全國中小學科展

第61屆--民國110年

「冰清玉潔」 --- 「結冰法海水淡化系統」的設計

本報告研究加速結冰的容器與分析結冰、解冰過程,盼以高效能結冰容器進行海水純化,幫助解決水資源缺乏。依實驗結果提出建議:1.海水前處理:(1)溫度50℃到60℃時製冰效率最高。(2)海水稀釋至濃度1%,結冰速率最快,但涉及解冰實驗後發現,濃度高低(2%-5%)對海水鹽分影響不大。2.結冰容器設計部分:(1) 容器中段與底部是最佳溫差的接觸區。(2) 細長狀容器設計為佳-上方80%絕熱區,下方20%面積為吸熱區。(3)在容器中添加與開口面積比例25%之金屬凝結棒更能幫助海水傳導與對流。(4)採用上述設計的結冰容器,其結冰效能比不設計(對照組)高出6.72倍。3.解冰部分:(1)解冰範圍對水質鹽分無影響。(2)解冰時間越末段的水質鹽分越低,時間末段80%-100%的水鹽分可作為家庭生水使用。

別「碳」氣!讓稻穀「銀」你變「醇」!──奈米光觸媒還原CO2為CH3OH與C2H5OH

本研究將洗淨後的廢棄稻殼,以溫度600℃、時間4小時,鍛燒成SiO2,固定SiO2 1g並加入AgNO3,以Ag作為電子載體,製備Ag/SiO2奈米光觸媒。將定量觸媒加入已通1 小時CO2的NaOH(aq)中,以紫外光照射進行半導體光催化反應。以AgNO3的重量百分濃度為變因,發現重量百分濃度10wt%之光觸媒將CO2轉化為CH3OH及C2H5OH的效果比其他比例之觸媒的效果佳,故對其進行研究與改良。因此,將已合成之10wt%光觸媒分別以時間與溫度為變因,鍛燒為Ag/Ag2O/SiO2奈米光觸媒,分析討論其產生CH3OH和C2H5OH的效果,並與未鍛燒的觸媒進行比較。

水之呼吸-陸之型-扭轉旋渦

本研究自製排水模型與設計連通管的水位觀察法,來探討水槽排水速度的影響因素,結果發現排水速度的影響主因有三: 1.水漩渦:當水槽內的水排出時,水流穩定沒有旋轉、或者破壞水流旋轉使其不產生漩渦,會加速排水的速度 。 2.空氣:當水漩渦產生時會造成水槽上方的空氣往下流動,如果阻擋空氣的流動就可降低水漩渦的產生,提升排水的速度。 3.排水孔洞:排水孔洞越大,排水效果越好,但同時也更容易因為水的初始旋轉而產生水漩渦,降低排水的速度。 最後,利用水流阻擋板與空氣阻擋板來破壞水流旋轉,使其無法產生水漩渦,造成水管充滿水而產生虹吸現象,進而加速排水的速度。

Fano型多管陣列裝置對吸音透氣研究及應用

本研究以吸管製作Fano型多管陣列結構裝置並放置於壓克力管中進行研究,利用藍芽喇叭連接手機播放聲頻穿透設計之fano吸管陣列結構,其結構分為幾種,其一為多管陣列平行壓克力管(空氣流道結構),其二為交錯排列陣列之共振結構,量測兩結構間所造成聲波的干涉造成之吸音特性,設計Fano型之多管陣列結構,實驗以收音麥克風連接手機軟體進行聲頻量測,再將實驗數據匯出進行圖表製作與計算分析,實驗結果得出組合式最佳fano聲頻結構可使700Hz~1800Hz之聲頻穿透率下降至原來的8%~12%,於1400Hz時可消除至1%以下,並能達到高透氣率,為具有高透氣、高吸音頻寬及低成本之新型超穎聲學材料。

更精準掌控發酵-酵母菌在麵團中發酵程度的電特性大數據研究

麵包的成功除了材料外,精準的掌控發酵程度是關鍵,傳統發酵程度判斷僅看其膨脹高度及指壓回彈。我們用跨領域想像來思考來此問題,是否可更精準掌控發酵程度。麵團中含有蛋白質、食鹽與水,應具有一定程度的導電性,而發酵時產生的二氧化碳孔洞會使麵團的導電路徑長度變長或截面積變小,依電學研判麵團電阻值會變大。 本研究以市面常用3種不同蛋白質含量的麵粉進行測試,我們將麵團放入發酵容器,運用電極板及探針兩種偵測方式,歷經多次測試失敗,從原先直接測試電阻法到最後採用電極板間接測試法,終於成功證實我們假設是正確,也成功設計了發酵到位提醒裝置,過程中發現麵粉團具電感特性且會儲能,且PH值由5-6變成7-8,我們的元氣麵包夢想近了。

