全國中小學科展

第50屆--民國99年

水能覆「車」,亦能載「車」-防水災「可拆卸組合式隨浮力升降停車位」研究與設計

我們南部沿海地區遇颱風季節,很容易發生水災,生命財產損失慘重,為了防止泡水車,我們規劃一連串的實驗與研究,並設計「可拆卸組合式隨浮力升降停車位」,製成模型和原型,並在泳池中試驗。設計實驗先在容器裡加水,再把切割好的保利龍放到水裡,然後放上不同重量的砝碼,測量看看不同重量的砝碼,保利龍會下沉多少,計算出它的承載重與下沈量的關係。再根據數據算出最適合尺寸的保利龍塊製做停車位原型,並用泳池試驗,把沙灘車放在停車位上面,慢慢的把水加進去,看看放了沙灘車的保麗龍塊是不是真的會浮起來。

「獨」一無二─獨角仙生活史與生存環境實驗

我喜歡獨角仙是因為牠的角很酷,然後殼又很漂亮。我從二年級開始,我就開始養獨角仙了,之後我也養了許多的外來種。到了五年級在科展社,老師答應我們用獨角仙做題目。我們終於決定題目要用獨角仙了,這樣就可以更進一步了解獨角仙了。我們發現養一個東西是要認真養的,不能只有三分鐘熱度。而且,當牠長成成蟲時,會很有成就感。之後,我們也做了很多實驗,比如有不同的食土、灑水次數等等實驗,發現許多以前沒發現過的奧妙。

「螺」密歐與諸綠「葉」--以台灣欒樹(Koelreuteria henryiDummer) 防治福壽螺之研究--

本研究尋找有效的植物以生物防治法的方式降低福壽螺的危害。結果發現16種植物中,台灣欒樹、馬櫻丹、大葉桃花心木、黑板樹、青楓及水黃皮0.5%水浸液第五天時皆有九成以上福壽螺的致死率。我們以台灣特有種植物、數量較多的台灣欒樹做進一步探究,發現其不同部位毒性強弱依序為枯葉>新鮮葉>果實>莖>種子;而0.5%新鮮葉及0.1%枯葉水浸液可於兩天內完全毒殺福壽螺。欒樹新鮮葉殘效,在11至15天時毒性(66.7%)約為苦茶粉(23.3%)的三倍;16至20天時,仍有近五成(48.9%)的死亡率,苦茶粉則已全然無效。在10~35℃內,新鮮葉0.5%水浸液第三天時皆達100%的致死率。 戶外實驗 (溝渠93.3%,田間枯葉65.6%,乾燥葉20%)證實亦有成效後,我們評估於鄉間廣植台灣欒樹,應可有效降低福壽螺的危害。

嗜甜發電廠

利用低成本且簡易之方式製作一個微生物燃料電池,以了解其構造、原理及功能,測試不同嗜甜微生物(酵母菌、乳酸菌)在不同濃度下產生電壓的關聯性,並測試不同蛋膜的效果,以及尋找更好的氧化劑和反應條件。實驗發現,以雞蛋的蛋膜作為微生物燃料電池的質子交換膜只能有效隔絕兩槽3分鐘,也就是說所有測量必須在3分鐘內完成,否則赤血鹽水溶液會滲到外槽,造成電壓不穩以及下滑。若改用雙氧水取代赤血鹽水溶液,電壓穩定且反應後只生成氧氣,比較不會對實驗操作者以及環境造成傷害,應是一個比較好的材料。也由實驗結果得知,乳酸菌的電子轉換率較酵母菌佳,另外,微生物濃度增加時,電壓會隨之增加,但反應的最佳條件尚未找到。

樹林間的神秘客

我們從小喜歡觀察動物,尤其喜歡鳥類。在校園中常聽見鳥類的叫聲,就想隨著叫聲找到牠的身影,所以我們就決定一起觀察記錄校園鳥類。在我們觀察記錄的這段時間校園中共出現過28種鳥,分屬於18科。我們的觀察記錄經過統計、分析後,讓我們了解校園鳥類概況、校園鳥類行為、鳥類與棲地的關係以及鳥類與植物的關係。另外,對校園的稀客—領角鴞,我們有更深入的觀察,並製作巢箱,希望提供他繁殖的場地。我們的觀察記錄是希望能將校園鳥類的特色讓更多同學知道,進而喜歡牠、保護牠。

天地之間─測量地球的半徑

根據第48屆全國中小學科學展覽作品:「做一個能輕易測得地球半徑的人-利用太陽光求地球半徑」研究,他們利用影子來測量同一經度南北兩地的太陽仰角,求得地球半徑。我們認為該團隊記錄時,因陽光形成的半影、選擇中央氣象局測候站公布太陽過中天時間為據、測量日期選在一月下旬,這三點令我們懷疑其報告可以求出極接近實際值的真實性。我們改進前人研究的缺點,利用水晶球360°聚焦太陽光的性質,自製一個不受風及半影影響的「太陽仰角記錄器」,並選定同一經度太陽過中天時間相同的「冬至」及「夏至」兩天測量,以所在經度換算測量時間,並輔以當天太陽過中天時太陽方位角180°正南、0?正北方校正,測量出地球半徑為6457.8947km及6336.0477公里,誤差值1.25%及0.66%。

陀螺大「倒」~就是要「翻」!

