全國中小學科展

第60屆--民國109年

哇!在沙子裡泡澡~流化床應用之研究

本研究來自對網路上「流化床液體沙池」影片的好奇,想嘗試自製沙池,並探究沙粒種類、高度、排氣強弱及排氣孔距、孔洞尺寸、排列等因素,對沙池液體化影響。研究藉由對「沙池中物體拉動固定距離所需時間」、「沉入沙池物體減少重量」、「浮於沙池物體沒入體積」,定量測量沙池的阻力、浮力、密度等性質,並與「水」做比較,計算液體化程度。研究結果發現最佳沙池裝置為:用顆粒較小的沙、3mm最小孔洞、12cm適中沙面高度、6級最大排氣,排氣孔斜下的裝置,可獲得「阻力、密度約為水的1.5倍、浮力與水相仿」的液體化效果。最後研究以傾瀉實驗證明沙池除了具休閒娛樂功用,也能有效提昇運送固體顆粒的效率。

蛋白生"氣"了!~蛋白起泡性之探究

本研究透過蛋白起泡的過程,了解蛋白質變性現象、影響蛋白起泡因素,並分析蛋白泡比重與打發階段之關聯性。研究發現轉速1200RPM適合將蛋白質鏈結打開。添加液態糖、水、或提高蛋白溫度都有利於蛋白質鏈結打開,打出比重小、但安定性較差的蛋白泡。添加糖的時間點及糖量也會影響蛋白鏈打開,研究發現先攪打2分鐘將鏈結打開後再加糖,可使蛋白泡起泡佳,若加入超過80%以上的糖就可穩固蛋白質結構,打出安定性佳的蛋白泡。不同蛋種的蛋白泡比重為鵪鶉蛋>雞蛋>鵝蛋>鴨蛋。最後發現比重在0.38 g/cm3~ 0.28g/cm3的蛋白泡,介於濕性與硬性發泡之間,適合應用在烘焙食品。透過實作了解適當比重的蛋白泡具有彈性,可拉出小尖頭並做出紋路凹陷率大、表面光滑的蛋白糖。

模擬追日系統之海洋吸塵器

近年來海洋受到人為垃圾污染日益嚴重,其中又以塑膠污染最甚。為了減少海洋垃圾並為環境盡份心力,我們製作海洋吸塵器,經過第一、二代海洋吸塵器改良,研發第三代海洋吸塵器,其特點為使用壓克力板做為機構材料,並在吸水口旁裝上濾網,垃圾不會隨著海浪漂出。然而機構內水排出後變輕而浮於水面,造成排水的水流打擊到水面產生壓力,進而產收吸塵器下沉等問題,最後決定採用固定式。 將海洋吸塵器搭載固定式太陽能板進行發電時,當太陽入射角度改變,可能會造成日照不足而無法發電的問題。為了改善此問題,我們決定將太陽能系統改為追日式,使用ardublockly編寫Arduino的程式,並加入光源感測器,讓太陽能板保持與太陽入射角度垂直,使其發電效率達到最高。

開「心」果─印加果開殼機構設計之研究

印加果是高營養價值的植物果實,富含Omega-3與必需脂肪酸近年來逐漸被重視,但是開殼仰賴人工,人力成本成為推廣的最大阻礙,因此著手研究印加果的開殼機構研究,期許能為人類攝取植物營養提供進步的動力。研究成果分為:1. 整顆果實分離成單一粒果實的研究、2.單一粒果實開[外殼]的研究、3.單一粒果實開[內殼]的研究、4.果實與外殼分類處理的研究,5.整體機構在機電整合與資訊處理的研究,6.開殼機構最佳化整合的研究上等等。針對開殼與分殼的方法有:打拋、捶壓、折返震動、刀具、夾壓、高壓氣流、離心旋轉等等作為實驗的研究變因。與傳統人力相較,我們能夠更快速、更加省時省力的開殼與分殼,為印加果自動化生產的路程上,立下了新的里程碑。

利用石墨烯、廢油、及回收保麗龍,製作環保導電油墨

本研究探討利用過期廢油及保麗龍,配合導電導熱性優異的石墨烯粉末,製作環保導電油墨。研究動機在於將過期廢油與保麗龍進行二次利用,發展新科技產品。石墨烯方面,我們比較三種粉末,評估次級品或下腳料的可用性。 本研究分為五部分,第一、二部分探討石墨烯的結晶物性,元素組成及粉末的微觀片狀形態。第三部分探討石墨烯粉末的導電性與其片狀形態之關聯性。第四部分探討廢油是否能與石墨烯相結合,測試石墨烯的吸油度,第五部分我們嘗試自製導電油墨,利用廢油混合石墨烯粉末,同時也利用保麗龍及適當溶劑,調製成溶液作為稀釋及成膜劑。初步我們已成功得到性能不錯的導電塗膜,並自己組裝電路,由燈泡亮度展示塗膜的導電性。

