全國中小學科展

第63屆--民國112年

吸「金」「膜」法

許多文獻中提到,交聯作用後的海藻酸鈉薄膜具有吸附重金屬的效果,本研究探討海藻酸鈉薄膜在不同時間、不同溫度、不同磁場下對鎳、鐵、銅離子的吸附效能。研究結果發現,海藻酸鈉對不同金屬離子之吸附效果整體而言為鐵>鎳>銅;溫度上升使海藻酸鈉對鎳、鐵、銅離子的吸附率更快達成平衡,且使達動態平衡後的吸附率震盪幅度更大,此外,鎳、鐵、銅離子在45℃的環境中的吸附效果最佳;磁場強度亦會影響海藻酸鈉對鎳、鐵離子之吸附效果,銅離子則無明顯差異。

內分、外分、垂直分,怎麼「分」都好「正」!

1.在正n邊形中作內角k等分角線、外角平分線和原邊上作k'等分垂直線(K,K'>2,K,K'∈ ),這三種直線經各自相交或兩兩搭配後相交得到五種相似正n邊形,其邊長、面積會與原正n邊形間存在規律的關係一般式。 2.承1,內角k等分角線與其外角平分線之交點會連成內外分角正nk邊形,滿足邊數n和k的特定關係式時,才能作出此種正n邊形。 3.原正n邊形的邊或其延長線,恰可平分內外分角正nk邊形和外角邊垂正nk'邊形的邊。 4.內分角正nk邊形、邊垂正nk'邊形和內角邊垂正nk,k'邊形皆會出現五點共圓的情形。 5.承1的五種正n邊形會出現旋轉,其旋轉角度與n、k、k'有關,並有一定的範圍。

應用機器學習實現家務輔助機器人-以收玩具為例

經過調查發現有幼兒的家庭,共同困擾是「玩具亂丟」,目前市面上沒有產品能解決此問題,本研究利用機器學習技術,以自動收玩具為例,研製可協助整理地面雜物的家務輔助機器人。本研究結果發現圓型內置2輪底盤有最佳室內移動效果,觸碰避障有100%避障成功率,夾具可夾取並攜帶2至14公分範圍的玩具或物品,視覺感測模組最佳安裝角度是60度,最佳辨識距離為14~16 公分,統整以上結果作為設計依據,採用邊走邊找法於不同環境實測,在界定範圍內可達到83.33% ~ 98.33% 的收玩具成功率。我們利用無線電波訊號強度設置虛擬圍牆及基地範圍,結果顯示可達 63.33% 的折返成功率及55% 的收玩具成功率,主要是無線電於室內短距離空間,無法精準定位所致,持續改進將可達更實用等級。

無「鰭」不「泳」—探究水平尾鰭對其運動行為的影響

這是截至62屆科展為止,第一件研究水平尾鰭在水中運動行為的科展作品。 歷經長時間努力終於研發出能模擬海豚利用水平尾鰭的擺動在水中向前游動的「機械海豚」,更進而研發【水中推進力/升力測量儀】,成功以「重量」形式呈現水平尾鰭在不同變因下所產生的推進力及升力,透過「推升比值」精準檢視其前進能力。 研究發現水平尾鰭的擺動速度、面積、形狀都會影響其在水中的前進能力,有趣的是尾鰭擺動得越快,不見得會越游越快喔! 最後研發的【水流檢測儀】可環景無死角地看出水平尾鰭擺動時的水流變化,小檢測球的設計更是讓水平尾鰭後端的4個漩渦完美地呈現在眼前!證明水平尾鰭的擺動會製造渦流降低前進的阻力以提高前進的效能。

『斑』鍵報告-外來入侵種斑腿樹蛙族群的控制(以八里挖子尾樣區為例)

本研究進行為期一年的兩棲類調查與斑腿樹蛙移除控制,發現在斑腿樹蛙的繁殖季進行移除控制,確實可降低樣區中斑腿樹蛙的比率。調查發現斑腿樹蛙出現在竹子上的機率最高。在繁殖季斑腿樹蛙會聚集在積水的容器及蘆葦林繁殖。斑腿樹蛙族群的背紋及腿部網紋形態多樣性高。卵泡有黃色及藍黑色2種。卵泡平均含卵數351粒,孵化率74%。繁殖季定期巡視產卵熱點可有效移除卵泡,遇到斑腿蝌蚪可將其撈起或將積水移除,對難以移除的繁殖熱點應進行棲地營造以利保育志工的移除與控制。移除斑腿樹蛙需熱心的志工協助,定期進行兩棲類調查並移除斑腿樹蛙,才能有效的控制斑腿樹蛙在台灣的擴散。

