全國中小學科展

第50屆--民國99年

絕不「廁」退

雖然現今科技一日千里,但是仍有需要改善的地方。例如捲筒衛生紙,別以為是一條長長的紙捲在一個其貌不揚的紙筒上就很方便使用。當需要扯斷廁紙時,人們必然用雙手才能做到。所以對於手部肢障的人來說,這個動作便變得困難了。因此,我們因應日常使用雙手扯斷廁紙的原理,運用手邊所能獲得的資源,從各項實驗活動的進行中,製作出一個能協助手部肢體障礙人士使用的自動給紙器。將生活中常見的現象做科學化的實驗和解釋,讓師生們不但可以得到解決問題的能力,更能將團隊合作的精神發揮到極致。本次的研究活動為發現日常生活周遭問題、找出解決方法。希望能藉由探究的活動,嫻熟科學探討的方法,並經由實作過程獲得科學知識和技能,進而結合科技來解決生活中的問題。

螢光水影—水生「條背螢」生態探索

「螢火蟲」是所有螢科甲蟲的統稱,條背螢(Luciola substriata)在分類上屬於昆蟲綱、鞘翅目、螢科,一生歷經卵、幼蟲、蛹、成蟲四個階段,是屬於完全變態的昆蟲。由於幼蟲水棲的特性,被歸為水生螢火蟲,在所有螢科中屬於較為罕見的習性,以台灣五十餘種螢火蟲中,僅三種屬水生,因而具有生態上的獨特性。此外,幼蟲雖生活於水中,但其外型構造、呼吸方式等,與另兩種水生螢火蟲有顯著不同,也較晚為人所認識。 幼蟲期的條背螢以水中螺類為主食,約經過四、五個月的成長,歷經多次蛻皮後,終齡幼蟲會上陸準備化蛹及羽化。成蟲約在五、六月間出現,並在棲息地水域附近活動、交尾及產卵。就文獻記載和資料查詢,條背螢在北部、中部、南部及金門均有分佈,惟數量不多,生態及習性仍有待更深入的研究。

應用木材加工技術原理進行人因工學意象實驗-以座椅角度為例

本實驗旨在研究座椅的各種角度與人因工程學的相配合,以找出最適合青少年(15~18歲)族群的工作座椅角度。 在實驗中,本科學實驗小組先行採樣製作座椅的數據,將由量測得來的數據加以統計以取得平均值,依此作為本實驗中製作座椅的依據。分別為椅背與椅面相距90°、93°、96°、99°、102°、105°、108°、111°八個角度,以及椅面水平仰角0°、1°、2°、3°、4°、5° 六個角度,各別以3°為一單位、1°為一單位做微調。 統整數據後,我們量化出椅背與椅面之間最適合的角度,而將此角度延用至下階段以找出椅面最舒適的角度,最後以科學實證的方法來進行討論與分析。

我糊塗,但我不愛「風狂」 -探討影響彈塗魚離水上岸行為的因子

本研究探討影響彈塗魚(Periophthalmus modestus Cantor, 1842)離水上岸的因子及其棲地選擇情況。在定點觀察及穿越線調查中皆發現,彈塗魚在冬季東北季風強烈時不容易被觀測到,經實驗設計及野外持續追蹤後發現,彈塗魚在風速較強的情況下,仍然會離水上岸活動,但往返水陸的頻率較高,顯示風速是影響彈塗魚離水上岸頻率及時間主要的原因之一。在微棲地的選擇方面,彈塗魚會選擇空間異質性較高的棲地類型活動,亦即並非單調的泥灘地。日照長短及風速會影響彈塗魚的離水上岸行為,進而影響其攝食行為及生長 (圖1)。

搶"風"頭---彎曲吊扇與風力的探討

扇葉彎曲,就像一個人病了,我們能做的不只是將它丟棄而是去了解什麼原因讓它變成這樣!而原因就是”濕氣”在作怪;而扇葉的新材料太重時則阻力變大、易下垂,太輕則扇葉易變形、晃動劇烈,太寬、太窄時都有不同的變化、都會影響吊扇的風力。並利用『分貝儀』來測量扇葉風力(噪音)大小,結果連微風也可精準的測出。補救扇葉方法:泡水後的扇葉是鬆垮的。但再浸泡樹酯並緊壓、乾燥後,舊扇葉的強度有明顯的復元變好。吊扇與天花板的距離:發現太近時吸力變大、氣流變強、噪音增大,風力卻變小。當大家在倡導環保時,我們也希望不要因為吊扇老舊了就將它整個丟棄,應該可以發揮新的創意,將環保與實驗結合起來,作更有意義的應用。

