全國中小學科展

國中組

『流』『鹽』追追追 ─ 海洋密度流之探討

本實驗藉由調整溫度差及鹽度差來模擬密度流在三維海洋空間下的分段時間流動,利用簡易器材模擬不同變因下的流動差異,可應用於地球科學之洋流模擬。實驗後發現溫度差或鹽度差增加使密度差加大,則洋流流速加快;且溫度差主要影響不同緯度間的水平橫向運動,鹽度差主要影響不同海層的鉛直交替運動。其中還發現低溫的下沉水團產生崩湧現象,會因堆積崩毀產生一陣陣加速潮。另外觀察到混合增密現象,發現此現象由兩密度相近的水團混合產生,混合後水團密度增加而呈三角結構下沉,但若密度相差太大則不發生,且溫鹽度差越小越易混合,但溫鹽度差越大則密度增加越多。在綜合模擬中看到,由於溫度分布變化較大,故海底的水流多屬溫度控制的水平流動。

有多「極」,滴滴看就知道

本實驗是利用極性分子的電偶極矩(p)在不均勻電場中,受到淨力不為零的原理,自製造成水平方向均勻與不均勻電場(變化率?E/?x 固定)的裝置,探討一些極性不同的液體在均勻電場與不均勻電場作用下,利用滴定管滴下,測量其在電場與重力作用下,自由落下相同高度後的側位移,探討側位移與極性的關係,由我們的實驗結果顯示,極性物質在均勻電場中因受合力幾乎為零,無法產生明顯的側偏移。在不均勻(變化率固定)電場作用下,極性不同的液體其側偏移與分子極性呈現一定的相關性,幾近正相關,且重複多次均得到相同的結果。所以,推論應可由此方式得知液態極性物質的分子極性強度

生生炭熄~生生不息!-花生殼生物炭與肥料共同施加對葉菜作物生長之影響

為瞭解生物炭對肥料效用的延長及增強之影響,以進一步確認生物炭應用在減少施肥及增加產量上的價值。本研究聚焦花生殼在300℃炭化的生物炭,於不同施肥狀況下對三種葉菜作物(小白菜、莧菜、香菜)生長情形的影響。 結果顯示:新鮮花生殼製成之生物炭,與培養土混合比例1:50,在不同施肥頻率下,試驗作物的生長狀況皆顯著優於未添加生物炭者,且其增產效用未顯著受減少施肥影響;比較葉長寬積,其增產效用達一倍甚至十倍以上。而一般大眾較易取得之水煮及鹽水煮花生殼製備的生物炭,亦大多有顯著效用。 本研究後續展望:針對生物炭來源、製法,施用對象、時機、量,環境及栽種成本,提供應用上的完整提案;生物炭效用的機制之深入探究等。

珊瑚生長環境受海洋內波影響?-海洋內波之實驗室模擬

珊瑚(圖1)是很珍貴的海洋生物,珊瑚生長對海洋環境的特性及溫度變化非常敏感,因此往往也是衡量全球暖化環境變遷的重要指標。本研究利用實驗水槽模擬海洋內波碰到不同地形所產生的變化,並從實驗結果推測珊瑚生長和內波的可能關係。結果顯示,內波經過地形障礙物時會受影響而產生複雜的變化,如破碎變形、湧升沉降、越頂、渦旋、反射等現象,這些過程很可能使得下層水上升、翻攪混合,進而造成上下層水密度混合均勻。從模擬結果推測內波抵達東沙環礁或墾丁南灣後,可能會把海洋下層含營養鹽較高的海水帶上來,也可能經由水體上下混合而降低海水溫度。在全球暖化、海水增溫的情況下,內波很可能使得這些地方的珊瑚仍能存活,並減輕白化的威脅。

臺灣藍金、行船人的救星---太陽能「海水淡化槽」

本研究在探討海水淡化槽玻璃面的傾斜度、海水淡化槽寬度、長度、深度的不同對水滴\r 生成量的影響,並得出當傾斜度17.89°、長度42.69cm、深度5.5cm 時,有最大水滴生成量,\r 且寬度與水滴生成量呈線性關係。我們並據此作出一最佳的海水淡化槽(且設寬度為60cm),\r 至目前為止,其最大的水滴生成量為384.1ml (5 月9 日),我們並估算出4 坪土地面積所設置\r 的海水淡化槽,1 年可生產1,670 公斤的海洋深層水。當我們以墨水模擬進行汙水處理時,發\r 覺此海水淡化槽亦可作為簡易的汙水處理裝置。

