全國中小學科展

第61屆--民國110年

「形」之互動,隱「力」再「線」

本研究探討懸浮裝置中心軸線、邊繩與載重的關係。透過改變中心軸線與邊繩的夾角、距離,找出影響裝置平衡載重的因素,並透過中心軸綁彈簧及使用彈性包裝繩代替棉繩,觀測載重時張力與拉力的變化,並自製搖晃振動裝置突破平衡與載重兼顧的測量困境,以破除反重力的迷思,找到增加平衡載重的方法,結果如下:一、裝置上下底層的材質會影響平衡與載重的結果,以壓克力條製做最佳。二、中心軸線的位置、邊繩與其夾角會影響裝置平衡與載重。三、裝置維持平衡最少綁2條邊繩,而中心軸繩與邊拉繩的數量越多,可承載重量越重。四、利用懸浮裝置與斜張橋概念研發雙臂懸浮跨河大橋、懸浮吊橋及雙臂輕軌,以達疏通交通兼顧使用、美觀之效。

「鋅」「錳」相傳─可逆電化學沉積溶解的水系鋅錳無隔膜液流電池

使用醋酸鋅及醋酸錳的金屬離子電解液建立自製的鋅錳液流電池循環系統,透過負極Zn/Zn2+及正極Mn2+/MnO2的氧化還原反應,成功實現無隔膜的可充式鋅錳液流電池。在電解液濃度實驗中,觀察到較濃的Mn2+濃度會增加MnO2的沉積,有較好的充放電效率。在不同pH值的實驗中,發現pH= 6~6.5的醋酸根電解液,有最佳的鋅錳液流電池充放電庫倫效率及能量效率,分別達80%及40%以上。使用加入更多硫酸根離子pH< 5的酸性電解液,雖有稍高的放電電流,但會提早耗盡MnO2使充放電效率降低。電極擺放方向的實驗結果,顯示平行水流有較佳的充放電效率,此外重複充放電實驗也證明醋酸鋅錳電池可保持極佳的庫倫效率,有很好的再現和穩定性,實驗結果將有助於未來鋅錳液流電池的進一步研究。

逆水「停」舟,不進則測阻力

上學期我們參加學校「水上足球機器人比賽」,比賽成敗的關鍵是機器人移動速度。相同動力下,船底的形狀會影響機器人前進的速度,我們裁切保麗龍板並加上動力讓保麗龍船能在壓克力水槽內移動,之後改良用珍珠板,讓船沿著軌道直線前進,配合資訊課程式語言(micro:bit),自製測量珍珠板船移動速度的器具。 實驗發現:軌道的形式會影響珍珠板船的移動速度,因而改變研究方法,讓船不動,水流動來測阻力:用抽水馬達製造水流,船頭挷細線,透過滑輪改變拉力方向,一端垂吊重物,水流動時重物減少的重量即阻力。我們製作許多不同長度的船板,測量不同長度受到的阻力,並增加載重及改變水流強弱,試著研究船的長度、寬度、載重、水流快慢和阻力之間的關係。

UV照射對黴菌生長及幾丁聚醣含量之影響探討

本篇研究主要在探討UV照射黴菌所導致的幾丁質含量變化。本組以家庭中常見的青黴菌複合體作為材料,證實黴菌經UVB照射30秒後可促進生長及增加養分的累積,並且也能得到稍多的幾丁質及幾丁聚醣。我們從文獻分析黴菌和蝦蟹外殼的幾丁質結構,發現其結構上有所差異,再比較由實驗萃取幾丁聚醣的成本和市面上大多是經蝦蟹外殼萃取產品的售價,發現兩者價格差異不多。

「胭」「脂」來者不如今也

至今未有一款完全可食用又不對人體造成危害的口紅,本研究嘗試尋找生活中易取得的食材製成可食用、天然的口紅。首先參考並比較網路的做法進行改良,將其中化學色粉改為食用級天然色粉,發現天然色粉須使用隔水加熱法進行配製,因天然色粉由植物乾燥脫水研磨而成,其中所含天然色素的化學性質各不相同,本研究嘗試添加適量天然乳化劑使自製口紅更均勻顯色。此外進一步測試自製口紅品質,測試項目包括溫度、硬度、防水、沾杯及持久度等,並使用ImageJ程式進行口紅有效顯色比例及口紅均勻度量化分析,總結各項測試得出最顯色、不色衰、且不脫妝的口紅配方為:椰子油4克、維生素E0.4克、蜂蠟2.1克、天然乳化劑0.2克、色粉0.8克。