人造水龍捲-探討非磁鐵攪拌子運用於電磁攪拌器穩定運轉之研究

實驗課,使用攪拌器的攪拌子都是磁鐵,鐵磁性及非鐵磁性物質不能使用嗎?本組自製攪拌子,比較前兩者與磁鐵當攪拌子之優劣。研究過程中,非鐵磁性攪拌子由於磁吸力太小,無法運轉,故排除。唯有鐵磁性物質可行,在長度、直徑、重量與磁鐵攪拌子都相近下,觀察兩者在各條件的攪拌效果,顯示:攪拌時液面無漩渦則失速轉速與攪拌子到轉盤的間距呈線性關係。在相同條件下,磁鐵攪拌子的失速轉速永遠大於鐵磁性物質。磁性攪拌子的優點是可作業75%濃度之甘油,符合實驗室大部分所需條件且失速時不會懸浮、彈跳,相對安全,更具優勢的是內芯成本1顆不到0.4元,非常便宜。磁鐵攪拌子的優點是高濃度甘油(100%)作業無可取代,使用功能佳,不易失速。

深呼吸--孑孓與搖蚊幼蟲如何在水中呼吸和閉氣

水蟲呼吸主要透過氣管系統,新近發現透過血紅蛋白的機制可在缺氧環境中提高獲氧。戶外調查記錄8種孑孓和1類搖蚊幼蟲,室內錄影觀察發現孑孓和搖蚊幼蟲活動有明顯分層。量測呼吸管、氣管長度和氣泡大小,顯示其與孑孓在水中分布位置沒有顯著差異,但閉氣與氣管長度高度相關。竹生翠蚊、白腹叢蚊幼蟲和搖蚊幼蟲長時間停留水體底層;反觀家蚊、斑蚊則反覆上下移動至水表面呼吸。本研究假設底層活動的孑孓與搖蚊幼蟲具備類似的血紅蛋白呼吸機制以獲得氧氣,顯微鏡下觀察發現白腹叢蚊幼蟲幾丁質外殼內側充滿紅色素點狀物,且隨著調控富氧與缺氧而有色澤變化。現階段已成功增幅6種蚊幼蟲的血紅蛋白基因,未來將釐清血紅蛋白在孑孓呼吸所扮演的角色。

「藻」到「白」頭~綠藻(礁膜)褪白探究

在校訂課程清洗「遛海菜(礁膜)」時,耆老說沾染到露水的礁膜會變白,因這句話展開這次的研究。 我們探討不同來源水、日照、紫外線燈照、溫度、脫水時間等變因,再利用手機光譜儀與ImageJ軟體分析,得到以下結論: 一、浸泡過海水的葉綠素萃取液優於其它來源的水,其餘各來源水的差距不大,所有淡水接觸皆易造成礁膜褪白,並非僅有露水。 二、日照會影響礁膜褪白,紫外線對褪白的影響勝於日照;此外,以碘液檢測澱粉反應亦可是檢測指標。 三、氣溫對於礁膜褪白並無影響。 四、以海水清洗,脫水時間對於礁膜褪白無明顯影響;但以自來水清洗,脫水能明顯改善礁膜褪白。 五、澎湖日常清洗礁膜的方法,以海水清洗時,礁膜較不易褪白,優於自來水。

奇偶互換-怎樣回到原位

本研究為探討奇數n分為(a,b)整數對後,不斷取偶數除以2加於奇數上的交換過程。 我們從交換過程推導出交換元素 (H×2k,(n- H×2k)),並找到交換奇數集合H,透過交換奇數列表能更快找出數字n中有幾個循環,另外也發現nx=2(x+1)k+2x×k+2(x-1)k+....23k+22k+2k+1時不可交換的數字規律。 交換奇數列表在階段k時,可知[n-(3×2k+1)]÷2k+1=sk...qk,若qk2k,則階段k最小的數字= qk-2k。 依照發現,可列出數字n的所有交換奇數列。 之後,發現交換奇數的排列呈現迴圈規律,並進一步找到形成循環的條件與糖果數目左右交換的關鍵點。 此外還找到了位置移動數列:y×(2k)0,y×(2k)1,y×(2k)2, y×(2k)3……y×(2k) (x-1) 以及位置移動級數s(k,y,x)= y×[1-(-2k)x)]/(2k+1) 透過位置移動數列可更快速的列出迴圈,達到快速降階,更迅速找出循環的目標。

漫漫上學路--以空間分析探討專車路徑規劃

高中生就學常面臨跨區的通勤問題,學校專車接送幾乎成為各校必備的交通服務之一,但大部分的學校仍採用人工方式規劃專車路線,不符經濟效益,本研究利用高中所學的地理資訊系統,以南部某公立高中109學年度上學期11條專車路線為研究對象,針對該校一、二年級學生回收有效紙本問卷1,003份,調查搭乘專車需求的人數及建議的停站點,運用環域、疊圖等空間分析,評估既有路線調整及新闢路線規劃的可行性。研究結果顯示,重新規劃4條既有路線及新闢1條新路線,預估平均搭載率可從87.5%提升至93%。本研究希望能提供給無專業交通設計背景的學校行政人員,輔以地理資訊系統為工具,以更有效率的方式來規劃專車路線。