全國中小學科展

第60屆--民國109年

精雕花刃的草叢獵人--棕汙斑螳螂

本研究針對臺灣棕汙斑螳進行生活史紀錄,並釐清螵蛸孵化時間與溫度的關係,及螳螂捕食與獵物體型的關係。棕汙斑螳從孵化到成蟲經過九次脫皮,體色多變,雌、雄蟲比例懸殊約8:2,雌螳交尾後可產卵6次以上,螵蛸平均可孵化約104隻幼螳,初期產的螵蛸孵化隻數較多,越晚產出螵蛸孵化隻數越少。 實驗冬天室溫與溫室比較孵化期溫度影響,發現溫度愈高螵蛸孵化時間愈短,與當年度月均溫變化率相同,取用此趨勢線公式將溫度帶入,以積分累積方式,便可預估孵化時間。 棕汙斑螳捕食以本身1/5體型獵物最喜愛,能在光線極低環境仍能捕捉獵物,對於螢幕播放移動昆蟲能區分真實程度,也能分辨不同昆蟲種類,不同顯示器對螳螂視覺感受程度,有顯著差異表現。

面面俱到-雙面太陽能電池

本研究主要探討如何增加太陽能電池的效能,我們研究如何讓陽光同時照射上下兩片太陽能板並且能夠自動轉向太陽的裝置。一般的太陽能電池為單面受光,我們設計了雙面受光的太陽能板,上下兩面太陽能板皆能照射到光,如此可以節省成本及增加效能。 為要達到最佳的光電轉換的效能,實驗透過兩組光敏二極體測量四個方位的光照值,透過程式的計算並命令伺服馬達轉到目標角度,使太陽能電池板面始終保持垂直面對太陽的狀況。 由實驗結果得知,太陽能電池藉著自動轉向機構確實比固定角度的機構更能得到好的光電轉換效能,並且藉著鏡面的反射,背面的太陽能板亦能得到太陽光的照射,因此,實驗結果達到我們預期的效果。

別怕!我『罩』你!口罩也可以很環保

一次性口罩的材質都是不織布,原料是聚丙烯或是聚乙烯,是一種半結晶的熱塑性塑膠,使用完就丟,並不環保。希望可以藉由這次實驗做出環保又能預防PM2.5的口罩。

三角形可變動的外西瓦線之共點問題

2001 年 Larry Hoehn 提出了 △ABC 的三個旁接三角形的西瓦線之共點性質,近年的相關研究都是探討邊上作正方形或矩形而構造三個旁接三角形。本研究不限於直角,創新探討角度一般化情形。考慮以 △ABC 頂點為旋轉中心,將三邊分別旋轉實數 φ 後,構造出可變動的三個旁接三角形。我們發現可變動的三條外中線交於一點、三條外高交於一點、三條外中垂線交於一點。我們先探討前述三個動點的軌跡,發現著名的 Kiepert 雙曲線,本研究為 Kiepert 雙曲線的新構造法。接續研究任選兩點所構成的直線性質,有趣的是,外高交點與外中垂線交點連線恆通過重心;外高交點與外中線交點連線恆通過九點圓圓心,我們給出共線三點的有向距離比例常數。最後,再探討三個動點共線的充要條件。

你可以再瞄準一點─旋轉火箭

我們把尾翼黏成有偏折角度,想試試火箭會怎麼飛行。結果火箭如同我們預期一邊旋轉一邊飛行,但距離卻沒有變近。於是我們先做出最佳發射角度43〫。然後我們以43〫跟不同的打氣磅數作實驗發現:1.尾翼偏折角度在10〫~15〫會是旋轉最穩定且飛行距離最遠的角度。2.我們利用Tracker軟體來分析空氣火箭的飛行軌跡、及速度、加速度。3.我們再利用自製儀器測量空氣火箭在不同磅數時衝力有多大。4.我們利用電動打氣機與風速計測量空氣火箭在不同磅數時噴出空氣的時間與風速為多少。5.最後我們自製風洞、模擬空氣火箭在空氣中的旋轉狀態,利用超慢速錄影看見空氣是如何通過旋轉火箭,最後發現旋轉火箭就跟槍管膛線是一樣的功用。

