全國中小學科展

第62屆--民國111年

自動智發-寵物氣壓飲水機

為了改善寵物用水的問題,提高寵物飲用水的安全性、貼近使用者的生活方式及設備零件的替換性,我們結合了大氣壓力原理與電子科技,加入智慧判斷與殺菌裝置。我們第一代飲水機雖然能持續供水,卻無法保證飲用水的潔淨度,故在設計第二代時,加裝了紫外線殺菌燈及超音波距離感測來避免紫外線燈傷害。實測時,由於有些寵物的速度較快,超音波感測的距離太短,於是又設計了第三代紅外線偵測,使其距離增加到100公分,以達到實際使用安全,並且改用3D列印設計產品,避免被水潑濺與被寵物拉扯的狀況。為了更加貼近人性化,經過問卷調查後,在第三代上加裝飲水量計算、掀蓋設計和UPS不斷電系統,使我們的寵物飲水機更加符合寵物及飼主的需求。

角鴞直播間-北部領角鴞的育雛研究(以新店淺山為例)

由於人類的開發,領角鴞繁殖時依賴的大樹逐年減少,因此本研究在校園中設置人工巢箱,希望提供領角鴞適當的育雛環境,並在巢箱內架設紅外線攝影機,利用錄影畫面研究領角鴞親鳥的育雛過程、行為和食性,觀察時間自2021年1月至5月中旬,研究發現領角鴞成鳥生蛋前會對多個巢箱進行探巢,探巢行為有鳴叫、觀察和整理巢箱,蛋平均孵化天數約為28天,幼鳥孵化到離巢天數大約為25天。孵蛋和育雛期,母鳥外出高峰時段為剛入夜與天亮前,育雛期外出次數與時間都較孵蛋期多且長。公鳥繁殖期間擔任捕捉獵物給母鳥進食或是餵食雛鳥的主要角色,新店淺山區域領角鴞繁殖期食性以外來種斑腿樹蛙為主食,架設巢箱吸引領角鴞繁殖有抑制斑腿樹蛙的生物防治功能。

海上廢油幾起來-幾丁聚醣對柴油的吸附力探討

海上漏油事故時有所聞,而漏油更會對海洋生物及環境造成危害。依專家研究顯示,此類事件洩漏出來的石油能被成功清理的,往往不到10%。而使用油分散劑固然可以在一定程度上解決岸邊油污回收不完善的問題,但同時仍會讓分散後的油持續在海中⻑時間存在,對環境的衝擊很大。有鑑於此,我們嘗試運用天然幾丁聚醣(Chitosan)具吸附力的特性,來探討其對柴油的吸附效果。透過實驗,我們將5%幾丁聚醣溶液製作成晶球,在不同環境條件下加入柴油並浸泡後再以真空抽濾法過濾出剩餘的油,結果證實幾丁聚醣確實具有吸附柴油的功用。幾丁聚醣可以吸附柴油及海洋中的重金屬又是生物可分解的物質,未來也許可以進一步做成濾材,用來保育海洋環境。

預見土石-土石流偵測系統

隨著地球暖化、氣候異常、暴雨再加上台灣地處地震帶,土石流的發生就更加頻繁,利用科技進步之便,可以保障每個人生命財產的安全是非常急需的工作。 此次研究製作的偵測模組,使用台灣自行研發的Web:Bit開發板¬、Arduino開發板和樹莓派開發板,透過自製的光纖感測、水銀開關檢測與影像判別等3種模組,獲得土石流發生時變異的光電訊號或影像訊號,確認土石流的產生。同時為提升土石流發生判別與影像識別效能,我們也研發了濕度偵測與自動開關燈之系統。除了比較這三種模式的靈敏度, 可透過手機LINE、電子郵件發出警報,並連結YouTube觀看實際狀況,期許未來可以廣泛運用於各類土質,減少土石流造成的傷害。

水箱滿隔形-探討運水車翻覆因素

運水車翻覆的新聞,讓我們膽戰心驚,為什麼運水車會翻覆成四輪朝天?消防車的水又為何低於半滿水位時,需要漏光比較安全?在五年級自然【力與運動】中,得知物體受力時,運動狀態可能會改變。本研究探討水箱的水重,水箱有無隔間及水箱形狀對運水車行駛時的車速變化影響。透過自製傾斜穩定度檢測器,發現不同水量下,半滿水位的八角柱水箱,所能承受的翻覆角度最小,因為水往低處流,水又比空氣重,造成重心偏移而翻覆;相同水量下,重心最低的三角柱水箱能夠承受最大的翻覆角度。 根據實驗結果發現,裝滿水、有隔間、都可以降低水的搖晃程度,減少水的質心因慣性流動而不斷偏移中心的機會,可以降低車子翻覆的機率。