鰭中有軌-改良課本「觀察小魚血液流動」實驗與發展測量血液流速方法

本研究改良課本「觀察小魚血液流動」的實驗方法,首先建議使用白尾型鯽魚或白化孔雀魚作為觀察材料,可以容易且清楚觀察到尾鰭的血液流動情形。本實驗也發現使用覆蓋材質壓住小魚的鰓蓋是造成小魚經常跳動的原因,因此建議使用浸過冰水(15℃)的挖洞魔術擦來覆蓋小魚,也建議觀察小魚時間勿超過十分鐘,並使用護貝膠膜作為觀察平台來改善課本實驗缺點。我們也研發「顯微投影暨畫格計時測量法」來測量血液流速及測量血球與血管大小,結果發現鯽魚離開水缸觀察時,尾鰭的微血管血液流速多介於150~400(微米/秒),此數值可作為小魚生命力的觀察指標。最後設計一個有水流循環的觀察平台,希望可用來延長觀察小魚血液流動的時間。

千「迴」百轉的遞迴圖形

在遞迴式an+2=|an+1|-an中簡單的代入幾個值,發現有九個一循環的現象。在一番巧思之下,我們先證明:函數f1(x)分別為1及-1、f2(x)=x,且fn+2(x)=|fn+1(x)|-fn(x), ?n?N, f5(x)與f6(x)圖形對稱於x=1/2,進一步證得遞迴式循環,再將初始值伸縮至a1, a2為任意實數值。解法固然令人拍案叫絕,但令我們深深著迷,決定投入大量心血在此研究的原因,乃是遞迴式an+2=β|an+1|-an,當0<β<1時,點(an, an+1)構成遞迴圖形的種種現象。 我們大量使用了函數及圖形分析的方法,定義函數fβ(cosθ, sinθ)=(sinθ, β|sinθ|-cosθ),發現f (n)β皆為 ?連續函數;?一對一;?(cosθ, sinθ)逆時針旋轉時f (n)β(cosθ, sinθ)同樣逆時針旋轉。藉由上述的性質推得遞迴圖形?在角度上稠密;?形狀與初始值無關;?初始值的改變產生相似的遞迴圖形。 在研究過程中,發現β=0.86的遞迴圖形有別於其他β值,有待未來,我們四人能一窺遞迴圖形的終極密碼。

金〝蒸〞花的世界- 探討 SO2 的定量

金針乾製品以通氣蒸餾法檢測SO2殘留量,但裝置複雜,操作步驟困難且費時。本研究目的以蒸餾『還原比色法』改良通氣蒸餾裝置,利用蒸氣直接冷凝代替通氮氣蒸餾,並以分光光度計定量,其原理利用還原型漂白劑與硫酸銅的呈色來定量。由實驗結果得知「紫試劑」可定性、做成pH1-14試紙,可檢測至0.02%~0.03%。蒸餾『還原比色法』檢測市面上金針乾製品二氧化硫殘留量結果發現,許多金針乾製品都遠超過限制殘留量(0.4g/Kg),本實驗抽驗市面上六種乾製金針品,其不合格率佔83.3%。採用本實驗改良法設備檢測出的SO2的殘留量顯示改良裝置確實可以快速檢測二氧化硫,其優點是定量裝置簡單,使蒸餾時間縮短、設備精簡、定量更準確,普通實驗室即可使用,雖然無法完全取代通氣蒸餾法,但仍可作為一般高中職學校在無氮氣裝置設備下,快速檢測金針乾製品二氧化硫殘留量用。

尋找最佳效能的"Super Fans"

本研究以珍珠板切割製作不同形狀的扇葉,並組合出葉片數量、夾角不同的風扇模型,以樂高積木組合自製風力計來測量各種風扇模型運轉時的風力大小、風力範圍。本研究經過兩階段測試:一次一因子以及田口法實驗設計,結果發現彎鉤形扇葉為最佳形狀,田口法實驗推得葉片2片和夾角30度為最佳組合,但此結論僅適合本次研究的模型。 市售風扇檢測結果發現功率大小不一定和風力大小成比例,且扇葉前蓋會削減一半左右風力,經實驗後發現以圓形或右旋型的前蓋為較佳的設計。有些市售風扇設計不佳,一樣的功率風力卻較小有浪費能源之嫌,而箱扇的風力也明顯較立扇小,另外建議大家依據個人需求選擇不同的尺寸、型式的風扇以響應節能減碳的生活潮流。

愈熱愈涼快

利用電解池的導電性會隨著溫度的改變的特性,將電解池串聯風扇後,製作出一個 簡單的溫控風扇。在室溫較高時,溫控風扇能發揮出近85%的轉速,提供使用者涼爽的 環境;隨著溫度的下降,使用者不需要很強的風力時,風扇也會自動降低轉速,為使用 者省下更多的電能。我們不用花大錢買新的溫控元件或買新的全自動風扇,也可以讓「不 管是懶人還是窮人」,都可以輕鬆省錢、省電、救地球。