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第44屆--民國93年

油 電 車

根據科學家的估算,石油大約在西元2050 年將被人類開採殆盡,屆時,電動車將成為未來之主流。電動車係以電力傳輸,具有無污染、無噪音、省能源之特色,完全符合現在及未來之環保要求;但考慮電瓶續航力不足以行駛較長距離,另以燃油引擎為輔,可在電瓶電力殆盡時提供另一動力輔助。另外,車輛在爬坡時電瓶產生之扭力無法有效行進,亦應由燃油引擎帶動車輛行進坡度路面。我們的設計是以此為重點,因此將之命名為「油電車」。油電車不以鏈條帶動,改由摩擦輪帶動燃油引擎,當以電力運轉時,摩擦輪可脫離後輪,以減少電力之損耗。此研究作品亦將探討,電流之改變對馬達輸出之扭力及馬力有何影響,我們發現可藉由電流控制模組之調整達到改變馬達動力的目的;另外,馬達功率的增加與驅動輪胎直徑的縮小皆有助於提高車輛的扭力。本車原係以三輪設計,採用後輪驅動、前輪轉向,但卻產生不穩定的過彎現象,現改以四輪運轉,即改善上述之缺點,以達到安全性高、操控容易之優點。希望本作品的研究可激起同學對環保之重視,使他們具有改變環境的念力及能力,期待我們的環境有更美好的未來。

太陽能氫氧燃料電池複合發電裝置

一、本研究呈現一套零污染的小型能源發電系統。二、本系統名擬定名為 小型太陽能及燃料電池復合發電系統。三、本系統系使用太陽能電池,得太陽光轉換為電能,經過氫氧產生器產生氫氧後即可直接使用輸入燃料電池產生電力,或輸入儲氫金屬罐儲存及運送至使用燃料電池之地點產生電力。

告訴你有多「色」--探討植物染色的效果

本實驗透過影像軟體的協助,擷取RGB值與灰階值,來分析布料種類、布料前處理、光照、洗劑處理、媒染劑如何影喜植物染色的效果,結果發現:1.布料前處理的影響根據布料種類而有差異,人造布料較需要布料前處理。2.布料種類以植物性布料染色效果最好,植物性布料次之,人造布料最差。3.光照、洗劑處理均會改變染布色澤,甚至會造成退色現象。4.媒染劑會使原本的染色色調改變,效果因煤染劑與染材種類而異。

驚奇的風力發電王國

我們在五下有學到關於電磁鐵的課程,電磁鐵的原理是「電生磁」,後來我們在偶然中發現和電磁鐵有密切關係的發電機, 它的原理剛好和電磁鐵相反,是「磁生電」。又因為「風大」是林口地區的特色,所以我們選擇風力發電為主題, 先查詢相關資料, 再針對發電機的各項變因著手進行實驗, 以驗證隱藏在電磁鐵和發電機背後神奇的科學原理。研究過程中, 我們瞭解各項變因與產生結果之間的關係, 更學習到如何解決困難, 也建立起對自己的信心與團隊成員彼此間的信任感, 相互之間的合作情形也越來越順暢。最後, 我們組裝麵包板( 電路板),完成驚奇的風力發電王國! 希望大家可以多利用環保方式來發電,以減少能源資源的耗損, 這樣人類的未來才能永續發展。