「一」「試」搞定

延續國小五上自然水溶液酸鹼指示劑實驗,購買石蕊試紙時,意外接觸「廣用試紙」,才知道廣用試紙很好用!只用一張,就能知道水溶液的性質,還能檢測水溶液的pH值。但廣用試紙很貴!我們想要改善檢測水溶液性質時,必須使用紅、藍色石蕊試紙的缺點,經由一連串的實驗,我們發現: 1. 以紫色高麗菜汁製成的試紙,能改善石蕊試紙的缺點,只用一張,就可測得水溶液的性質。 2. 有些有色蔬果製成的酸鹼指示劑,顏色變化具有規律性,可以做出精準的蔬果酸鹼試紙,檢測不同pH值的水溶液。 3. 我們研發的蘋果試紙,具有天然環保、價格低廉、檢測準確、可自製的優點,可以改善紫色高麗菜不易取得及價格昂貴的缺點,讓水溶液酸鹼指示劑教學活動更有趣。

音速小子 - 不同氣體及氣壓對於音速的影響

對於在理化課聽到的物質密度愈大,聲音傳播速度越快,溫度越高音速越快,公式v=331.5+0.6T是溫度對聲音的關係,提出了質疑,本作品利用在盒中裝設超音波感測器來驗證v=331.5+0.6T的準確性,以及在不同的氣體,不同氣壓下音速的改變,得出氣體平均分子量越大,聲音傳播的速度越慢的結果,而氣體中氣壓愈大,聲音傳播的速度就越快。

異卵離子搞叛逆-探討非共同離子效應

影響化學平衡的因素有很多種,其中在高中化學課本中提到同離子效應,我們想知道,若加入不同種類的離子,是否也會產生類似同離子的「非」共同離子效應。 我們設計以pH值及電導度來測量,了解難溶鹽類的溶解度,選擇有氫氧根的難溶鹽與中性的易溶電解質作為實驗藥品,根據銅離子效應的實驗,推測非共同離子效應會使得溶液溶解度降低,氫氧根濃度下降pH值跟著下降;隨離子濃度減少電導度也會下降。 根據實驗數值,有Ca(OH)2加KCl、Cu(OH)2加KNO3、Ni(OH)2加KNO3的pH值和導電度都有下降趨勢,符合預期中非共同離子效應的結果。 我們未來會用KBr及以Na+為陽離子的強電解質來進行更進一步地確認;針對有色離子做吸收光譜實驗,確認非共同離子效應的存在。

熱鍋上的舞者-聚丙烯酸鈉的Leidenfrost效應分析

將水晶寶寶放置於加熱板,會不斷跳動並發出高頻聲音。本研究透過錄音及錄影進行分析,探討其跳動的原理及特性。研究發現:水晶寶寶於加熱板溫度80°C開始出現穩定跳動,並發出高頻聲音。溫度越高,跳動高度越低且聲音頻率越高。並發現水晶寶寶為符合虎克定律之彈性固體,其聲音頻率與√k成正比,符合簡諧運動的型式。進行動力學分析發現,水晶寶寶於加熱板撞擊之恢復係數穩定於1附近震盪,且發現水晶寶寶撞擊加熱板時會噴發氣體。我們嘗試於加熱板上方放置壓電晶片進行撞擊,發現溫度越高,產生電壓越高,可透過碰撞實現能量轉換。最後結合聲音及動力學分析,提出物理模型針對觀測之現象進行解釋,論證此現象屬於高含水彈性固體的Leidenfrost效應。

吃軟不吃硬-探討麵粉與膨鬆劑對馬芬蛋糕結構的影響

本實驗之研究目的在找出馬芬蛋糕的最佳配方。以不同比例的泡打粉、酵母粉和麵粉種類,設計出11組不同配方,找出麵粉和膨鬆劑對馬芬蛋糕的影響。本研究利用電腦軟體ImageJ測量氣孔、物化分析儀測量其硬度和咀嚼度、體積置換法來測量體積的改變,以科學化數據方式觀察,量化紀錄資料比較蛋糕本體外型和品評口感,同時進行大腸桿菌含量實驗測量其保存後的新鮮度。綜合比較結果,酵母粉馬芬蛋糕硬度均大於泡打粉馬芬蛋糕,相較之下也較難咀嚼。所以最佳配方建議以「4.5g泡打粉+低筋麵粉」為本研究最喜愛的配方。若要添加酵母粉,則建議搭配高筋麵粉提高彈性增加風味。最後無添加膨鬆劑的馬芬蛋糕也廣受到受試者的喜愛,可做為另一健康食譜的新選擇。