全國中小學科展

國中組

雷神索爾之電光一閃-探討材質、合金功函數對電弧、光譜的影響與農藥簡易檢測應用

本實驗先針對材質功函數與電弧狀態的關係進行研究,進而研究合金比例與功函數的關係,最後進行電解質、水果、豬肉以及農藥辨識分析,結果如下: 一、材質功函數與粗細: 1、功函數與電弧最大距離有負相關,但金屬的表面氧化會讓功函數變小。 2、合金比例所乘出的功函數對應的電弧最大距離與實際值接近。 3、直徑8~12mm的避雷針效果最差。 二、應用 1、 發現電解質濃度越大電弧中紫色光點越多。 2、 水果電弧偏紫紅,其中柑橘類與香蕉的顏色偏淡,可能是香蕉與柑橘類含的鈉離子較高。也發現果皮灰度值≧果肉的水果及灰度值大於豬肉的豬皮電弧顏色會偏紫紅。 3、農藥與非農藥可由波峰在波長500~520nm與偏藍光光譜來分辨。

「增」光「擠」熱拚綠能——探討太陽能板發電效能提升及應用

為提高太陽能板使用效能,本研究探討溫度、灰塵、仰角對太陽能板發電效能的影響,並比較不同散熱方式的差異。利用空氣冷卻方式,在不同數量的散熱片及導熱膏下,得知散熱面積對發電效能影響最大;有灰塵或仰角變化時,太陽能板的輸出功率仍然隨溫度升高而降低;自製簡易水冷裝置,以改善太陽能板因溫升而效能降低的問題,研究顯示正面水冷方式兼具清洗灰塵及散熱功效,背面水冷方式有效提升太陽能板發電效能及回收熱水,戶外日照實驗,太陽能板輸出功率增加約12%,回收熱水效率約32.2%。薄型大面積的水冷板,搭配溫控型的間歇性強制水冷及軌道式清潔系統,會是較佳設計組合,應用在屋頂太陽能板,可達到提升發電量、回收熱水及屋頂隔熱的功效。

兩弦的變動

選修數學第五冊曾討論到相交兩點的兩圓,如圖(1),證得兩弦 AC、 BD互相平行,於是,我們試著改變兩圓上的點 A、B 或 C、D 的位置,觀察改變後的圖形,並一一推證 BD//AC是否仍然成立。進一步移動兩圓的位置(外切、外離、內切),當 AB、CD 通過外切、內切時的兩圓切點或外離時兩條內(外)公切線的交點時,經觀察後,我們將逐一證得 BD//AC 以及 BD:AC 等於兩圓的半徑比。反過來求證逆命題:當兩圓外切、外離或內切時,兩圓上的兩弦 AC、BD若互相平行且兩弦的比恰等於兩圓的半徑比,則AB、CD 必將通過外切、內切時兩圓的切點或外離時兩條內(外)公切線的交點。最後,將以上結果繼續推廣:當兩圓外切或內切時,兩圓上的兩弦 AC、BD若互相平行但兩弦的比不等於兩圓的半徑比時,則AB、CD 的交點會是另作兩個外接圓的切點,且AC比BD會等於此兩外接圓的半徑比。

煙“盡”其用--油煙淨化裝置的設計與檢測

市售抽油煙機多以過濾集油的方式處理,我們嘗試將皂化反應引入油煙處理過程,使油煙轉成肥皂,避免後續汙油處理及空氣汙染。裝置設計著重在集中油煙,加速皂化,組裝偵測儀器。第一代裝置,以寶特瓶為淨化桶,再以抽氣降低桶內壓力,使油煙流入氫氧化鈉溶液),偵測透光度改變,證明概念可行。改良裝置,以全罩油煙管、漸縮管、強化風扇組合,使油煙有效流入淨化桶;在淨化溶液中加入界面活性劑,放置靜電板吸附油煙,再加裝電子攪拌器及二次淨化桶,提高反應淨化效率。為解決風扇馬達過熱,以虹吸原理加裝冷卻水管。第四代裝置為例,依光度分析及煙霧微粒檢測,得知二次淨化處理後,可達百分之九十以上淨化率,接近空氣背景值。

砧材實料

比較了市售不同材質的砧板耐用程度,發現木材砧板會因為較易吸水而比其它材質的砧板更易發霉、變形、膨脹斷裂,為了改善這些問題,我們進行了木材改質的實驗,化學改質方面使用聚乙二醇(PEG)來填充細胞腔,降低細胞腔內可容納水分子的空間,進而減少因含水率高引起木材變形、發霉、劈裂等劣化情形;物理改質則利用熱壓縮的方式,提高木材的密度,增強表面的密緻度且減少細胞的空洞,亦有減少含水率的效果。希望藉由使用安全、安心、無毒的方法將木材效能提高,讓改良後的木材在使用上更加便利與耐用,也不需擔心像塑膠有毒性和環保的問題,成為製作木食器用品的最佳首選,亦可提高台灣中小徑木製材使用率的提升與國產材的應用拓展。

