全國中小學科展

第61屆--民國110年

察鹽觀測-探討溶液中的鹽度檢測

自然課「水溶液」單元,我們好奇怎麼得知溶液中溶質的濃度?鹽是生活中常用的佐料,但鹽攝取過多有礙健康,因此我們決定探討溶液中的鹽度檢測。針對純鹽水,自製比重計、光折射率及通電電流都是可行的方法,鹽的濃度越高,比重計的沉水深度越淺、光的折射角越小、通電電流越大。加了糖的雙溶質溶液,自製比重計、光折射率都會產生偏差,糖的濃度越高產生的影響越大,運用光折射原理的市售鹽度計也一樣會產生偏差;通電電流的檢測方式,糖濃度5%以上,電流會受影響而變小,但當糖濃度5%,通電電流並不會產生明顯影響,因此我們以通電電流來檢測市售火鍋湯底的鹽度,能有不錯的成效。改以太白粉為第二溶質會產生黏滯性,適用的濃度則為3%。

洞築先機-探討預先戳洞提升綠豆耐鹽能力

閩南語有句俗諺:「打斷手骨顛倒勇」,人能在受傷後成長,越挫越勇,那植物呢?本研究發現,綠豆葉片在預先接受戳洞的物理刺激後,對生長不僅不會造成負面影響,更反而能提升綠豆耐鹽能力!隨著戳洞數增加或是延長戳洞後放置時間,皆能增強綠豆的耐鹽能力。深入研究結果顯示,戳洞刺激可能藉由鈣離子作為訊號傳遞分子,最終提升綠豆體內抗氧化酵素活性,藉此降低植物在逆境下的氧化傷害,提升其耐鹽能力。未來期望能將研究成果推廣至農業應用上,使其在面對天災人禍時,可以減少農損。

太陽能光熱分離複合發電的探討

從遮雨棚吸熱引發靈感,將太陽的光與熱分開來發電,讓太陽能板不因高溫降低發電並並延長使用壽命,然後再將分離後的電並聯使用,便是光熱分離複合發電構想,過程發現太陽光的熱分離後,會使發電量降低,可利用提高熱電轉換方式: 1.選擇紅外線IR塗料來提高透光與吸熱率 2.利用傳導、對流、輻射原理提高熱電轉換效果 3.提高致冷晶片發電關鍵在於增加吸熱與散熱端的溫差 最後利用所學,改裝環保水冷式設計,除加速散熱增加溫差以提高致冷晶片發電外,冷卻後的水也能當熱水再利用。測試後發現:照射時間越久,光電轉換電力依舊可維持發電效果,而熱電轉換則會越來越好,甚至有機會彌補因吸熱降低透光率所減少的光電轉換電量。

影響桃園河口地區塑膠微粒分布因素之初探

塑膠微粒產生的問題,已是全球關注的重要議題。我們希望藉由調查桃園沿海地區塑膠微粒分布及氣象資料比對,來探討塑膠微粒數量可能受到哪些因素影響。 我們挑選了桃園沿海地區的南崁溪、老街溪、社子溪出海口做為採樣地點;另外也加入非出海口的觀新藻礁海岸進行採樣。樣本使用尼羅紅染劑染色,計算塑膠微粒數量後,取其平均值做統計圖表,並與氣象與洋流資料進行比對分析。實驗結果顯示,漲退潮對塑膠微粒數量的影響不明顯,但風速快慢及海流的季節差異則確實有影響到塑膠微粒數量。 本研究為初探性質,樣本中的社子溪出海口塑膠微粒數量較多,河川的人為活動具體如何影響,可再進行後續延伸研究。

色變~移印幻影-著墨於儀

我們將染布前處理後,墨水樹心染材經煮染及上色時間越久染色效果越佳;染液呈紅色,略呈酸性,加鹼呈紫色、加酸呈黃色,但染布在空氣中置放,漸回復紅棕色。 我們也發現,加入不同含金屬離子的媒染劑會改變染液的顏色,而且前媒染比後媒染的顯色效果佳;後媒染則比同媒染的顯色效果佳。 最後,我們開發出整合手機App辨色的第二代在暗箱光路徑區中測比色槽染液的RGB、染布使用GY-33顏色感測器模組量測,可增加顏色量測的準確度。另外,也終於成功的製造出第四代可調變色燈的吸光儀設計,在十六色燈的感光電壓下,與串接電阻檢測電壓的線性回歸趨勢線的R2值均可達0.99以上,並可依染液選擇色燈,製作出不同濃度的檢量線並定量染布後的廢液濃度,回收再利用。

