全國中小學科展

第61屆--民國110年

花生殼洗面乳-廢物利用

全球性塑膠汙染議題,是現今各國所需面對的首衝問題,這些塑膠微粒除了會對海洋生物造成傷害外,透過許多文獻指出,這也會對環境造成破壞,亦能運用顆粒小的特性,被人體吸收,進入到血液循環系統。因此本研究旨在尋找能夠替代塑膠微粒,且又能自然分解的廢棄物,實驗中選用了花生殼以及蛋殼,其中,花生殼洗面乳達成與含塑膠微粒洗面乳相同效果,能夠完全取代含塑膠微粒的洗面乳;蛋殼洗面乳效果最佳,不過在於人體皮膚上清潔時,卻會有不適感。藉由研究問卷分析,發現大眾對於塑膠微粒具有一定程度的了解,接近五成的人都使用過含塑膠微粒之產品,約七成的人對於花生殼洗面乳有興趣。

凡事「球」一個「圓」-環保洗衣球之研究

在日常生活中,人們常常為了便利大量使用塑膠製成的產品,如果事後處理不當,將會對地球造成極大的負擔。於是我們想利用海藻酸鈉與氯化鈣產生交聯作用形成的一層薄膜,包裹著洗衣精製成洗衣球,薄膜可取代一般市售洗衣精所使用的塑膠外包裝,並且找到了會影響晶球的幾個變因, 例如海藻酸鈉溶液之濃度為 2.5%時做出的球,膜厚度會最厚,並且比較了氯化鈣及硫酸鈣對晶球之影響,得到了由氯化鈣做出之球的效果會優於硫酸鈣,還有將球浸泡至不同濃度之電解質溶液中,得知了隨著電解質濃度愈高,膜的厚度就愈厚且浸泡時間愈長,膜的厚度也愈厚,最後還將晶球浸泡至 pH 值 1~13 之溶液中,得到了浸泡在 pH3 之溶液中,球的形狀最漂亮且膜也厚不易破。

翻硬幣與點燈的混搭

本作品結合兩道題目,給出有趣且新的結果。 第一題:硬幣兩面分別為「H」和「T」,有n個硬幣排成一列,若恰有k枚H朝上,便 翻動左起數來第k個硬幣──H朝上的硬幣數量,決定左起第幾個硬幣要翻動。試證明持續操作下去,能在有限次內操作至停止,並求出操作次數的平均值。 另一題為講座中提出的:有n個燈排成一圈,按一盞燈,不是由亮變暗就是由暗變亮,而且它左右兩盞燈會隨之變換當前的明暗狀態,試求使其由全滅變成全亮的方法和最少操作次數。 它們都屬於離散動態系統,本研究除了解決競賽題外,創意在於結合上述兩題的條件,形成一道新題目,給出可以操作至停止的必要條件、以及操作次數平均值的猜想。

球體撞擊水面瞬間速度變化與力之探討

本研究在探討球體入水瞬間的受力變化,我們將不同大小的金屬球,在不同高度下,利用高速攝影機拍下入水過程,利用tracker分析其入水瞬間的v-t圖,並計算撞水瞬間,水對球體的平均力。令人驚奇的是,我們在實驗中發現物體入水的過程並非一昧地減速,而是經歷了略微加速、減速、再加速、再減速到終端速率的過程。其中,再加速這個過程是球體入水過半,水回淹球體造成一股向下的推力。相同高度釋放,大小不同球體,減速和再加速過程中受水作用力的大小與球體大小呈正相關;相同大小球體,不同高度釋放,減速和再加速過程中受水作用力的大小與高度呈正相關。球體在入水過程中,不論是減速或再加速階段,球體所受水的作用力是其本身重量的好幾倍。

太陽的時鐘 日晷研究

根據科學家的推算,太陽生成已經六十五億年了,地球的生成也已經四十六億年了,在這漫漫的時間長河中,太陽對地球的影響自然是不言可喻。古代的人類早早的就發現了太陽對地球的重要性,所以全世界古老的文明中,太陽都佔據了最重要神祗的位置。在那個沒有時間概念的年代 太陽日復一日從東邊升起西邊落下,這簡單而自然的規律也建立的人類社會發展最根本的基石,而在太陽日復一日東升西落的規律中,遠古的人類也建立了最基本的時間概念。 自然科學五年級的課程中介紹了太陽跟影子之間的關係,在課程中也提到了利用太陽來觀測時間的方法,但是因為課程進度的關係並沒有太深入的研究,所以我們希望通過這次的科展研究,以最基礎的方式來了解古人如何通過太陽規律的升落,建立了最基本的時間概念。

