第47屆--民國96年

空氣污染是愈來愈受到人們重視的問題，為了掌握空氣品質的狀況，環保署在全台灣各地總共設置了 79 個空氣品質監測站。全台灣各個都市化的地區也都設立了一些像空氣清淨機的環保公園。我們這次科展的研究對象就是空氣的品質，我們將範圍縮小到我們的家鄉－蘆竹鄉，我們要看看蘆竹鄉的空氣到底健不健康？首先，我們要扮演小護士幫蘆竹鄉的空氣做健康檢查，檢查的項目是灰塵量與酸鹼值，灰塵量愈多且酸鹼值異常，就表示它的健康出了問題。然後，我們要研究與空氣結合的雨水降到地面後，對土壤的影響，看看是不是愈不健康的空氣對土壤的影響愈大？環保公園對市區的空氣有淨化的功用，所以，最後我們要研究植物對空氣淨化的效果到底有多大？

漁塭防寒控制系統的研究動機與目的，是為了解決漁塭因寒流而造成養殖魚類凍死暴斃的問題，幫助漁民減少寒害損失。為了解決這個問題，我們想到了可以利用上課所學的數位溫度計，改良成溫度感測控制電路，配合加熱器與抽水馬達，將加熱後的熱水輸送至水中來調節水溫，以防止水溫過低而造成養殖魚類凍死。數位溫度計是以溫度感測器AD590 感測溫度轉換成電壓，由ADC0804類比轉數位IC 轉換成數位資料，再透過單晶片8051的處理後，輸出至七段顯示器，顯示溫度。漁塭防寒控制系統的溫度感測控制電路，AD590 溫度轉換成電壓改為10mV/°K，減法器減去0℃對應之電壓值更改為2.732V，再放大10 倍，修改單晶片8051的處理程式，除了顯示溫度外，當溫度低於A℃時，啟動防寒控制系統；當溫度高於B℃時，關閉防寒控制系統。A℃與B℃視養殖魚類的不同，可加以調整設定。

我們以人類最常聽到的 250Hz～8000Hz 來測試耳殼的細微構造對收音的影響，並加以校正，再分別用去 A（外耳輪）、去 B（逆耳輪）、填 C（凹陷）、去 D（耳屏）、去 E（耳珠）的耳殼來測試，收集資料並建立完整的比較圖表，且在分析整理資料時發現耳朵有分工合作及各部位有選擇特有的聲頻放大或縮小的功能。本實驗的結果對我們的生活有很大的幫助，例如可利用這個特性來研發產品幫助聽障朋友，而另一項可能的應用則是應用我們的發現依照當代的動物及古代的生物耳殼的構造去闡試其所處的生態環境，對其生活使能有進一步的認識。

我們以咖啡渣、指甲花粉等材料自製天然染髮劑，比較市售化學染劑的顏色持久度、酸鹼度及對生物產生的影響，希望能找出天然染劑在生活上的應用。

本實驗藉由製作珍珠板飛機，期望能夠多了解一些飛行的原理。在翻閱了一些文獻的資料之後，發現影響飛行的要素主要有「機翼形狀構造」、「發射仰角」、「重心的位置」等。我們分別對這三個因素做研究，並根據所得到的實驗結果做出其相對應的討論。最後我們找出了實驗中最適合於飛行的各種參數設定。

本專題嘗試以低廉成本以及節省能源的方式，利用簡單的滑輪組、齒輪組的設計與製作，期望能將機械手的製造，變的更加簡易。從設計圖繪製、材料蒐集、零組件製作、安裝零組件到實驗設計、數據紀錄分析、優缺點比較，控制器轉盤製作、麵包板電路設計及連接皆由小組成員集思廣益，嘗試錯誤與學習，親自實做出科展成品。我們利用文獻上尚未見過的、自己設計的「線材-馬達牽引」方式，取代傳統的四連桿、油壓桿驅動方式，製作出創新的機械手。本小組不但製作「功能測試版機械手」測試機械手的各項基本功能、比較材質或動力的優劣，更根據區域科展時教授給的建議及批評，對於部分細節進行改良，我們自行設計規格化的零件、底板，也與老師共同研發出迎合實務需求的「應用版機械手」的兩種新控制方式：圓盤自動控制系統及麵包板 IC 電路互動系統。以偏向自動化的控制方式，避免線路複雜、整理費工、人為操控不精準的種種問題及缺點，拉進與「以機械手取代人工」這個夢想的距離。