探討『碘化鉛的生成』實驗數據誤差及改進

一、國中選修理化第三冊實驗9-1,其實驗目的是以固定量的KI溶液與不同量的Pb(NO3)2溶液,所產生黃色PbI2沈澱的量來探討反應物之間量的關係,並瞭解均衡反應式中各物質的係數和參與反應物莫耳數的關係。但經我們實際實驗結果,凡是過量的KI的試管,其沈澱高度或重量並沒有和Pb(NO3)2的莫耳數成正比關係。探討原因是過量的KI和PbI2再反應形成KPbI3沈澱,使得沈澱的高度或重量與加入Pb(NO3)2的莫耳數沒有成正比關係,但經三天後重測PbI2的高度或重量,也只有KI過量的試管有些變化,探討原因是KPbI3繼續和過量的KI形成錯離子的關係。 二、我們利用滴定方法,逐滴觀察反應沈澱情形,發現反應開始先出現黃色沈澱→黃白色沈澱→黏稠狀沈澱→白色沈澱→沈澱溶解溶液變橘黃色→溶液變淡黃色,可知錯離子形成是變化萬千的。其主要原因是以Pb為中心,而與I2形成多種錯離子,其錯離子的配位多寡是未知數,它隨著兩溶液的濃度比而呈現多變面貌。其方程式如下: 三、我們用透明淡黃色溶液5mL 以蒸餾水滴定發現顏色變化有逆反應的現象。 ※ 以飽和KI溶液來滴定飽和Pb(NO3)2溶液,其顏色變化為:黃色沈澱→黃白沈澱→沈澱溶解→溶液變橘黃色→溶液顏色變淡黃。 ※ 將淡黃色溶液用蒸餾水滴定時顏色有逆反應的現象,其顏色變化為:淡黃色溶液→溶液顏色變黃→白色沈澱→黃白色沈澱→黃色沈澱。上述顏色變化可知:碘鉛錯離子的形成及解離是可逆的。 四、我們利用溶液的總導電量和離子總莫耳數有關來推知有錯離子的存在。在實驗中,發現如果是Pb(NO3)2過量則總導電量和理論值相差不多,但如果是KI過量則總導電量便有異常增加的趨勢,這是因過量的KI和PbI2繼續反應產生錯離子,使得離子總莫耳數增加,總導電量因而增加。 五、實驗改進方法用Na2CO3(ag)與CaCl2(ag),產生白色CaCO3沉澱和NaCl(ag),此反應有三大優點:第一沒有鉛化合物缺點,第二沒有產生錯離子的干擾,第三做出數據能準確表達出均衡反應式中各物質係數和參與反應物質莫耳數的關係。

纖維素水解的探討

(一)水解時間對纖維素水解很重要,因反應器內進行著如下的兩個反應: 纖維素葡萄糖,葡萄糖 副產物(包括甲酸、果糖酸、甲基糠醛)初反應是纖維素水解,需一定時間完成;此外葡萄糖溶液停留時間的增加,將使更多的葡萄糖轉化為副產物,故隨時間的增加葡萄糖的量有下降的現象。 (二)催化纖維素葡萄糖的效果是:鹽酸催化劑組>順丁烯二酸催化劑組,但葡萄糖副產物的反應中,鹽酸催化劑組的降解率為85﹪,而順丁烯二酸催化劑的降解率為15﹪,因此需長時間加熱時,最好採用順丁烯二酸為催化劑催化否則得不償失。 (三)無機酸催化劑組其催化纖維素水解的效果隨溫度增加而增加,但在140℃時Cu2O的量增幅變小,且在160℃Cu2O的量變小很多,這是因反應器內進行著如下的兩個反應: 纖維素葡萄糖 葡萄糖副產物 在較低溫時K1的增加值大於K2,但隨溫度提高K2的增加值會逐漸大於K1,因而Cu2O 的量增幅變小甚至在160℃Cu2O的量變小。 (四)有機酸催化劑組,其催化纖維素水解的效果隨溫度增加而增加,但在140℃時Cu2O的量增幅較無機酸催化劑組大,且在160℃時Cu2O減少的量也較小,這是順丁烯二酸催化劑組在K2葡萄糖降解率較小的原因。

磁鐵在非鐵金屬管中的磁浮現象與應用

在國中理化課本中,我們所學到的─《電流和磁的關係》,我們都知道「當電磁靠近金屬時,金屬內的磁場會發生變化,此時金屬會有『電流』的產生,進而使檢流計的指針發生偏轉,英國科學家法拉第在1831 年,將這個現象稱為─『感應電流』」。因此我們選擇銅、鋁兩種金屬管探討不同強度的磁鐵在金屬管中作自由落體時感應電流與磁鐵落下速度的變化關係。在本研究中,我們首先要找出能準確測量磁鐵從金屬管落下的時間的裝置,於是我們利用數位相機、放大鏡、馬錶設計了「同步攝影法」,來改善手按測量的不準確。藉由電腦的影像分析,在不同厚度(1.55、3.10 ㎜)與不同金屬管(銅、鋁)的研究發現以厚銅金屬管的效果最佳,此現象應與感應電流的大小與金屬材質的電阻大小成反比有關。在不同厚度的金屬管中改變磁鐵磁場強度的實驗發現薄金屬管在磁鐵磁場強度約為5000 高斯及厚金屬管磁鐵磁場強度約為3000 高斯時鐵落下的速度為等速度運動。其次在將金屬管切割成有缺口的實驗中,我們發現感應電流的現象依然存在,這現象顯示在金屬管中的感應電流不是沿著圓形的管子而形成,而是當磁鐵靠近金屬管時,在金屬管的管壁間可以形成無數連續的小「渦電流」,這無數的小渦電流在管壁內產生無數感應磁場形成「磁阻」用來抵抗磁鐵的下降。最後利用磁鐵、鋁管、定滑輪、砝碼組及投影片捲成的電梯設計「磁浮升降梯」、「磁緩衝機」可以在沒有電力的情況下將升降梯的速度控制在0.18 公尺/秒的安全速度,及磁緩衝機的設計可使蛋由4 公尺高落下卻完好如初不會破裂。