2048遊戲與人工智慧的分析

在2048人工智慧遊戲中,平滑度與單調性的權重為主要影響電腦判斷的變數,因此本研究主要針對這兩個變數的權重進行實驗並探討。並且在遊戲中步數愈多,愈容易達到更高的數字,在研究當中我們用遊戲移動步數的多寡來判斷當局的好壞。 在深度1的情況下「改進程式碼」,在研究結果中發現主要變數比值為1的同比例放大縮小效果都不錯,在90組數據中有 1/3 有到達1024,甚至可以到達2048;從步數來看,原程式平均步數為332.8步,而修改後的權重平均步數高達561.8步。 最後,我們利用相同的權重,並且將深度改回原設定。比較後發現,經過我們修改後的權重,達到2048與4096的獲勝率皆比原程式高。

植物血紅素與一氧化碳結合之探討

甜菜根具有植物性血紅素,並且其植物性血紅素與人體血紅素竟有60%的相似度,因此,如果能夠提供甜菜的血紅素做為緊急的備品,或甚至用來吸收密閉空間中的一氧化碳,將會為人類帶來許多益處與拯救許多生命。本實驗探討甜菜根的相關性質以及與一氧化碳、二氧化碳、氧氣的結合,發現甜菜根血紅素最容易吸收CO,此與人體內血紅素對一氧化碳的親和力比氧氣的親和力高約 250 倍,有正相關性,故以甜菜根汁吸收空氣中的一氧化碳濃度應是可行。而甜菜紅素遇到pH>9的溶液會變為甜菜黃素,而使外觀轉為黃色;而當pH<9得溶液會使之變紅色,可作為檢測空氣中一氧化碳含量的簡易工具。

「色」以類聚

在一次展覽中,擁有了台灣菸酒公賣局所贈送的【彩虹六角拼圖】,引發我們對色卡的濃厚興趣,於是我們開始了一連串的研究。我們從三色卡開始著手,因為排三色卡很簡單,很快就完成了,接著我們就展開四色卡的研究。我們先定義了 A、B、C、D、E、F 六種樣式,A 和 F,B 和 D,C 和 E 互為三組搭檔。取 8 張相同的樣式加上另 1 其他的樣式,我們發現只有四個角落有解,這四個角落跟往後的研究有很大的關係。剛開始我們都很快地找出了規則;不過,取 4 張相同加上另 5 張其他樣式的情況裡,情況太多了,因此我們另尋思路。我們將九宮格看成四個田字型,中間的位置要正放,定義出右上、右下、左上、左下四個田字型,我們找出了田字無解的規則。雖未能找出有解的規則,但是我們利用整理出來的田字表格去分析,任給九張牌是否有解?最後我們發現了一個類似拉丁方陣的表格,分析出共有 47808 種不同的解答。

高潮線上過生活—北台灣沙岸生態系能量流動的解析

課本上學到生態系的內容時 ,都是標準的擁有生產者的生態系,但對於沙岸生態系的潮汐變動與缺乏生產者下生態系統如何建立則罕見有人探討。本研究挑選北台灣海岸兩處地型,進行高潮線上有機碎屑的調查,並利用目視採集法、空拍攝影法、掉落式陷阱法及錄影記事法來解析沙岸生態系的生態關係,且用辛普森生物多樣性指數計算沙岸生態系的生物多樣性。研究結果顯示,沙岸生態系的能量來源多來自海浪沖上岸的有機碎屑,而有機碎屑也多是來自陸域生態系,洋流則亦會影響有機碎屑的組成,且防風林以及河口左右岸都不會顯著影響沙岸生態系的生物多樣性。本研究初步建構沙岸生態系食物鏈和食物網的組成,並為生態學研究的缺口,盡一份拼貼大自然全貌的心意。

轉角「呼」見風—探討大樓樓型與風的關係

本實驗利用風扇與自製導口製作風洞機,模擬風經過各種不同樓型的風速變化與不同形狀的風廊所造成的風速變化。風洞機吹出的風會受到建築物的阻擋而向外擴散,且若建築物迎風面的形狀對稱,吹出來的風範圍也是對稱的。 在風無法完整包圍建築物時,改變不同的樓型與樓型距風洞機的距離,側面與正面的風速都比無建築物時來得小;縮小建築物後,風可以完整將建築物包圍,此時再改變不同的樓型與樓型距風洞機的距離時,皆有看到角隅強風的現象產生,與現實生活中測得結果相符。 利用不同樓型組合成風廊時,組合的情形不會影響風速變化的趨勢,但組合後開口角度越大的風廊,受到縮流效應的影響,使得測得風速越強。