全國中小學科展

第64屆--民國113年

魔法懸浮-若隱若「線」

張拉整體結構是透過繩索等提供張力,讓堅固的結構在看似無支撐的狀態下維持懸浮與平衡,實驗中透過在尼龍繩上裝設彈簧,觀察平衡時張力大小,以及外力或移動中心支撐繩位置對於平衡和張力的影響,並嘗試將中心繩換成電磁吸盤,觀察維持平衡所需的電壓範圍。由實驗結果得知:1.平衡時每條繩子的張力大小,會受到結構重量以及質心位置影響;2.從側邊額外施力時結構會傾斜,以曲柄所在的側邊施力影響最小,平衡最穩定;3.移動中心繩會使支點改變,使中心繩靠近的繩子張力變大,整體結構傾斜;4.以電磁吸盤當中心繩時,提供足夠電壓(6V以上)可維持平衡;以上實驗結果可以做為張拉結構的繩索材質、結構設計以及可承受外力的參考。

急速「傘」耀-降落傘終端速度的探討

影響降落傘使用安全性的變因有哪些?降落傘速度多快時,會開始平穩緩慢降落?因為好奇這些問題,我們先自製簡易降落傘,再作實驗探討,可能影響它的安全性的變因有哪些。 參考過去相關研究作品後,發現影響降落傘平安降落與否的「終端速度」,無人嘗試探討過,我們用micro:bit(V2版本),測量降落傘降落過程的加速度與時間數值後,用物理學計算方法,算出不同方式製作的降落傘,降落過程中達到的終端速度有多快。最後發現當降落傘符合傘面半徑大、總重量輕、傘繩長度 讓傘面展開最適當的面積、傘繩數量少、傘面材質輕且沒有破損等這些條件時,終端速度會越慢,安全性也越高。希望此次研究能讓降落傘的製作更完善,也許可搶救更多高空意外現場的性命呢!

乙醯胺酚對土白菜生長發育與生物累積的影響評估

本研究進行乙醯胺酚對土白菜(Brassica rapa L. var. chinensis)之毒性測試及解釋可能之作用機制,透過乙醯胺酚及其主要代謝物分析,了解乙醯胺酚之吸收、轉移與代謝,並評估生物累積之可能性。乙醯胺酚可抑制種子萌發,實驗組植株高度、植株鮮重、主根長、支根數、根系乾重及總葉綠素含量等皆受抑制,植株重量之IC50由澆灌12 天之3.01 mM 降為30天之1.47 mM。作物土白菜與空心菜及綠肥田菁與油菜對乙醯胺酚之生物累積能力顯著,休耕時種植綠肥有助於乙醯胺酚之移除,易位因子結果顯示乙醯胺酚由土白菜與空心菜根部吸收後,轉移及累積於莖與葉。乙醯胺酚透過抑制過氧化氫酶活性,進而抑制土白菜之生長發育,乙醯胺酚對過氧化氫酶活性之抑制率為植株根>幼苗根>植株葉>幼苗葉。

四海聲頻—具近用性之水下聲音頻率測量系統建立與Phyphox軟體測量值規律探討

本研究自製消費性電子產品為基礎的水下聲音頻率測量系統,並探討不同變因對測量效果的影響。希望透過設置簡易且普及性高的器材,解決目前水下聲音測量儀器近用性低的問題,讓海洋噪音汙染相關研究可以更為普及,促進環境科學數據的收集效益。本研究使用Phyphox軟體分析頻率,發現音源頻率遞增時頻率差有規律的變動,於是深入探討頻率差成因並使差值最小。最後將此系統應用於實際水下聲音頻率測量,觀察聲譜的頻率分布特徵,辨識顯著背景噪音並驗證其實用性。

烤出滿滿的幸「芙」〜探討泡芙空心的秘訣

影響泡芙空心的因素有澱粉糊化和筋性、配方水分和油脂含量及烤溫。本研究發現奶油、水、麵粉和蛋液最佳比例為1: 2: 1.67:1.75。麵糰糊化後應降溫至60℃以下再分次加入蛋液,4份食材蛋液量200克的麵糊拉伸力可刮起呈倒三角形(約4公分)為最佳狀態。澱粉蛋白質成分越多麵糊吸水量越高,低筋麵粉泡芙中空狀態最佳,高筋麵粉泡芙支撐度最高;油脂越多泡芙中空高度越小,支撐度越大。增加蛋液量的泡芙支撐度最佳。麵粉和蓬萊米粉比例4:1的泡芙中空高度最大;三種米穀粉以蓬萊米粉泡芙中空高度最佳,可取代麵粉製作空心泡芙,其奶油、水、米粉和蛋液最佳比例為1:2:1.67:2.37。麵粉和色粉比例為49:1的泡芙中空高度較佳。需分兩階段烤程讓泡芙上色均勻。

