全國中小學科展

第60屆--民國109年

「菇」「助」一擲—菌絲體防撞材料之研究

經媒體得知有人利用蘑菇菌絲體製作出防撞包裝材料,在台灣,菇類的產量大品種多,每年都產生大量的太空包農業廢棄物。因此,我們想透過研究協助解決問題,達到循環經濟的目的。研究結果顯示:不論是使用過的或是未使用過的秀珍菇和藍寶石菇太空包,所製作出的材料都有很好的防撞效果,若摻入30%的咖啡渣,耐撞力更好。拿我們製作的材料和市面上的保麗龍、瓦楞紙板與泡泡紙包裝材料相比,在耐撞性、防火性及熱絕緣性都有很好的效果,在潮濕的環境下容易發霉,代表易被微生物分解對環境友善。我們以燒杯作為實際物品測試,當燒杯以我們製作的材料包覆時,可耐50次以上銅球的撞擊,且從180公分高度落下也毫髮無傷,證明是很好的防撞包裝材料。

走廊不奔跑 安全靠視角--研究物理性視覺阻礙對行走行為模式之影響

下課常聽到老師的大聲阻止同學在走廊奔跑,以免發生危險。我想要找出有效的解決方法。我想到利用視線的阻擋,也許會有效。要證實我的假設,若直接找同學來做測試,可能會有危險。我決定先採取小鼠來做實驗。發現可能的原理,也許就可以應用在人的身上。我們實驗比較不同顏色、不同寬度與不同長度的紙條,懸吊在小鼠通過的走道上,比較小鼠通過率及時間,確認影響因素。經統計結果得知,所有型態的視覺阻擋都有效,長度和寬度及顏色都有影響。根據動物實驗的發現,製作各種視覺阻擋的走廊模擬圖,設計問卷請同學回答。發現同學的問卷結果和小鼠的結果相符。因此,設計合適的物理性視覺阻礙,有助於防止同學在走廊奔跑,減少受傷的危險。

配重圓盤與其倒轉時間的探討

本實驗研究重心偏移的圓盤經旋轉發射後,其重心上翻與轉速的關係。實驗發現偏心圓盤在旋轉的過程中,重心有反覆上翻而又下降的現象,其重心位於上方的持續時間會逐次減少。從歐拉角轉動方程式、摩擦力與能量關係得出角度變化率的關係式,特殊條件下上翻條件為自轉角速度n>nc(臨界角速度),但nc會因進動變快而上升,且n因進動變快及摩擦力損耗而下降,使n低於nc導致重心下翻。另,重心上翻時並無特定自轉角速度,取而代之的是初自轉角速度愈大愈快上翻,即初自轉角速度愈大上翻時自轉角速度亦愈大;而重心偏心率越大能有較穩定的旋轉,也就是重心在上半部的維持時間較長;厚度愈厚其旋轉較不穩定,推測因其無穩定接觸點使摩擦力作用不連續。

氧化?催化? ──以過氧化氫分解反應為例的三模式探討

本實驗主要探討透過各種藥品,包括PbO2、MnO2、KMnO4、CuO、Pt、過氧化氫酶,與雙氧水反應,驗證藥品在雙氧水的氧化還原的反應上,扮演的角色是反應物,或是催化劑。透過pascoPS-3201藍牙溫度計和S-3204pH儀來檢測在反應過程中,系統溫度、pH值變化及平均速率來做比較。 本次實驗利用KMnO4和雙氧水的標準氧化還原反應作為標準,發現氧化還原反應不僅反應後會改變顏色,相對來說溫度和pH值也是變化最大;而Pt則是作為標準的非勻相催化劑, 發現催化反應可重複使用,且相對來說溫度和pH值是變化最小的。因此我們判定CuO和過氧化氫解離酶是標準的催化劑,而其他藥品則是介於氧化還原和催化之間,反應不那麼劇烈,但相對作為純催化劑的Pt而言,仍有差距。

墩的好—柔性葉片環圈預防橋墩周圍侵蝕之相關探討

本研究主要目的為探討柔性葉片環圈是否能有效減緩橋墩周圍侵蝕,並在何種條件下效果最佳;本研究運用自製的水道模型,等比例縮小碧潭大橋及柔性葉片保護工,設置不同的葉片形狀、不同環圈排列方式及三角形排列時不同的頂角,會對流速、橋墩周圍侵蝕及周邊地形造成何種影響,最後拿實驗中最好的比例來和消波塊比較效果。 由研究結果可知,柔性葉片環圈能有效減緩橋墩周圍侵蝕,且當選用三角形的葉片時,其效果較佳,而安置環圈時,將其排成頂角面對水流的三角形,成果較佳,且其成效也較消波塊好,推測可能可以產生分流的效果;叧三角形排列的夾角,應與橋墩之間存在特定比例關係,而非越大越好或越小越好,以結果來看,60度夾角最佳。