噪音變樂音~磨鳥笛

摩擦音一向是令人不悅的噪音,經由實驗自製出聲音多變的磨鳥笛;發聲原理不同於販售的數種鳥笛,從磨鳥笛組成要件〜木頭材質、螺絲粗細、紋路、扭力大小、比對鳥叫聲探究: 1. 磨鳥笛要能夠發聲須注意木材硬度、螺絲紋路、螺絲直徑、摩擦角度等特性。 2. 發聲結構體(木材)硬度在600~1800最合適,例如:櫸木、雲杉、松木、桑樹。 3. 螺絲直徑5~6mm,細牙,牙距0.5~0.75cm,深度0.3~0.5cm最適合當作摩擦體。 4. 木材含水量多寡影響聲音有無、高低音及泛音的變化,與螺絲轉動摩擦力大小有關。 5. 改變扭力大小與角度,造成螺絲鬆緊度改變產生不同音頻和音量的轉換。 6. 增加摩擦力可讓磨鳥笛聲音擬真度提高,扭力與振幅成正比。 7. 螺絲深度(h)∝音頻(f),木材半徑(r)∝音頻(f)結果顯示為負相關。

寶寶喝奶小幫手

牛奶是嬰兒主要營養來源。喝奶時吸吮奶嘴的動作,對於新生兒是一種口腔肌肉的訓練,更是心理層面的滿足。 嬰兒喝奶時,總會剩下大約30ml,對家長而言除了擔心寶寶營養不夠外,金錢上的浪費更是驚人。以出生一個月的嬰兒為例,每天需喝6~7次奶,每次約120ml。以每天喝6次牛奶。平均一周會喝完一罐奶粉,其中約四分之一是沒喝完倒掉,這樣一個月平均倒掉奶粉成本就超過一千元。 本研究發現,嬰兒吸奶過程中會造成瓶內壓力小於環境壓力。當瓶內液體剩下約原本的1/4時,瓶內、外壓力差會使嬰兒吸吮力道不足以將牛奶吸出。因此大部分嬰兒都會放棄。本研究設計了一個加壓機構,藉由調整瓶內外壓力差,幫助嬰兒順利的喝完牛奶。

甜言蜜「羽」----羽球拍甜蜜點之探究

我們將長條棒狀物,一端固定後水平轉動落下撞擊鐵球,測量鐵球擺盪的高度,來尋找其打擊甜蜜點。我們發現棒狀物的長度和寬度都不會改變甜蜜點在全長的比例位置。而材質、重心的改變會影響甜蜜點在全長的比例位置。在實際測量羽球拍後發現,廠商會控制球拍重心將甜蜜點置於拍面正中央,讓使用者有較大的擊球面積,不易失誤。建議握把布也要盡量使用重量輕薄,以免改變球拍重心,導致甜蜜點下移,影響擊球力道。

染出奇蹟-自製奈米銀提升DSSC效率

有關於染料敏化太陽能電池(DSSC)的優化。首先使用平整的刮刀器均勻地塗抹400um的石墨膠在DSSC的電極上可以提高導電性。而0.5M的I-/IO3-電解液可以獲得最佳的填充因子和高轉換率。染料方面混合梔子紫、梔子綠和梔子藍色素可以增加吸收可見光波段並提高吸收度。ITO導電玻璃的耐受溫度約為300℃左右,超過此溫度電阻逐漸增加。負極之奈米粒子所製備之TiO2薄膜的最佳厚度為5-10um,且30nm的粒徑比25nm和常規粒徑表現較好。使用Ti(Cl)4乙醇溶液進行電解沉積時,最佳的電解沉積電位在-1.025~-1.1V區間內且其DSSC的轉換率可達0.5%。加入奈米銀到DSSC的染料中可以有效提高吸收度,比例為奈米銀:混合染料=1:30時可以有效提高DSSC的效能。

攻角對水漂跳動行為的力學分析

此研究是以實驗方式,驗證理論模擬中指出水漂在不同入水模式下,攻角為20度時皆可產生最佳的彈跳效果。因此我以壓克力板作為模擬水漂的模型,設計了以下四組操作變因,分別是入水攻角、水的流速、水漂邊界形狀以及不同粗糙程度的接觸面,透過Tracker分析壓克力板的質心彈跳高度及運動軌跡,再利用Excel、SciDAVis分析數據,找出其中的運動相關性。最後透過座標轉換,可以利用這些實驗來分析打水漂的運動行為,成功發現攻角在20度時有最佳的彈跳效果,並以此結論來優化打水漂的運動行為。