點燈(2019台灣燈會在屏東)

有別於摸著光球的啟燈模式,我們設計將貼有RFID卡的鑰匙,插入凹槽的新啟燈模式。還設計了辨識系統,插上不對的RFID卡會顯示出錯誤訊息。當卡片不慎遺失時,我們設計的清除鍵可以清除儲存在系統內的卡片ID資料,再利用加卡鍵將新的卡片ID存入系統內。我們設計了LED看板、深井燈,讓舞台更炫麗。傳統的摸光球啟燈模式,我們也加以改良,加入了觸控燈球,可因應來賓人數,設計出需要所有來賓都有碰觸到燈球,主燈才能點亮。為了讓參觀燈會的民眾,也能體驗與來賓一起點燈的樂趣,我們設計了「誰來點燈」舞台,利用AR技術,讓遊客也能拍到與來賓一起點燈的照片。希望我們這次的科展,能讓享譽國際的台灣燈會以後有新的啟燈創意。

變形金「筆」~粉筆變身為環保電鍍裝置

學校製造的粉筆垃圾,工業、實驗室產生的硫酸銅(含銅)廢液,我們利用兩者執行教科書的電鍍實驗,並回收到純銅(紅銅)。 前半部的理論研究,我們製作出類似教科書電鍍裝置的「粉筆電鍍裝置」後,逐項討論可能影響其工作效率的九項變因(通電時間、通電電壓、硫酸銅濃度、粉筆長度、粉筆直徑、電極種類、電極埋角、電極深度、電極距離),並求得最佳數值。 後半部的應用研究,我們參考工業的電鍍作法,利用添加物使標準電鍍液(硫酸銅)改良為佳化電鍍液(硫酸銅+硫酸)。然後考慮粉筆垃圾的實際情況,製作出「實用型粉筆電鍍裝置」,並分別求出其使用標準、佳化電鍍液時,最大紅銅質量、最大通電時間、最大平均電流的數值與發生條件。

台中地區噪音現況的調查及其防治之道

坐在屋內讀書,對面鐵工廠不斷傳來敲鐵的聲音及機器轉動的聲音,有時吵得使人無法念書。難道沒有辦法能使它們小聲些嗎?難道我們不能隔絕這些噪音嗎?基於這方面的刺激下,又配合政府72年 5月公佈的噪音管制法及 71 年12月公佈的嗓音管制施行細則,我們決心向噪音宣戰,探討噪音的現況及其對應之道。

“互換黑白棋”的平面化

我們有機會欣賞建國高中學長發表的科展作品「走走跳跳」( 1995 年國際科展國內初選加拿大正選),與屏東高中學長發表的科展作品「乾坤大挪移」( 1999 年全國科展),兩校學長在一直線上處理黑白棋子的互換,獲得了很好的研究成果,但是都沒有涉及到如何在平面上文換棋子。因此我們興起了在平面上試走的念頭。就自行設計了下面的題目: 如圖 l ,由 2個 m×n 的矩形重疊一格所形成的棋盤上,每個矩形分別擺上 mn- l 個黑棋與白棋,只留下中央的重疊格不放置棋子,每個棋子可藉由移動一格或跳過相鄰一個棋子而前進,是否可以將黑白棋全部互換?

擺的共振與能的轉移

物理第三冊;波動單元,我們用音叉作"拍"的實驗。拍是同一方向進行的兩波,其頻率相差不多時由於干涉作用,聲響而增強,時而減弱,彼此互有規律的變化。但課本未提起,兩音叉振動頻率相同而引起的共嗚(共振)問題。頻率相同的兩音叉,若鼓動一音叉,其振動能夠傳播另一音叉引起振動而嗚響。由物體若無受外力作用,靜止的是永久靜止的「慣性定律」可知另一音叉必受外力作用,其外力如何傳播而來呢?我們利用擺的共振,探討其過程。