小朋友上樓梯—費氏數列的推廣與應用

想當初,剛剛開學時,同學們的心還未收回來,校園簡直成了遊樂場,上上下下、左右 左右鬧的不可開交,連在上課時也是心不在焉,一心只想往外面跑,讓老師及家長非常傷透腦筋,許多方法都試過了,最後大家只好在朝會時公布同學們的十大罪狀要求同學改進。其中有一條就是:「大家上下樓梯時造成推擠,而且會有一次跳2~3 個樓梯的情況」。雖然不是什麼大不了的事情,但危害了上下樓梯同學的安全,所以校方嚴重禁止此類事情發生。 現在,此類事情已很久沒發生了,但遺留在我們心裡的「一次跳2~3 個樓梯的情況」,卻讓我們想到了一個問題,因為老師正上到數列的規則和判別,也剛好介紹到費氏數列(geocities)這樣的東西可以快速的解出「一次跳1~2 個樓梯的情況」。我們心裡不禁想:那麼…會不會有一次跳5 個以上的樓梯的情況呢?如果有,那麼我們有沒有辦法很快的一次把這個答案算出來呢? 我們跑去問老師,答案是肯定的…有這樣的方法可以算出來,但是僅限於費氏數列(geocities)才有辦法,那我們又想….如果不是費氏數列(geocities),而是一次跨3 步以上的題目有沒有辦法呢?可能有吧?就靠著這百萬分之一的可能性,我們展開了我們的研究之路~~~~推廣費氏數列(geocities)!

還我新鮮本色—現榨果汁不褐變

如何才能「隨時」享受一杯色、香、味俱全的現榨蔬果汁呢?一般家庭的現榨果汁比起市售的包裝果汁最大的優點是新鮮而且營養度高,但是,讓熱愛現榨果汁的我們最煩惱的問題就是-顏色變醜了!不敢喝了!所以,這個實驗的目的就是希望能找出經濟又簡易的處理方法,以防止現榨蔬果汁的褐變現象。經過收集文獻資料閱讀後,我們知道水果要變色必須同時具有酵素、多酚類基質和氧氣三個條件,各種的蔬果所含有的多酚類基質和酵素各不相同,所以變化情形不同,因此這個實驗共選取九種蔬果進行「現榨果汁褐變現象」的觀察與研究,包括:蘋果、香蕉、柳丁、芭樂、梨、檸檬、楊桃、山藥、芹菜。探討的因素包括:品種、酸鹼值、果皮、過濾、溫度、添加物種類、添加物濃度等,希望透過以上各種因素的探討、實驗、分析能提供防止現榨果汁快速褐變的最適當的處理方法。

從人工消波塊看自然生態工法

本研究主要分為三個主要部分,第一部分水波試驗槽、消波塊及自然生態工法護岸模型設計及製作,第二部分以不同頻率、振幅、水深的水波進行沖擊試驗,第三部分為野外案例調查和過去歷史災害資料分析比較。我們從河岸或海岸觀察各式各樣的人工消波塊,為探討其特性,我們縮小比例製作消波塊模型,利用腳部按摩器的馬達改裝成起波器,實際觀察並紀錄其特性,討論不同頻率、振幅水波,在消波塊的阻檔下,沙岸變動的情形。從期刊雜誌介紹的自然生態工法,瞭解世界水利或大地工程的新趨勢,利用模型實驗探討人工消波塊與自然生態工法的特性;發現各消波塊或自然生態工法護岸均隨頻率、振幅、水深增加而崩塌面積增加,特別設計的自然生態工法護岸兼具消波和生態保育的功能。我們並實際進行野外自然生態、河海工程和水利設施案例調查,提出「與大自然和平共存」、「人非定勝天」、「生態保育」、「生物多樣性」和工程互補的想法,使我們未來環境達到青山長在、綠水長流、魚蝦常駐、人類常遊的境地。