「分」散,「離」散,好聚好散

本研究主要探討分子與離子在不同溶液中散布情形的差異,將紅墨水與過錳酸鉀滴入不同溶液中,藉由即時錄影的質性分析觀察不同變因下的散布情形,再利用自製感光裝置的量化分析進一步測得散布速率的差異。 研究發現,紅墨水滴入水中的散布情形與容器的截面積大小、落下高度和水溫有關;滴入不同水溶液時,水溶液的密度是影響其前半段時間散布情形的關鍵。研究亦發現,當水溫在40℃以上時,過錳酸根離子的散布速率會明顯大於紅墨水色素分子;當紅墨水與過錳酸鉀滴入相同濃度的氯化鈉水溶液時,過錳酸根離子的散布效果也會優於紅墨水分子。

「義乳」擋彈 ─討論矽膠義乳製作防彈頭盔之可能性

網路新聞啟發了利用矽膠製作抗彈防具。購買網路的矽膠進行實驗,過程中受限於馬祖對於BB槍的槍支限制,改採漆彈進行實驗。矽膠成型實驗發現:配方中B劑(硬化劑)比例越高,則成形的效果越好,但成形效果好不代表抗彈能力佳。乾燥實驗觀察配方1(1A:9B) 最乾,依序2~5,配方6、7完全無法成形。彈性實驗觀察配方1(1A:9B) 最乾,依序2~5,配方6、7完全無法成形。在射擊實驗中配方2和配方4較穩定,在中短距離有較好的抗子彈效果。且配方4能有效擋住子彈並不彈開。具有吸收能量的能力,更加的保護我們的身體!配方8在短距離的防彈效果極為優秀,之後實驗考慮以矽膠與與米水混和實驗,也許可以獲得更佳的效果!

一覽無遺 - 氣孔計數法的改良

傳統的氣孔計數法,必須在顯微鏡下計算一小塊表皮中的氣孔數,再用此樣區推測全葉的氣孔總數,過程繁瑣、應用也缺乏彈性。我們希望能簡化過程,也讓調查更有彈性,所以我們嘗試使用單眼相機直接對整片葉片微距攝影,希望能一覽無遺的將所有氣孔粒粒分明的紀錄在一張相片中,以利後續研究與應用。結果顯示,第一,直接用微距攝影拍照就可以拍出全葉的氣孔系了,不需要顯微鏡、不用撕表皮或做印膜,能大大的簡化流程;第二,可以在直拍照片中直接計數全葉氣孔,也可以在直拍照片中劃設位置精確的樣區,能用來任意分析比較各樣區,使調查更有彈性;第三,直拍照片可使用軟體自動分析來計數氣孔系數量,有望減輕人力負擔。

心動瞬間-藉由心率變異度探討影響國中生專注力的因素

身處學生階段,專心度的高低將很大程度影響學生的學習。本研究探討專心度與學業成就、運動時數、睡眠時數等各項變因的相關性,並建構專心度變因研究的實驗模式。實驗選定30位國三學生,測得其以站姿和坐姿讀書時之自評專心度、心率變異度、心情沉靜狀態,並整合為專心度總分,與各項變因做相關性分析。結果顯示睡眠時數與學業成就和專心度有顯著正相關、運動習慣則和專心度有顯著負相關性;而坐姿狀態的專心度高於站姿。本實驗建構專心度測試模式,且證實實驗變因與專心度的相關性,為學生提供增加專心度的有效方向。期待未來可以以此模式為基礎,進行更深入的專心度變因研究。

「還有轉環的餘地」─探討鋼球位於自轉圓環上之運動

在一個旋轉的圓環內,當將鋼球放入其凹槽內可發現,在某些情況下,鋼球會沿著圓環向上運動,但在某些情況下,鋼球卻只是待在原地。本實驗不僅改進了實驗架設,也透過改變各種變因發現鋼球有許多不同的運動效果,並大致分為三階段,進行更深入的討論。之後利用程式模擬並逐步加入模擬修正,從起初的理想情況,到後面考慮旋轉、阻力等等,使模擬與實驗更為相似,也證明了理論之正確性。同時也利用VPython動態模擬,與實驗進行動態比較,更加完整的了解鋼球運動的效果。