全國中小學科展

第62屆--民國111年

小圓點的百米賽跑-界面活性劑於水面之擴張探討

本實驗探討界面活性劑於水中的擴散情形,取各濃度界面活性劑溶液滴入水中,並紀錄漂於水面之塑膠圓片的運動再透過tracker軟體進行分析。由數據結果得知,界面活性劑於水面上的擴散速度與濃度無關,其擴散是以水面上一層薄膜的方式擴張,故擴散後中央區濃度幾乎不變且會不斷擴張直至整個表面,但擴張過程其邊緣仍會有短距離的濃度稀釋區域。漂浮物僅有極短的加速時間,乃因界面活性劑擴張速度快於漂浮物的移動,故在啟動後不久物體便被界面活性劑超越並進入中央濃度不變區而無法再加速。不同濃度對相同距離之漂浮物所造成的初期加速度、所達極速及到達極速所需時間差異不大,可推測各濃度擴散至相同遠近時其濃度梯度相近且梯度區域寬度亦相近。

避債蛾的防護衣—探討幼蟲建造蓑巢的防禦行為及蓑巢對卵、幼蟲、蛹、成蟲的防護研究

本研究探討避債蛾(Eumeta japonica(Heylaerts)) 幼蟲做蓑巢進行防禦與蓑巢對成長各階段的防護。結果一濕度達80%以上與受到重壓因素,幼蟲會脫離蓑巢,離巢後能重做3~10個新蓑巢,幼蟲體重平均是巢重2.348倍、蓑巢長平均是幼蟲長的1.542倍,可使在內幼蟲獲得保護。結果二幼蟲以12.5±4.3gw拉力封住巢口,阻擋天敵入侵;排出軟便混體液含少許鹼性物,對螞蟻有忌避效果;當天敵入侵,體長可縮小0.92±0.23cm,可增加巢內移動或逃避的空間。結果三初齡幼蟲做蓑巢生存率為26%,塗抹體液後升到88%。結果四結蛹絲束能承受589.3±63.5g,保護蛹體安全蛻變到成蟲。

海海能生,爐餘得水-「太陽爐」加「熱導管」蒸發海水成淡水

太陽是我們最重要的資源,如何以菲聶耳透鏡加熱導管的自製太陽爐進行蒸發海水,取得可供使用的淡水是本研究的主要目標。我們在科學雜誌裡查到海水淡化的發展與技術。經由文獻知道熱導管可以將太陽能擷取的效益提升至最佳,在太陽能擷取系統扮演著非常關鍵的角色;而菲聶耳透鏡在光學系統中能發揮非常好的聚光效果,聚光後的光線強度比一般透鏡高。本實驗採用16支中溫型銅水式熱導管和菲聶耳透鏡,以100公克的海水進行3.5小時的實驗。分別在2021/10/27獲得6.79公克的水、2022/05/18獲得0公克的水、2022/05/19獲得2公克的水、2022/05/20獲得1.5公克的水、2022/05/29獲得2公克的水。經由研究得知透過菲聶耳透鏡及反射鏡能讓熱導管的溫度提高,但高溫若無法持續則效果不佳,無法有效收集到淡水。

百密無一疏–特殊多邊形密閉區塊之研究

本研究討論如何利用k個全等n邊形圍成密閉區塊,其中多邊形分成正多邊形與正多角星形兩種類型。除了找出可以圍成密閉區塊的最少塊數外,亦由多邊形邊數n與塊數k討論密閉區塊的存在性。若存在某種拼接方法可利用k個n邊形圍出密閉區塊,則進一步討論該拼接方法是否能夠密鋪整個二維平面。在大多數的情形下,研究成果已能判斷k個正n邊形或正n角星形能否圍出密鋪區塊,以及是否可密鋪平面,並且提出一套建構拼接方法的流程。

溫度對鈷黃變色的探討與應用

本實驗最一開始主要是探討鈷黃的顏色變化原因,我們想到改變鈷黃顏色的主要要素為加熱時間、加熱溫度和加熱的鈷黃量,我們加熱的方法主要是用加熱板,將鈷黃平均整齊的放置在加熱版上,溫度計放在加熱板旁。而做完實驗、觀察及測量後我們發現,加熱時間改變並不會導致顏色的改變,而加熱的鈷黃藥品量做出調整後,顏色也不會改變,鈷黃主要變色的原因,便是鈷黃本身受加熱溫度的改變,因此我們想要將它運用在生活中的各個地方,顏料能作為在防偽顏料,將其加熱就能改變畫中用鈷黃作為原料的黃色顏料,轉換為橘色。或是當作警告用試紙,也就是我們要做的排氣管的檢測,甚至我們把它當作電烙鐵的警示用品,用途多樣。

