全國中小學科展

第60屆--民國109年

瓶水相逢的擺攤人生-研究蹺蹺板成為翻水瓶工具的可能性

能夠成為一個適合拿去擺攤的遊戲器材,是這個實驗的最大目標。本次研究主要探討水瓶翻轉之後能順利直立落下所需的力道(重物放置高度)及水瓶中不同水量之間的關係,為了確保每次的施力不要落差太大,我們利用六下所教的簡單機械自製出一台蹺蹺板,作為擊打水瓶的工具,為了使這個蹺蹺板成為一個制式的工具,我們將抗力臂及施力臂的長度固定不變,並進行多次實驗。結果發現,以550毫升的寶特瓶(御茶園寶特瓶)為容器,瓶中水量高度為8cm的時候,1.5kg的重物從14cm的高度落下,打翻水瓶後成功直立落下的機率最高,最大可以到30%。

你捨得嗎?

本次研究議題主要是找校內部份學生擔任受測者。 藉由 Give or Take 的實驗,在給與不給之間探討「在每一次選擇背後所蘊含的數學意義(藉由數學分析,來討論該如何選擇)」。 再衍伸討論出許多不同選擇所造成的可能性,進而找出「利益最大化」的最好辦法。 最後將此實驗結果,套用到環境保育、團隊合作等方面,思考在「環境教育、永續家園」的架構下,我們應盡的職責使命是什麼。

海洋雙渦漩系統之探究

本研究透過分析海表面溫度及衛星測高等遙測資料、觀察海洋雙渦漩系統,並且以U、V 兩方向流速數據繪製流線進行比對,我們追蹤紐澳之間以及澳洲西邊的八組雙渦漩系統,發現雙渦漩系統遇到地形邊界會分開並退回,另外還能將溫暖的海水帶向高緯度。我們又以實驗模擬雙渦漩系統,探討其構造、並且確認雙渦漩系統會互相傳遞物質與熱量,以及攜帶物質與熱量前進。另外當雙渦漩系統連結處遇到較細小的阻礙物時,會先斷開,通過障礙物後立刻又會接上;當遇到大型阻礙物時,雙渦漩則會順著邊界彼此分開並退行;當雙渦漩系統往水深愈來愈淺的水域移動時,渦漩垂直結構會傾斜,下方連結處移動較慢,雙渦漩會平行等深線先靠近再分開,而後沿著邊界退行。

底泥出清-阿基米德螺旋汲水器在水庫清淤上的運用

為探討阿基米德螺旋汲水器汲取淤泥的效果,我們設計出四組長為50 公分的螺旋,分別以螺旋內外半徑比、葉片數、裝置傾角、泥水比例和轉速為操縱變因,進行實驗。 實驗結果顯示,螺旋內外半徑比以 1/2 的汲泥效果最佳;葉片數以三葉片螺旋的效能較高;汲水裝置傾角則是傾角愈大汲取量愈少;泥水比例以泥水比為 2:1 的汲取量高於泥水比 1:1 的;轉速以120 rpm的汲取量優於60 rpm,且能突破傾角 40° 無法汲起淤泥的限制。 實驗中亦發現,只要水位高過螺旋前端的第一個腔室,即可順利汲取泥水;以汲泥效果最佳的數據估算,每24小時可汲起8公噸左右的淤泥。若利用本實驗成果進一步研發,有望成為在水庫積淤區域進行抽淤的利器。

玩美教室-綠濾植物好療癒

學校附近有煉油廠的大煙囪,隨風飄來的PM2.5是健康隱憂,所以我們自製主動抽氣式綠牆,以了解室內栽種綠色植物是否有助於改善教室空氣品質。研究後得到的重點有: 一、利用滯塵力佳的五種室內植物及廢棄課桌,自製主動抽氣式綠牆,既環保又能美化教室。 二、相較於密閉空間的PM2.5自然沉降,在主動抽氣式綠牆中放置非洲菫、嫣紅蔓、波士頓腎蕨時,能更快降低教室中的PM2.5濃度。 三、加快風速能讓主動抽氣式綠牆中的波士頓腎蕨有較好的吸附PM2.5效果,提高光照和使用霧化器加溼葉面的影響則不顯著。 四、在主動抽氣式綠牆中放置波士頓腎蕨,在4小時,風速2.8m/s,光照1840Lux,並使用霧化器適時加溼葉面的條件下,跟緊閉門窗後讓PM2.5自然沉降相比,PM2.5下降率可增加32%。