風中翱翔-找出最省力的飛機機翼

首先,設計研究一來找出最好的輔助噴氣裝置。觀察到當裝置的出風口為1公分且不延長路徑時,可讓吹風機的噴氣效果 增強以便輔助觀察。其次,透過研究二改變機翼模型的材質、重量、與形狀來找出最好的機翼模型。發現,材質不會影響飛行效果。而飛機機翼形狀在寬度為10公分且形狀固定時,用長為12公分的機翼模型,可以用最少的風力維持飛行。研究三整流,發現鼓風機製造出的氣流是紊流,所以添加吸管等材料來達到整流的目的。發現,縮減吸管的直徑雖可讓氣流變穩,但也會消耗風力。在保持風力的前提下,最具有整流功能的紙加一組粗吸管柱,所以用其來輔助觀察研究四。最後在研究四,測量研究二各種機翼上層的風速,來做為研究二的討論資料。

鳥媽媽的巧思

鳥巢裡有n隻小喜鵲與1隻小斑鳩。小喜鵲分別編號1~n,小斑鳩編號0,這n+1隻小鳥圍成一圈,等待喜鵲媽媽的餵食。喜鵲媽媽餵食過程會遵守以下規則:當餵食完編號X的小鳥後,會順時針往下X個位置餵食下一隻,而餵食過程中若餵到小斑鳩,小斑鳩會將食物吃光。 本研究除了找出原題的三個答案外,並探討以下五個問題。 一、1隻小斑鳩和n隻小喜鵲按照0、1、2、3……順時針圍成一圈時,從哪一隻開始餵食,會讓最多的小喜鵲吃到食物? 二、承一,吃最多份食物的小喜鵲,吃了幾份食物? 三、重新安排小喜鵲的位置,使得每隻小喜鵲都能吃到食物。 四、承三,將小斑鳩的數量增加到m隻。 五、將研究結果運用於--值日生的安排、小組報告的順序……。

「碘精之比」— 以手機光感應器比色法測量三碘陰 離子生成反應的平衡常數

本研究欲改良常見的比色法實驗,以手機光感應器做為主要測量反應I2+I-→I3- 平衡常數的工具。共使用三個方法:硫代硫酸鈉滴定法、光譜法及手機光測法。滴定法以硫代硫酸鈉將I2還原成I-,求得平衡常數約為710。而光譜法則是將不同濃度的碘化鉀溶液代入等吸收點總濃度與吸光度的檢量線,求其平衡常數約為660。光測法以phyphox測量溶液照度,經檢量線換算總濃度,再計算出平衡常數為704~775,手機光測法最佳化感測條件後的優勢為可得到高精確、高準確和再現性高之平衡常數,且儀器取得便利、易架設,少許溶液即可測量,期許之後可用以改良高中傳統比色法實驗及實際應用在生活上。

鳩佔鵲巢

「鳩佔鵲巢」的題目中將喜鵲餵食的規則寫了出來,我們列出不同的狀態後確實找到所有答案,接著我們進一步將「鳩佔鵲巢」題目進行擴充,使題目中五隻喜鵲擴充到所有正整數,我們發現餵食的順序可以同餘來計算,進而研究找出其所有的答案,之後又加以研究總共吃到的喜鵲數量。

旋轉奧秘-吸管抽水之原理探討

這項研究針三角形狀吸管製成的簡易水泵進行探討。通過將三角形吸管浸入水中並繞垂直軸旋轉,水可以通過吸管流出。研究的目的是瞭解幾何形狀和其他相關參數對體積流率的影響。在理論模型中建構以旋轉座標系描述流體相對運動的方法。且考慮了外部力矩對控制體積的總和以及通過控制表面的角動量流動速率。在實驗中先以紅外線探測器連接至Arduino找出不同幾何條件產生抽水現象之邊界條件。再以可記錄數據之電子天平量測質量對時間關係,以得出不同幾何情形之體積流率。再以水滴之拋射距離得出最終速度,其中最終速度是指水流出吸管時的速度,以探討相關變因對其影響。數據分析中以Visual Studio Code和Python繪出擬合線與理論線進行比對,得出推導理論與實驗是相符合的。