走出陰霾-台灣大氣懸浮微粒含量變化與天氣狀況、汙染物種類特徵探討

本研究應用環保署空氣品質及氣象局天氣監測資料,運用統計分析,了解懸浮微粒時空分布特性,計算相關係數分析懸浮微粒含量高時,天氣、汙染物特徵。 分析發現懸浮微粒含量時間上以冬、春季多、夏季少,推測與雨量多寡有關。區域上以南部、中部多、東部少,分布受地形、季風影響。影響時間來說,東部、北部來源長時間以交通運輸、火力發電汙染為主;中部、南部長時間以火力發電及工業汙染為主,南部3月受境外移入影響,可能與大陸汙染移入有關。以影響區域來說,當冬季乾燥;春季乾冷;秋季乾燥、雨量少;冬季日照時間長時,台灣大區域懸浮微粒含量較多,推測與秋冬春季高氣壓籠罩情況下,懸浮微粒擴散不易、乾燥易發生揚塵有關。

最小能量~探討水晶膠花的特性與應用

本研究藉由高分子水晶膠造花液的表面張力來沾附銅線形成膜面進行探究,目的在:1.找出影響最小能量成膜的原因;2.尋找合適的稀釋液;3.找出最佳的操作方法。 研究中選擇「面積」、「銅線粗細」、「夾角大小」、「支架數量」、「稀釋液」之變動變因來探討,透過觀察「沾取容易度」、「膜面厚度」與「抗穿刺強度」來探究水晶膠的最佳操作方式。 研究結果發現:1.「縮小線圈面積」、「選用較的銅線」、「增加支架數量」可獲得較厚(至少0.0049mm)且抗穿刺強度較佳(至少1.33級)的最小能量膜面。2.「乙酸乙脂」是較理想的稀釋液。3.為達成或克服水晶膠表面張力形成的最小表面積。4.本作品可應用至生活飾品及擺飾精品,並重複環保使用。

分堆問題之收斂性的探討

此作品研究「在n堆彈珠數目的分堆問題,當每堆個數不同並進行分配,每次都從最多個數那堆拿最少個數那堆的數目給最少個數的那堆,直到收斂或出現迴圈時,則停止分配彈珠。」首先,探究分配過程中,奇偶數變化與總和(∑)的關聯性,進而觀察出可達成穩定狀態(收斂)之條件的規律;而當無法達成穩定狀態時,起始彈珠數之總和固定,在甚麼條件下會形成最大迴圈或最小迴圈,其迴圈數是多少,而迴圈的個數又會是多少;並探討起始值在甚麼條件下,其分配過程中,每個組合都能經過且不重複;最後,將分配過程所找出的規律,運用數學邏輯並加入條件因素,寫成演算法,利用程式GDScript動態語言執行,並呈現其分配過程及驗證我們的方法。

球解懸鍊線-以nanodots模擬數學曲線

研究科學玩具「nanodots」與數學曲線「懸鍊線」(Catenary)的關係,並更進一步思考nanodots的多寡與最終形成曲線的逼近程度是否有正向的關聯。

有趣的果凍效應

搭高鐵時,用手機拍攝風景,發現窗外的柱子竟然變成斜的?網路上搜尋,這種現象,被稱為果凍效應。 本研究探討:在高鐵上,手機如何能拍到柱子傾斜?在月台上,拍攝移動的高鐵,觀察車窗變化?可否使用影印機,來模擬捲簾快門?如何推測相機快門的掃描方向?車速是否影響目標物傾斜的角度?光線強弱,是否影響果凍效應的拍攝? 實驗後發現: 一、在移動的高鐵上,將手機橫向拍攝,可拍到柱子傾斜。 二、在月台上,拍攝移動的高鐵,發現手機橫向拍攝時,車窗會傾斜。 三、可使用影印機,模擬捲簾快門。 四、可利用「自製角度板」或「描點法」來推測相機快門的掃描方向。 五、車速越快,目標物傾斜的角度會越大。 六、光線充足時,才能拍到果凍效應現象。