命橫列最高的2人舉手、縱行最高的2人舉手,兩次都有舉手的人去收拾場地。」 本作品探討上述題目隊形的一般化:隊員們分別排成任意長方形和長方體,得到下列結論: 一、將身高由低到高編號為:1、2、3、…,得到「必定收場地」的人之編號與「必不用收場地」的人之編號; 二、承一,若編號x不在必收或必不收之中,則可排出使x號學生收場地或不收場地的隊形; 三、收場地人數的最大值與最小值; 四、若人數p介於收場地人數最大值與最小值之間,均可排出恰為p人收場地的隊形。

廢熱不廢晶來電

日常生活中有許多活動會產生熱能,這些熱大多直接散失掉,沒有被完全利用,例如:烹煮食物、烤肉等產生的熱。本研究在探討如何回收這些廢熱,以致冷晶片為工具進行溫差發電,並結合3D列印與雷射切割技術,自製發電箱與電器用品進行實際的生活運用。致冷晶片是利用熱端和冷端的溫度差來發電,針對熱端,探討了不同熱源的回收以及保溫的方式,包括材質和裝置;針對冷端,探討了散熱的方式和裝置。並依據不同廢熱的特性,研發出四種廢熱溫差發電裝置,包含太陽熱、熱湯熱、蒸汽熱、火源熱(以石頭蓄熱)等。最後更研發出整合型廢熱發電箱以驅動自製的電器用品,包括風扇、夜燈、攪拌器、食物解凍器,並可對手機充電,使廢熱不再廢而無用。

精益求「晶」

我們延續自然課製作鹽的結晶實驗,嘗試進行明礬的結晶實驗,在購買材料時,意外的認識了「銨明礬」,才知道明礬其實很多種!我們很好奇究竟這種「食品級」的化學原料,能不能也變成吸睛的美麗結晶?經過一連串的實驗後,我們發現:1.銨明礬的溶解度會隨溫度升高而明顯的增加,很適合用來進行冷卻結晶的實驗。2.冷卻速度或震動都會使銨明礬水溶液變得不穩定而容易析出晶核,使得結晶顆粒多而細小。3.附著物的材質會影響結晶析出附著的效果;附著物在水溶液中的空間結構,如形狀、粗細都會影響晶核沉降時附著的量,繼而影響總結晶量。4.洛神花、咖啡、鐵鏽等天然素材、食用色素、水彩等都可以讓銨明礬染色;其中以食用色素效果最均勻,成色效果佳。

陣頭囝仔 曙光再綻

一般社會大眾若是論及「陣頭囝仔」,常常習慣和問題青少年連結,「逞凶鬥狠」、「街頭滋事」、「輟學鬼混」等負面刻板印象一一浮現;然而位居臺中的九天民俗技藝團,卻將逐漸被污名化的廟會文化陣頭轉型為專業表演藝術團體,團內的青少年學員不打架、不鬧事,一律被強力推回正規的教育體制就學,並透過技藝學習和嚴格紀律,恪求導正其偏差行為與價值觀。因此,本研究以九天民俗技藝團的十位學員為樣本,運用採訪、觀察和問卷調查等方法,並與彰化縣政府委辦預防中輟發生的國中合作式中途班——晨陽學園及向日葵學園進行對照分析,試圖探究九天的教導模式在迷途青少年身上發揮哪些正向感化的作用,以達到撕下並翻轉「陣頭囝仔=壞囝仔」的貶義標籤。

百發百中-以力學分析影響陀螺擲準因素與改良

本研究以力學分析影響陀螺擲準因素,並依據研究結果進行改良,製作適合小學五、六年級學生投擲的陀螺,並與其他陀螺比較。研究結果發現影響陀螺轉速、轉動時間、陀螺擲準因素有摩擦力、重心、繞繩、螺釘、重量、大小、形狀、距離高度。進行改良,設計尾凸和握手線,好握好施力。陀螺刻出三條防滑線增加靜摩擦力1.0kg。調整陀螺錐度讓陀螺翻轉正確。中心加螺管降低重心0.6cm,陀螺底部鑽孔降低重心0.3cm,轉動更穩定。改良後,自製陀螺比一般陀螺轉速快(817轉)平均得分高1.36分,失誤率減少0.36。模擬擲準比賽,自製陀螺比學校陀螺高1.5分,比表演陀螺高6.2分。新手學習2小時,自製陀螺投擲成功率0.85,比一般陀螺高0.25,自製陀螺提高學習效果有利推廣陀螺體育活動。

震震有池-水塔阻尼器設計及減震效能探討

本篇為研究影響水塔阻尼器減振效能之因素,受△f、阻尼大小及水體晃動程度的影響。以自製建物及水塔、彈射平台與地震晃動平台進行實驗,後者平台以電鑽為動力來源,由調光器調整電流而可調頻,連接連桿與電鑽的鐵片長度可調幅。實驗得知,水體與建築物△f在臨界值(調諧)範圍內,水體會因共振效應而有效吸收大樓能量,若水塔底部改為曲面,亦能使水體更易晃動而有效吸收大樓晃動能量;另一影響因素為阻尼大小,網子、內部粗糙度、浮球及隔板開啟狀態均造成阻尼提升。隔板開啟狀態越高,水體自然頻率越低,反之亦然,而加入隔板亦可提升阻尼、降低延遲震盪時間;也許可用隔板開啟狀態調整水體頻率使得設計水塔阻尼器變得更易調整水體自然頻率。