在多邊形中尋找反正切函數是否搞錯了甚麼

本文由六個結合tan-1的等式及其所搭配的無字證明圖形出發,結合多邊形的性質發展出新的圖形,並以向量以及三角函數佐以證明tan-1與多邊形的全新等式,並且討論四邊形中四個角的不同狀況以得出不同定理。本文最大的價值在於:我們將國中學過的鏢形三內角相加等於一外角的特性加以運用到四邊形,並結合高中所學的三角函數以及反三角函數和利用了方格紙將圖形座標化後以內積公式去求出各個條件下四邊形的一般式,因此我們能夠利用此一般式快速地利用座標來去算出不同四邊形的關係式。而本文最大的特色在於,我們將大部分國中及高中所學知識融會貫通後,將其運用在我們報告中,且在本文中我們利用了假設各點並小心的驗算列出了各圖形在各個條件下的一般式。

海洋保衛戰--漂浮垃圾收集器

本研究的目的是要設計海洋漂浮垃圾收集器,研究中第一代的主機採單螺旋、收集器採浮桶式設計,但浮桶的設計遇到水的浮力過大及容易進水的問題。經過改良後,第二代的主機維持單螺旋、收集器改為網撈式設計,但降低主機桶身高度和捨棄浮桶的設計以減少浮力,卻因網子在水中的阻力過大造成網撈無法旋轉、主機自轉的問題。第三代的主機改為雙螺旋、收集器維持網撈式,雙螺旋主機使主機不自轉、網撈旋轉,且網撈進行七大改造並在內部加裝長形邊框,最後在實測中成功收集球狀、長管狀及片狀等三種形狀的塑膠漂浮垃圾,實驗中發現:同一長度的邊框都是以球狀漂浮物乒乓球的收集成效最高;不同形狀的漂浮物收集成效最佳的長形邊框,其長度則各有不同。

化〝澱〞成晶~謎團,米糰-探討漿糊變硬『筷』形成的因素

急速降溫冷藏是糊化前澱粉漿的最佳環境。單一澱粉糊化前加少量『酸、油』可加速糊化。雙澱粉混合直鏈含量越多加少鹼越無效果,顯示直鏈澱粉不易被溶出。直鏈澱粉堅硬易撞碎耐不同水溫、不同溶液,支鏈澱粉質軟不易撞碎。老化澱粉對含水量少的溶液和低溫冷藏可較長時間保持硬度。澱粉混合種類以糊化溫度相當,直鏈含量約25%~30%為佳;多種澱粉混合(三澱粉以上)、易糊化、高直鏈含量澱粉效果不佳。雙澱粉混合1:1飽和液加糖-直、支鏈澱粉溶出有限,加鹽-糊化不足,加5g食用小蘇打溶出直、支鏈澱粉最多,自然乾老化環境體積完整無裂痕,有利氫鍵形成晶體結構為最堅硬的天然無毒環保筷子,使用完可當飼料或作為調整土壤酸化的肥料。

複眼「視」界不複雜

科學報導提出蒼蠅的視覺會被斑馬條紋擾亂,生活中也發現打蒼蠅時蒼蠅總會先一步飛走,我很好奇蒼蠅用複眼看到的世界,於是動手製作透明複眼模,但每顆複眼小眼太大顆且相連處有空隙,無法模擬複眼看到影像,所以改用投影機專用複眼鏡片來實驗。首先模擬蒼蠅複眼看到的斑馬影像,並計算斑馬外觀所佔整體複眼影像中的複眼顆粒數量比例,發現蒼蠅飛近斑馬影像越來越大時,複眼看到斑馬外觀所佔的比例越來越低,此導致斑馬條紋會擾亂整體複眼的影像。而透過複眼鏡片觀察節拍器上手掌的前後和左右運動,結果發現在動態成像中複眼比人眼靈敏,而兩個複眼鏡片疊加形成的莫列條紋,在轉動20度與40度疊加時靈敏度最高。複眼真是大自然演化的精心傑作。

「塑」人之亂-探討萬年溪塑膠微粒及人口數的關係

基於對鄉土關懷,我們選定生命之河~萬年溪,此為唯一通過屏東市商業區、生態公園和住宅區等之特殊溪流,利用傅立葉轉換紅外線光譜儀,調查溪流中塑膠微粒種類和含量,並透過TGOS系統探究人口數與塑膠微粒之相關性發現:廣東橋流域塑膠微粒量最高,推論位於『住宅區』之民生排放汙水有關;長春橋流域濃度次之,與位於『商業區』有直接關係。環境指標生物~大型水蚤濾食中會攝入塑膠微粒,相較於控制組、塑膠微粒汙染下會明顯降低水蚤活動力、心跳數;且繁殖力驟減,有顯著性差異。本研究重大發現,水生植物確實有效吸附水中塑膠微粒,另生態工法及汙水地下化系統處理,均可降解排放至海洋塑膠微粒含量,進而讓環境減塑、環保及生態系恢復榮景。