賊頭賊腦詭計多-應用機器學習軟體探索虎斑烏賊的捕食行為

我們探索虎斑烏賊捕食動態獵物行為,分析捕食策略,建立捕食行為模型。結合程式控制機械手臂帶動蝦子移動,高速攝影機連續拍攝烏賊細微行為變化,再藉助新近問世機器學習軟體DeepLabCut快速量化烏賊姿勢變化,並發展修飾演算法修正DeepLabCut輸出缺陷,提高辨識率,讓軟體動物烏賊的姿勢辨識首次成為可能,從而建立分析捕食行為的大數據。烏賊捕食動態獵物時嘗試與獵物同步行進,即使烏賊已游進它的攻擊腕可觸及距離,仍有漫長的捕捉等待時間,創造同時滿足注視與定位獵物條件的最佳捕抓時機,才在視覺回饋參與下射出攻擊腕捕捉獵物。我們依此提出新的烏賊捕食行為模型,可以同時解釋動態與靜態獵物的捕食行為。我們認為烏賊等待最佳捕抓時機的策略是智力的表現。

科學「化」面:古典顯影的秘密

本研究針對六種古典顯影法(藍曬、凡戴克棕、鐵鹽印相、鹽印、吉利丁鹽印、蛋白印相法),依不同變因(紙張、感光劑濃度、水洗溫度、調色法),探討各顯影法的色階顯影範圍、明暗對比度與細節。結果發現不同顯影法擅長的顯影範圍、清晰度、與明暗對比不同;其中藍曬法擅長暗部顯影,凡戴克棕法則在亮部表現出色,鐵鹽印相法、蛋白印相法則是所有顯影法中,最能夠均勻表現所有色彩的顯影法。紙張與感光劑濃度對顯影結果的亮度與對比有明顯影響,而水洗溫度與調色法則是對顯影結果的清晰度與色調帶來改變。本研究最終彙整出一「古典顯影指南」,作為化學與藝術對話的參考指引,讓現代照片透過手工方式展現昔日的懷舊風格與藝術價值。

小蛙人的匍匐前進

有一天晚上看到電視「女兵日記」,其中最讓我驚訝的是女兵的「匍匐前進」,也就是在地面爬行,雙手和雙腳都呈現八字,交互爬行。剛好學校的「園遊會」,也有一個活動,很像「蛙人前進」,只要轉動操縱桿的左右扭動,就可以控制「小蛙人」的匍匐前進,真有趣。 我們從設計製作「小蛙人匍匐前進」的玩具中,發現小蛙人的前進是靠著穿過吸管的繩子和管子間一來一往的阻力,使小蛙人前進,而且會朝向「八」字的尖端前進。如果把試驗器材變大,就可以應用在日常生活中的搬運物品及輸送物品。利用繩索、塑膠管及木板,就可以製作簡易輸送物品的器材,由樓下的人操作,使物資安全的送上去。

地震頻率-花蓮市周邊地震探討

台灣位於歐亞板塊與菲律賓海板塊的交界,台灣各地常出現地震,導致無數地震產生與人命金錢的損失。 本次研究使用中央氣象局的地震紀錄、MicrosoftExcel,探討花蓮地震、台東海端地震前後的a 值與b值變化。從古登堡-芮克特關係式中發現主震發生前a、b值會有下降趨勢,並能預估可能發生的最大規模。 實驗中我們將實際資料與古登堡-芮克特關係式算出的資料作比較,發現實驗迴歸線的a值、b值、最大規模預估等數值與實際觀測非常符合,並分析當地未來的地震趨勢。

六方連塊之矩形大拼排

「多方塊」(Polyminoes)是指一些將數個同樣單位數量之正方塊以面與面相連接而成,並扣除圖形變換(旋轉、鏡射、翻轉)下,所有形成之不同形狀的幾何平面圖形。 曾經風靡一時的「俄羅斯方塊」遊戲就是將5種四方連塊加以旋轉使其緊密堆疊,若無法形成一整列,則使空間愈來愈小,最後將塞滿整個空間而宣告Game Over;而六方連塊共有35種組合,透過「拼排和重組」,可加強對矩形圖形之認識,並對六方連塊之矩形拼圖遊戲的組合變化作等積變換初探。運用切割重組,可深入理解矩形的面積公式。