空汙報你知-守護你我檢測燈塔

我們的學校兩旁是農田且附近有大型化學肥料工廠,有時空氣品質不佳,可是空氣品質的旗幟卻是插著綠色良好的標誌,不禁讓我們懷疑它的準確性及即時性。在市售的空氣盒子中,都是小型而且數據無法即時觀看,也沒有明顯燈號顯示,不適合學校單位使用,因此我們想做出既美觀又可以隨時知道空氣品質的測定器。 作品利用3D繪圖軟體自行設計,繪製亮麗吸睛的外型再加上每分鐘測定一次,準確性遠超過空氣品質旗幟,再加入溫溼度感測器並將數據上傳至物聯網,並可以顯示「符合行政院環保署空氣品質指標(AQI)與健康影響之狀態色塊」(表1)的LED燈示及語音廣播,讓大家都能了解當時的空氣品質及時提醒及防護,以維護師生和民眾的健康。

水與空氣的相撲大賽-旋轉彎管對水面升降的影響

本研究是從改良虹吸管實驗將水引出的使用習慣出發,進一步探討旋轉彎管對管內水面升降的影響。 首先在研究1和2中發現在空氣中旋轉管子後,管內水面上升,旋轉愈快及旋轉半徑愈大,水面上升愈高。在研究過程中,意外發現管內水面有時不升反降。因而設計研究3,直接將管子上下顛倒,改由在水中旋轉,管子轉愈快及旋轉半徑大,管內水面下降愈大,且變化幅度比研究2明顯。甚至可將空氣引入水中,增加水中含氧量達18%。 最後研究4中發現傾斜彎管其傾斜角度愈大、彎管鉛垂向下且出水口端低於水面時,當旋轉後,最能啟動虹吸管減少抽水時間,外管愈長抽水愈快。值得一提的是彎管並非在旋轉半徑大時抽水最佳,此與前三個研究結論顯然不同。

「管 淨 」自然涼 --- 隔熱隔音簾的設計

為解決教室拉窗簾而變昏暗的問題。我們運用透明吸管製作管簾,透過煙霧、光照及共鳴音量測試,尋找最有效隔音、隔熱及透光的管簾設計。實驗結果:1.管徑越小,對流越快。2.管簾太長,對流會變慢,最佳管長是120cm。3.受熱位置越低對流越快。4.吸管材質吸熱量太大時,會造成室內溫度升高,須增設屋內地板進氣孔及室內屋頂管簾排氣孔,促進室內排熱。5.入射角0度時管簾噪音隔絕效果最好,但吸管會產生共振。6.建議吸管內塗上深色油漆或貼布簾,可提高吸管上下溫差又可吸震。7.管簾連接處及裝設位置都需加橡膠等彈性材料介面,降低管簾對噪音的共振現象。未來可應用在改良玻璃帷幕大樓成為「透光通風降噪」的環保綠建築。

紅色警戒--應用紅外線製作自動洗手、警戒及遙控系統--

我們利用紅外線發射器、接收器及其它電子零件來製作反射式感測系統及遮斷式警戒系統。也利用紅外線來製作感應式自動洗手裝置。紅外線會受到光線干擾,在太陽光線太強的地方紅外線會失效。於是,我們利用紅外線特定頻率38KHz及固定編碼方式來製作遮斷式警戒系統,大大降低光線干擾。在研究紅外線的過程中,我們利用紅外線發射器及Arduino發射38KHz的頻率,成功的利用平常使用的紅外線遙控器來控制家電用品。紅外線無時無刻存在於我們的生活中,我們將持續研究紅外線,享受紅外線帶來生活上的便利與舒適性。

日本高塔倒下來-敲敲達摩運動狀態分析

本次研究將使用相同的圓盤垂直疊放,放置於一平面,形成一個獨立的塔。當塔最底部的圓盤通過施加一個瞬間的水平力移除,塔身其餘的部分會掉落至平面上,且有機會保持直立狀態。因此透過本次科展,我們將分析底塊移除後至塔身落至地面的運動過程,設計相關實驗,並試著建立相符的理論模型,探討能使塔身保持靜止直立的條件。 經過初步的現象觀察與背景資料查詢,我們認為會影響塔身直立與否的相關參數有底塊移除速率快慢、底塊厚度、塔身高度、圓盤的摩擦係數。本作品將針對以上參數進行較為深入的研究。