以直徑4.00cm乒乓球作為球身、原子筆的塑膠筆心管作為轉軸,製作不同切口直徑及軸長的自製倒轉陀螺,並以自製發射器帶動自製倒轉陀螺旋轉,探討切口直徑、突出軸長與偏心率對倒轉陀螺翻轉的影響。發現倒轉陀螺必須兼顧球體的大小、轉軸長度、陀螺轉速等條件,才能從「轉軸朝上」旋轉,成功翻轉成為「轉軸朝下」旋轉。 我們製作出能最快翻轉成功的倒轉陀螺,平均只需約2.3秒就能翻轉成功,其比例為切口直徑2.00cm、突出球體軸長0.53cm;而翻轉成功後能繼續旋轉最久的倒轉陀螺,其比例為切口直徑2.00cm、突出球體軸長0.73cm,平均翻轉後還能繼續旋轉約17.3秒。兩者偏心率皆在0.37~0.39之間。 我們更進一步製作球體直徑10cm以上的大型倒轉陀螺,並將自製倒轉陀螺結合市購戰鬥陀螺的發射器,使自製倒轉陀螺更具科學性與娛樂性。最後我們從實驗中提出輕鬆快樂製作翻轉效果良好的倒轉陀螺要領,分享給大家。

智慧方塊挑戰之旅

智慧方塊是一個常見益智拼圖遊戲(如【圖一】),如果經過旋轉或翻轉之後,其解視為相同,我們可以使用一套系統的方法儘可能找出它的解,其方法依序是: 一、 尋找單邊組合:其可能性共有449種可能(《附錄一、單邊組合一覽表》)。 二、 決定第?邊:將第?邊的圖形分成兩大類:(一)方塊I在邊上、(二)方塊I在內部。 三、 完成四接邊:利用Microsoft Excel電子試算表,透過「頭尾接邊」與「方格坐標化」的方法,判別四接邊的可能性。 四、 填入內部圖形:再利用Excel電子試算表,透過「方格數字化」的原理,幫我們判別「有可能」將剩餘方塊填入的情況,之後再以人工方式檢查解的可能性。以下是我們找到解的情況: 一、 由於我們決定的第?邊具有方向性,可能的重複解只有22個,我們需將之扣除。 二、 相同的四接邊,部份有第二個解,但不曾出現有第三解的情況。 三、 扣除重複解並算入第二解之後,我們一共找到390個解。 四、 在390個解中,方塊I在邊上的有380個(佔97.6%),方塊I在內部的只有10個(佔2.4%)。

小「堤」大作—新竹縣市沙灘消失原因之研究

由於頭城海水浴場沙子消失的事件,吸引我們去調查台灣沙灘消失的地點和原因。並以實驗來研究上中游供沙量和突堤效應對沙子的影響。根據網路調查、實驗、實地探查和訪談,我們得出下列的結論: 1. 台灣多處都出現沙灘消失的情形,消失的原因可分為「天然因素」和「人為因素」。 2. 沙灘消失的主因為上中游供沙量減少和漁港產生突堤效應,新竹縣市沙灘也是。 3. 上中游沙量會影響出海口沙子堆積。水中沙量越多,出海口堆積越多。 4. 突出的漁港一定會引起突堤效應,並無法避免。

微風六型水族冷暖過濾整合系統

本研究主要目的在於設計一套環保節能、價格低廉且維修方便的水族整合系統。因此我們針對市面上常見的水族設備進行優缺點分析,並且從冷卻、過濾與溫控三大方向進行研究與改良。實驗過程有以下幾點重要心得與發現:小型水族系統可採用致冷晶片(Thermoelectric Cooling, TEC)作為冷卻機的冷卻核心,其整體表現優於傳統壓縮式冷卻機;致冷晶片的「熱面」散熱越好,「冷面」致冷力也越好;致冷晶片雖然運作電壓越大時,降溫幅度越大,但最佳經濟模式為在電壓12V下運作;致冷晶片在室溫越高的情況下運作,冷卻效果越好;致冷晶片搭配電子式控溫器,水溫控制的精確度較高,但也因啟動次數較多,造成晶片故障率提高;我們所研發的「微風六型不鏽鋼冷卻平台」為升降水溫的最佳介面;「微風六型水族冷暖機」搭配「側面強制過濾+底部過濾」的過濾方式將可適用於所有的水族養殖系統;「微風六型水族冷暖整合系統」採模組化設計,維修容易、價格低廉且環保節能為值得推廣的水族整合系統。