台灣夏秋雨季常有颱風侵襲，甚至有雙颱同時影響的歷史紀錄，對於雙颱的產生和本身的交互作用，一直是引人注意的話題。本實驗的目的為利用自然界的重力和科氏力所產生穩定的兩個水漩渦，模擬兩個颱風的交互作用，並利用紅墨水來增加觀察的便利性，探索藤原效應的理論。由於器材的簡易特性，所以隨時都可操作，讓我們體會到複雜的原理可用簡單的器材進行了解。對於實驗所得結論，除了和理論刎合之外，當中有關水位高低和漩渦形成關係，孔徑大小變化對兩漩渦之間的拉扯，牽引，結合的影響，更可以進一步深究。

本研究旨在探討影響旋轉燈籠旋轉速率的因素。研究過程是將一具有棉線、扇面的上紙杯與另一具有氣孔、蠟燭的下紙杯相結合，將蠟燭點燃，拉起棉線，利用對流作用，使兩紙杯共同旋轉，形成一個旋轉燈籠。我們分別以扇面、氣孔、蠟燭、棉線四項變因來規劃實驗設計，除探討各單項變因如何影響旋轉圈數外，更對各變因間彼此的交互作用作更深入的討論。結果發現，當扇面面積越小、角度越小、數目越多、蠟燭越長、燭芯越長、棉線越長、氣孔越多時，都會旋轉得越快。而各因素彼此交互作用下，仍遵守單因素之結果。最後得到旋轉燈籠的黃金比例：扇面長度 1.0 cm、寬度 0.3 cm、角度 10 度、數量 14 個；蠟燭長度 6.0cm、燭芯長度 3.0 cm；棉線長度 50 cm；氣孔數量 8 個。

熱感應紙是利用表面塗上熱感應層，透過高溫與顯影劑反應而達到文字呈現的紙張，方便且用途廣泛；然因容易褪色而不易保存，使得繳費收據、樂透彩券或高鐵車票等如遭水浸、塗染或褪色都將失去價值。本研究主要是探討熱感應紙對溫度及酸鹼溶液的反應，並比較各種不同熱感應紙的特性；研究發現溫度對熱感應紙顯色程度有影響，因此可提高機器的溫度，使文字加深而減緩褪色速度。而熱感應紙在潮濕、陽光曝曬、光線照射、接觸空氣等環境下容易褪色，因此可置於奶粉罐、鋁箔紙、資料袋、防潮櫃內加以保存；然黏貼卡典西德、膠帶、塗膠水，反會使文字加速變淡。熱感應紙燃燒會產生有毒氣體，不太環保，建議可加以改良，達到環保或可回收的目的。

自然與生活科技課程中有許多化學實驗是利用肉眼來進行結果的判讀，常因觀測者個人的差異而造成數據解釋上的誤差，例如南一版第四冊第一章實驗 1-2「溫度對反應速率的影響」中，利用硫代硫酸鈉和鹽酸的反應所產生的黃色硫沈澱遮蔽錐形瓶底部「+」符號的時間來觀察反應速率，常發現觀測者彼此之間的差異很大。為改進此一缺點，利用硫化鎘(CdS)為光敏電阻的材料連接電源及三用電表，並以白光 LED 為光源；在光照射下的電阻值較小，因反應進行後產物黃色硫沈澱會遮蔽了光對於光敏電阻的照射而導致電阻值逐漸增加。藉由測定電阻值達到一定值所需要的時間來取代肉眼判讀硫沈澱遮蔽錐形瓶底部「+」符號所需的時間，結果發現反應物的濃度愈高或反應的溫度愈高，所需達到一定電阻值的時間就愈短，彼此間呈線性關係，與肉眼測定的結果比較，準確度較高，且儀器體積小組裝方便可用於同類型的實驗。