全國中小學科展

第47屆--民國96年

展翅高飛--探討台灣十三種斑蝶翅膀特性

本實驗目的為測量台灣地區斑蝶科(Danaidae)蝴蝶翅膀的特性,進而探討其與飛行能力之相關性,以及紫斑蝶翅膀幻色的物理呈色原因。由結果得知,就前翅而言,面積大小及最大翅長兩者皆與風阻實驗中的速度呈現正相關;而翅膀展弦比及親疏水性則和其風阻實驗中的速度較無顯著的相關性。此外,幻色實驗中利用光學顯微鏡與掃描式電子顯微鏡得知斑蝶幻色的形成和其鱗片的細微結構與排列方式有密切相關。我們推論斑蝶的鱗片細微結構與排列皆會影響其幻色的形成,也可能造成風阻不同,而影響飛行的速度。

幫蘆竹鄉的空氣做健康檢查

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

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。

“天染”的最好

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。

凡飛過必留下玄機-珍珠東飛機的飛行奧秘

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。

就是懶得動手-機械手製作

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。

雙瞳-藤原效應的觀察和模擬

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。

運用蓮花效應的人造水黽載重研究

我們常看到水滴落在蓮花的葉片表面時,水會形成露珠而不會散開,因為蓮花的葉片表面有很多不沾水的細毛,使水靠表面張力形成水珠,這就是『蓮花效應』,我們要運用『蓮花效應』之原理,來研究如何增加人造水黽在水面上的浮力。在研究一和研究二的實驗中,我們發現有蓮花效應的葉片可以增加人造水黽載重量;研究三我們證明了浮力大小和面積及周長皆有相關,當面積相等時周長愈長,表面張力形成的浮力也愈大;研究四證明運用蓮花效應及增加周長比可以增加人造水黽的載重量。如果同時利用『蓮花效應』及『增加周長』的原理,可以讓物體在水上有更好的浮力,將此原理應用於船底的表面,可節約船航行時所消耗的能源,或作成游泳衣、救生衣等來增加浮力,將會是人類科學上的一大進步

轉!轉!轉!---尋找旋轉燈籠的黃金比例

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。

快快快看誰反應快-利用光敏電阻測定反應速率

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。