蠹絕引酒—探討自製誘引劑對咖啡果小蠹的誘引情形

近來咖啡樹種植面積擴大,使得以咖啡豆維生的咖啡果小蠹迅速擴散,此蟲幾乎在咖啡豆中完成生命史,因此防治不易。閱讀文獻發現此蟲容易受甲醇乙醇氣味引誘,我們自製誘引瓶及研發酒麴菌液+甲醇乙醇的方式進行實驗。結果發現:1..紅色誘引瓶抓到較多咖啡果小蠹,推論此蟲易受紅色(波長620–750 nm)吸引;2.相同成分發酵液體添加3:1甲醇乙醇混合後的誘引劑有較佳的誘引效果;3.比較酒麴菌在不同液體發酵效果,發現糖水酒麴菌+3:1甲醇乙醇>咖啡豆液酒麴菌+3:1甲醇乙醇>單純甲醇乙醇(3:1);4.同一成分的誘引劑在海拔較低時誘引效果較佳;5.酒麴菌誘引劑會隨著溫度升高而逐漸提升誘引效果。未來可搭配農改場誘引劑使用,提升咖啡果小蠹的防治。

肥皂水處理大作戰~為防疫與水循環永續盡份心力

臺灣在2021年受到缺水與疫情的影響,本團隊以DFC學習法來釐清相關問題,將「防疫勤洗手產生的肥皂水經處理後,供植物灌溉使用」作為研究構想。根據國小課程「水污染與防治」、參訪污水處理廠和相關文獻,得知「活性污泥法」常應用於處理生活污水。故決定以活性污泥法的原理自製處理器來處理肥皂水,本研究的前導實驗在培養污泥及篩選試驗用肥皂水,而主題實驗的變因有肥皂水濃度、肥皂水添加活性污泥混合液的比例及曝氣時間,經研究得知合適的處理條件為肥皂水濃度 2.5 %(含)以下,肥皂水與活性污泥混合液的比例為1:30 ~ 1:10 ,且曝氣至少1 h,經綠豆發芽驗證得知再生水優於自來水。期望透過本研究的自製肥皂水處理器為防疫與水循環永續盡份心力。

迫在「鎂」「鹼」-探討鎂與鹼性酸式鹽之反應

本研究目的為探討Mg、Zn去除氧化層的條件,再與NaHCO3反應,探討反應情形。將Mg浸泡HCl後發現氧化層在1分鐘內即被清除,而且Mg的氧化層對反應速率影響不明顯;以不同溫度、濃度的NaHCO3與Mg反應,發現溫度越高氣體產量越少,推測是溫度升高時,Mg表面氧化層生成較快。比較Mg、Zn與NaHCO3的反應,氣體產生量皆以Mg較多。針對兩種金屬的反應皆計算找出為二級反應,再由速率常數分別算出其活化能。用EDTA測量 Mg2+莫耳數,發現與產生氣體莫耳數比值接近1,推測產生氣體可能只有H2,沒有CO2。將反應過後金屬表面黑色物質震盪到乙醇中,使用分光光度計掃描,確認為奈米級氧化鎂;反應後溶液放置一天過後出現了懸浮的白色物質,確認為MgCO3。

神奇「催」「糖」術─探討利用新型催化劑磷鎢酸置換醣類一號位置結構的影響

本研究將定量的葡萄糖與乙酸酐反應,可將葡萄糖上的羥基進行乙醯化反應,再將乙醯化的葡萄糖與可回收使用的催化劑磷鎢酸以5:1當量數進行催化反應,並分別以是否微波、微波時間、微波溫度及微波瓦數為變因進行實驗,發現當微波溫度40℃、微波功率300W,微波30分鐘時,可得到最高產率的目標產物。再將葡萄糖與催化劑磷鎢酸及對甲苯硫酚以當量數為變因,找出最佳產率的條件,再將此最佳條件分別以不同醣類為變因進行反應,將所測得之目標產物的產率與傳統催化劑三氟化硼所催化的結果進行綜合比較及討論,最後以NMR儀器分析確定反應是否成功並了解其反應機制,進而幫助科學家在研究癌症細胞中醣分子的合成反應過程可以更有效率,並以達到綠色化學為目標。

「顯像」環生-環形氣泡產生方法及變因之研究

我們從網路影片發現海豚能夠吐出環形氣泡!對環形氣泡產生興趣後,我們自製以相同力道製造環形氣泡的施力裝置,進行環形氣泡產生方法和變因的探討。我們推薦以空氣砲製造環形氣泡。空氣砲使用3D列印中空圓筒瓶,瓶底包膜以繡框固定矽膠保鮮膜,並以推膜施力。我們以細小氣泡作為顯影顆粒,進行簡易的流體可視化,分析出環形氣泡形成歷程與內部運動軌跡。孔徑、管長和管徑都會影響環形氣泡效果。管徑3吋圓筒瓶最佳化為「孔徑/管徑=1/3、管長20cm」。施力大小與孔徑則會影響環形氣泡直徑。環形氣泡需要氣泡才能現形,我們研發出內塞氣泡石、現形水量方法,讓氣泡現形一體化。此外還發現環形氣泡對撞會有互相抵銷、吸收與後凹抵銷一半現象。