全國中小學科展

第42屆--民國91年

大樓安怎ㄘㄨㄚˋ攏嘛水噹噹-水塔與建築物振動的關係

由於我們學校位在縱貫鐵路旁,每當火車經過時,靠近鐵軌的教室都會產生振動,尤其\r 三樓教室動得更是厲害。原本我們想研究這個現象,但因一直找不到可以測出教室振動大小\r 的工具,所以一度打算放棄。這時老師提出鄰近南科園區高鐵減振問題,鼓勵我們何不朝教\r 室減振方向來研究?因此我們想,已經蓋好的教室如何來減振呢?這時柏鋒看到對面教室頂\r 樓有許多水塔,就提出可不可以用水塔來減振?於是我們轉向研究水塔與振動的關係。

大姬蜘行為與適應之研究

大姬蜘屬姬蜘科中較常見的一種,常分布在具有一定空間且為直立平行或相交的枝幹間(例如:人工步道邊的護欄間)。背頂的金色斑點和黑色的腹尖為最大的特徵;與有一「紅色心臟斑」的日本姬蜘相比,兩者網形和分布有所不同,日本姬蜘網的底部尚有一盤狀緻密形網。大姬蜘結網時會先結主架構,再牽許多細絲;網的架構略有一棚狀開口。待獵物入網後,先將其麻醉,吐絲纏繞獵物,以利食用。大姬蜘有主動將葉片搬置於網中以利隱蔽的行為。大姬蜘在安置隱蔽物時會以分段式搬運,並以蛛絲固定於網中。受到觸碰時,大姬蜘有牽垂絲掉落假死的避敵模式,若將其垂絲燒斷,一定距離內其能靠氣味回網。

海蝕岩面面觀

在古崗至舊金城沿海砂灘上的高地,我們發現地表巨大的岩體蝕刻許多奇形怪狀的波狀凹穴的遺跡,今日已上升到高潮線上方至少有六公尺高,形成今海浪再也打不到的地方。藉由點線面的觀測,找到三處已上升的海蝕凹洞遺跡,來作為地殼垂直運動的證據,讓我們粗略了解岩體剖面所紀錄的地質事件,如果我們仔細觀察,可從地層透露的訊息,得知在漫長的地質年代中,地殼曾發生過的變動,也感受到板塊在運動的時候,地震所產生的震撼力是不可忽視的。我們應珍惜目前所擁有的一切資源。

撥開迷霧?探討台灣近30年來起霧現象

台灣四周環海,多變的地形更有助於霧的生成,使得我們很容易見到霧的朦朧之美;然而我們發現近年來起霧次數似乎逐漸減少,為了探討此現象,於是我們選定桃園、清泉崗、嘉義、花蓮四個空軍機場,採用自民國 60~89 年的觀測資料,探討各地區影響起霧變化的相關因素。結果顯示,位於東部的花蓮機場甚少起霧,而位於西部的三個機場起霧頻率較東部高出許多,且受輻射冷卻作用影響,大都於清晨 6、7 時最容易成霧。綜觀西部各機場自民國 75 年以後起霧頻率確實有明顯下降,探討其因素,我們發現年平均氣溫逐年升高對其影響甚大;另外,清泉崗及嘉義兩機場近年來起霧頻率迅速下降,除了氣溫逐年升高的原因外,懸浮微粒的減少亦可能是一個重要的關鍵。

主機房發燒了~雙窗形冷氣微電腦定時控制系統

一般的中小學網際網路主機房的溫度控制皆使用一般的窗型冷氣,但一般的窗型冷氣無法一年 365 天不關機,但機房冷氣卻不能停,如停止冷氣的運轉,則造成連線不穩定,甚至設備燒壞,目前中小學已有學校發生此狀況(如附錄一)因此我們希望使用二台窗型冷氣自動輪流使用,來達到控制主機房溫度的目的,進而使網路連線穩定。本實驗成功地製作一定時電路作為觸控開關的觸控信號產生器,讓二台冷氣能自動不停地輪流替換運轉,學校主機房之網際網路設備得以在適度的溫度控制之下,穩定地運作。除此之外,我們所製作的觸控開關定時器,亦可對工業規格做一建議,希望能開發一定時器提供觸控開關的介面,而觸控開關之電器設備,亦能提供相同之介面,如此生產之定時器即可定時控制所有觸控開關之電器設備,可避免目前觸控開關之電氣設備無定時器可用之窘境。