哇!我的花盆會吸水~探討潮解物質在環保花盆上的運用

經由測試不同種類與比例的潮解物質吸水效果實驗中,找出從空氣中吸水效果最佳的潮解物質配方,並將此配方搭配不同種類、重量的天然物質,製作出既安全環保又具有最佳吸水效果的潮解物質混合物配方「氯化鈣 13g+二氧化矽 2g+水13g+活性碳 2g」。另外我們從校園植物葉子纖維中找出製作效果最佳的東方紫金牛和茉莉花製作成環保花盆,並檢測薄、中、厚三種厚度的植物纖維搭配最佳潮解物質混合物配方,在溫度 34°C、濕度 62%和溫度 25°C、濕度90%環境中的吸水效果,並將最佳潮解物質混合物配方放置在自行設計的內、外兩層環保花盆縫隙中,經由溼度計檢測證實 14天內花盆土壤溼度都維持在潮濕等級,花盆內的植物也能生存良好,成功製作出能吸收水分的環保花盆。

風到哪裡去了─氣流附壁作用之探討

「附壁作用」是指流體遇到障礙物(例如氣球),流體會沿著障礙物曲面流動的現象,並產生推往流體方向的作用力(氣球的舞動,2021)。於是採邊想邊實驗邊修改的模式來探究氣流附壁作用。研究結果發現: 一、 氣流經過正角柱體時,會沿其側面流動且其底面邊數愈多愈明顯。 二、 氣流流經直圓柱體時,會分為兩股附壁在兩側運動,到了另一端時再匯集成一股往前進。 三、 氣流經過球體所產生的附壁作用,能使球體穩定飄浮,並帶動球體產生偏移。 四、 氣流會從側面有斜度葉片沙漏型圓柱體的縫隙中流出,且附壁在曲面上形成一直環繞的現象。 將氣流一直環繞的特性運用於日常生活上,或許可設計出便利於生活的科技產品。

火岩晶睛A.K.A.辨真假-火星地表影像判定

本研究是先對火星上的岩石和沙子影像利用高光譜影像技術做頻譜模擬和主軸成分分析建置圖鑑,再針對火星上疑似火星生物的影像和特異的石頭,進行高光譜影像技術做頻譜模擬與主軸分析後,看該物質在圖鑑上的落點,來研判這些影像是否真的是火星生物或只是形態像生物的火星上的岩石。 研判結果火星上類似生物體型態的影像大都是火星上的淺或深色的岩石,形態的形成可能是在火星上長時間的風化形成。 火星上顏色較特異的物質,本研究只能判讀出該物質是否有異於和一般的岩石或沙土成分,若異於一般岩石,是否為火星上的物質則需再用其他方法來研判。

攜「手」相「聯」-以到手香與海藻酸鈉交聯開發新型抗菌用品的可能性之研究

新冠疫情影響了人民原本的生活型態,抗菌產品不僅迅速且持續被開發。到手香是長年生的天然植物處處可見文獻中提到其精油具有極佳之抗氧化、抗菌及抗發炎等生物活性。本次研究以到手香與海藻酸鈉交聯-開發新型抗菌球皂的可能性。以球殼形成的完整性、平均膜厚、包覆能力觀察交聯程度。實驗證實,到手香的確與海藻酸鈉發生交聯反應。且在搜尋文獻過程尚未發現有相關發表。期望藉於此研究,不僅能延伸開發抗菌產品亦能達到以天然植物作為交聯劑達到友善環境成效。

應用Arduino開發板探討溫室效應

「溫室效應」會造成地球暖化,使地球環境惡化。但「溫室效應」並非顯而易見,因此不易理解,現在結合自然科學與科技課程,於微型玻璃屋中,探討二氧化碳對溫室效應的影響。 首先在玻璃屋外進行「空白試驗」,再於玻璃屋內進行溫室實驗。打氣幫浦輸出的氣體經由三通管控制「繞流」(Bypass),通過氯化鈣去除水氣,約略可視為「零空氣」(Zero Air),以人工光源照射充滿「零氣體」的玻璃屋作為「對照組」,再比較充滿不同濃度的二氧化碳氣體作為「實驗組」,應用Arduino開發板、感測器、液晶螢幕與記憶卡,能即時顯示數據、記錄資料,再以Excel繪製圖表,也可連接電腦進行現場環境監測。 從數據分析,「溫室效應」確實發生,所以應該儘量減少二氧化碳排放至大氣中。