「晶」彩萬分—探討結晶在自製偏光顯微鏡下的形態

每種物質都會結晶嗎?它們的結晶形態都相同嗎?在偏光鏡檢下是否都能呈現旋光性?如何培養出鹽的大結晶?鹽的結晶能做什麼應用呢?本研究利用自製的偏光顯微鏡和科學maker手機偏光顯微鏡的觀察得知:不是所有物質都能產生結晶,像白醋、米酒、蛋白、麥芽糖等無法產生結晶,而能產生結晶的鹽和醬油類沒有旋光性;糖、味精、紅酒和清潔類物質則有不同程度的旋光性。每一類的結晶形態也都不相同,可以用來判斷溶液中可能含有什麼成分。實驗中還發現,容器中的細小鹽結晶會跟主要培養的晶體競爭鹽分子,勤於更換容器才能養出大結晶。利用鹽的結晶可以做成具有療癒效果的偏光萬花筒、鹽燈、晶洞和鑽石樹等。

自製靜電口罩之實用性探究

自從2019年底開始爆發新冠肺炎疫情(COVID-19)以來,搶口罩的事件以及各式口罩的品質與醫療防護力問題引發社會關注。而臺灣醫療口罩品質之所以能夠獲得世界各國肯定的最大功臣就是口罩中間的熔噴不織布(聚丙烯PP)和其中的「靜電駐極」技術,將口罩過濾效果從30%~50%(聚丙烯-物理過濾)提升至95%~99%(靜電吸附加持)。 此研究主要目的在於探討如何比較靜電量的大小差異(鋁箔驗電器、保麗龍球、衛生紙碎),還有如何有效的產生靜電(摩擦起電、電蚊拍尖端放電、范氏起電器),以及將靜電量儲存於口罩內的熔噴不織布中。利用空氣質量檢測儀及自製的檢測箱來對照比較有無靜電的口罩防護性差異,採取簡單的方式有效提升一般性口罩與過期醫療口罩的過濾效果,進行相關實用性的探究。

應用行星輪系於磨墨機構之設計與分析

市售磨墨機使用時都需要專用硯台,因此侷限了磨硯之泛用性。還記得小時候玩過可以畫出花型曲線萬花尺,這曲線成形定義是由內擺線所構成,適巧這運動軌跡可應用於磨墨機構。本研究應用連桿與內擺線運動機構配合進行軌跡設計,原理是運用連桿一端(與萬花尺小齒輪上一支點連接)及連桿中間具一可滑動調整鈕之運動限制,使連桿另一端點(墨條端)產生軌跡變化。透過實際組裝後測試,調整小齒輪上連桿端支點位置設定,便可以畫出大小不同圖案,另外只要調整連桿中間調整鈕位置,便可以變化輸出不同長寬比曲線,此比值可以變化適用於不同形狀及大小硯台。完成確立實驗後,我們將整個作品做最佳化設計,以符合實際使用者的需要。

水龍搶珠 - 探討不同條件下雙水柱的交纏狀況

水池邊,看到石雕魚噴出的水柱,水面變得凹凸不平,分析文獻後,發現都沒有解釋原因的相關研究,決定深入探討。實驗發現,雙水柱所形成的水結依序為水平面、鉛直面…的呈現。我們研究顯示,因為表面張力的緣故,雙水柱會以麻花狀互相纏繞,並在水平面及鉛直面水結交接處,水柱會快速旋轉90度,使水結翻轉,因此會形成數個水平面及鉛直面水結,最後才結合成一道水柱。也發現,使水結振幅變大的因素為:雙水柱距離變大、水溶液的表面張力變小。讓水結波長變長的因素為:雙水柱距離變大、水溶液的表面張力變小、水柱流出的初速度愈大。而水結數量變少的因素為:雙水柱距離變大、水溶液的表面張力變小、水柱流出的初速度愈大及雙水柱的水平夾角愈大。

「倒」高一尺,「蚊」高一丈--探討積水容器中白線斑蚊卵被刷下後仍能孵化的可能性

利用『巡、倒、清、刷』來清除登革熱病媒蚊孳生源時,仍有一些操作細節要注意,本研究就是針對『刷』的部分,將積水容器內壁的白線斑蚊卵刷除倒掉,來減少病媒蚊的孳生。根據本研究的研究結果,在刷積水容器時,如果這些卵隨著積水直接流入水溝中,不論水質為何,這些卵不但仍會孵化,而且和原本積水容器中的斑蚊卵自然孵化率相較,並沒有太大差異。如果把這些卵倒在地上,經過一段時間乾燥,當一場雨把卵沖入水溝或水坑中,這些卵仍然有很高的孵化率;這些卵的孵化率,受到乾燥時間的長短、最否受陽光照射、陽光的強度,地面材質的吸熱升溫的影響,乾燥時間愈長,照射陽光愈強烈,地面材質受熱愈容易升高溫度,則白線斑蚊卵的孵化率愈低。