完美謀"沙"案

由於納莉颱風造成了嚴重的水災,引發了身受其害的我們,想研究堆沙包防水的念頭。於是我們利用自製的小型沙包(約一般沙包 1/25 的大小),分別將沙包對齊排列及交錯排列,再搭配倒半圓形、半圓形、長條形、倒 V 字形、V 字形五種沙包堆成的形狀,並嘗試使用兩種碎石子、建材所使用的沙、海沙、及土五種材質的沙包,以及由米袋、布、塑膠袋材質所製成的沙包袋,以固定的流速及水量進行實驗,期盼藉由觀察記錄沙包滲水的情形,以找出防水效果最佳的方式。在經過不斷的實驗後,我們發現:將沙包交錯排列會比對齊排列的防水效果來的好;而沙包所堆成的形狀以長條形的防水效果較佳。至於沙包裡所使用的材質,則以一般建材所使用的沙與土的防水滲透效果最好。而沙包袋的材質,以塑膠袋所製成的沙包,其防水狀況為最佳。

高速奔馳

在自然課中學到二極電動機的組裝,認識到電與磁的交互作用會產生動能的概念,我們開始改裝軌道車的三極馬達,經由改變線圈的纏繞方式、線圈的圈數、線圈線徑的粗細、磁場的強度……並在軌道上實際路跑來印證如何使車速變快?如何加大扭力?如何增高穩定性?使原先只知道休閒玩車的我們,進而享受到改車的樂趣,使軌道車跑出高速與最佳性能。而且我們的研究很環保哦,所有的馬達心都是回收得來的,不必花一毛錢;在老師的指導以及軌道車玩家的技術切磋下,有很多理念結合在我們日常生活中,例如:了解不同的馬達適用於不同功能的電動機械上……促進改良環保電動車,使它更方便使用與普及化….. 還有好多小發現可以應用在日常生活中,使我們的思考就像我們的愛車一樣更靈活更有爆發力。

張力融合

表面張力的研究已經有相當的歷史,並且對單一物質表面張力的產生機制也有完整的解釋與模型,但是關於兩種不同的液體混合時表面張力的小變化是何種函數關係,一般書上卻不見討論。我們試著將高二物理教材中的表面張力擴展到這個主題上,研究水與酒精不同混合比例所導致表面張力大小變化的關係,並且試著藉由將單一物質表面張力的理論模型解釋方式予以修改,看看是否能適用在兩物質混合的現象中。在本實驗中我們發現,表面張力的變化與混合的比例並非線性關係。而我們所提出的修正模型也能和實驗結果吻合。

扭扭車的前進(後退)原理研究

有一天,看見老師的兩歲大兒子在玩扭扭車,扭扭車結構簡單無須電力、馬達,即可前進、後退、原地轉彎,是很普通的玩具。後來發現兩歲大的幼兒用小小的力量,可以搭載65 ㎏的老師,不斷扭來扭去做「之」字型的前進,真是太神奇了!使我們想了解:扭扭車的前進(後退)原理(Fig.01)。

新世紀的榮耀-從蛋白質等電點到奈米黏土的研究

為了了解有關蛋白質在溶液中沉澱的現象,我們研究了這幾個因素對牛奶沉澱的影響:1.pH 值、2.不同鹽類溶液、3.不同牛奶濃度、4.奈米黏土存在時。發現牛奶本身是酸鹼,且大部分的蛋白質等電點在pH=5.9。同族離子,隨著電荷密度的上升,達等電點所需的離子濃度就越低。同行離子,尚須再考慮水合能的效應。對同離子而言,牛奶濃度越高,所需的離子濃度越低。但若牛奶濃度越高,沉澱與溶液的顏色非常不分明,故牛奶濃度不可太高。筆者所用的濃度是5%和10%的牛奶溶液。奈米級黏土與蛋白質的反應機構主要是經由離子吸附來達成凝集沉澱的目的,發現奈米黏土的電離子吸附效率比一般的離子要高出好幾百倍,只要10~30ppm 就可以達到凝集沉澱的效果。筆者以顯微鏡看奈米黏土作用的現象,證機構的正確性。展望將成果應用在工業膠體廢水處理。