全國中小學科展

國中組

利用雙雷射精密測定準靜物的極微小變位

準靜物如橋樑、火山,由於平常不輕易移動,只有在特殊情況下(如洪水、地震)時,才會發生位移的現象。因此,其微小變位如何測量,一向是科學界較少探討的題目。於是,先由光學槓桿原理著手,經過一番思考、探討,決定採用雷射光作為光源,並作了第一個實驗--找生活中具極微小變位的東西,如轉動中的電扇、引擎發動的摩托車、被搖動的樹木等,先測試其放大效果。接著就試圖用控制變因的方法,找出平面鏡旋轉角度和光點平移量的放大關係和公式。至於物體微小的平移量之測量,則是利用柱面鏡作為反射,來探討反射點的位移與本來的平移量之放大關係。然而,柱面鏡的反射光點成像並不理想,於是用一種特製的塑膠集光鏡,又稱Fresnel Lens,將光點集中以利觀測,並且找出準靜物之微小平移量及反射光點的位移量的函數圖形。最後,嘗試建立一套光學槓桿式的「橋梁預警系統」。

液鏡-利用液體旋轉製作可變焦透鏡

我們藉由液體在旋轉的透明載具內會產生一中心向下凹陷的形狀,去製作一可變透鏡效果。完成後開始量測角速率,探討在旋轉時曲面曲率半徑;接著改變轉速時,角速率的不同,使的漩渦弧度也因轉速增加跟著變大,並算出轉速與弧度的對應關係。 為了要了解旋轉透鏡效益為何,我們利用物理課本中所學幾何光學,將已知條件代入,並利用電腦分析曲率半徑,得到透鏡與放大倍率的對應關係。 最後發現且隨著角速率越大,燒杯內液體面中心凹陷處曲率半徑會越來越小;且當轉速越快時,利用高斯成像公式所計算得到的結果與真實量測得到的結果較為接近,其液體形狀也應較接近一般透鏡形狀。

校園榕葉捲葉內的秘辛~榕管薊馬族群與共棲生物研究

為了瞭解榕管薊馬使榕葉捲曲的機制,在夏、冬季採集造癭葉進行捲葉分析與觀察,也針對榕管薊馬的棲息偏好、共棲物種與捕食性天敵進行調查,結果發現榕管薊馬選擇向光面的前段枝葉吸食與造瘿,造癭初期薊馬只會駐足和吸食,中期則交配產卵,後期孵化的幼蟲會在葉片內成長、蛻化成成蟲,此時,葉片出現紅斑(正榕)或黃斑(垂榕);3~5cm大小葉片具有最大負荷量。根據調查與顯微觀察發現垂榕最適合榕管薊馬造癭,夏季與冬季的族群組成有差異。當榕管薊馬繁殖時除了吸引異性,也引來三叉小黑花椿象入侵,校園調查發現三叉小黑花椿象成蟲具有韋斯曼氏擬態,外型與榕管薊馬極為相似,當共棲率超過10%時,可大幅降低榕管薊馬的存活率,達到生物防治的效果。

翩翩起舞—旋翼球體在流體中旋轉、浮升、擺盪的現象研究

本研究利用加裝塑膠翼片的保麗龍球,觀察球體在水中浮升的軌跡、升速和轉速,並比較相同球體在風洞中的表現異同。 在水中只要二翼球體升速和轉速比值(升轉比)≦6.8,六翼球體≦8.04,便能垂直穩定浮升,以角動量穩定球體尾流產生的振動。翼玄和翼展愈大,攻角愈小,都能有效降低升轉比。我們再複合水平旋翼和側翼,以側翼破壞維持穩定的角動量,使球體以螺旋軌跡浮升,增加上升時間、改變橫移幅度和轉速,並推導出柱狀螺旋方程式。 在風洞中,展玄增加及攻角減少,也同樣可以提高轉速維持穩定性。根據前述研究結果,我們設計(1)氣體流速計:可根據振幅,量測1.5m/s到4.0m/s的風力變化。(2)潛水員定速浮升器:調整旋翼攻角、展玄尺寸和浮球大小來控制升速。

「烯」手「銅」心-自製儀器偵測氧化石墨烯複合物對銅離子的吸附探討

本實驗首先探討製備氧化石墨烯的最佳條件,及其氧化後的表面官能基的含量及特徵。為了有效增加水中銅離子的吸附效果,我們利用幾丁聚醣進行複合並製成試劑,經實驗得知本試劑其最佳複合比例,氧化石墨烯與幾丁聚醣的含量比為3:2,複合後吸附銅離子效能為同質量活性碳的8-9倍。本試劑在重覆測試10次反應後,其吸脫附後的再生率為78.1%,表示本試劑有良好回收再利用效果。最後我們利用自製儀器有效即時偵測銅離子的吸附情形,其吸附率可達93.8%。

隱形殺手—埋伏在空氣中的有毒微粒

空氣中的污染物是由煙塵、二氧化硫、碳氧化物、氮氧化物、碳氫化合物等所組成,藉著大氣圈、水圈、岩石圈、生物圈的交互作用,循環移動,還會隨著空氣熱對流產生上升、下沉及移動的狀況。 雨季時,空氣污染物會隨著雨水沉降至地面,導致空氣品質良好;乾季時,降雨量少,污染物不易沉降,則空氣品質差。白天溫度高、熱對流旺盛,空氣污染物易上升,地表污染物少,晚上,氣溫降低,冷空氣下降,有害物質也跟著下沉,則空氣品質差。 近年埔里因降雨量少,懸浮微粒不易沉降至地面,再加上盆地地形,污染物不易逸散,導致空氣品質越來越糟。所以,在現今空氣污染嚴重的時代,外出的最佳時機,就是在下雨後或是下午2點到4點間。

”啡””寧”不可!---咖啡產地、烘焙與沖泡的手法對咖啡因與單寧酸的影響

泡咖啡是一個值得深入研究且很難找得到正確答案的,想要了解咖啡,就要從咖啡的產地,甚至自己烘焙咖啡著手。 產地環境判斷: 1、六種咖啡豆產地中,降雨量高、溫度低、日夜溫差大,所產生的咖啡因越多,觀察與咖啡豆成熟度有關。 2、非火山土壤的咖啡因與單寧酸都較少,推測與土壤中礦物質多寡有關。 3、咖啡豆水洗比日曬的咖啡因較多,推測與高溫曝曬有關。 成分物性與化性判斷 : 1、烘焙程度越深,咖啡因含量越高,但烘焙溫度超過240℃時,其咖啡因卻下降。單寧酸大部分在一爆結束後烘焙越深越少,衣索匹亞則在一到二爆間才開始下降。 2、沖泡溫度越高,所產生的咖啡因與單寧酸也越高。 3、研磨越細,咖啡因與單寧酸也會越高。

樂活綠能避震器--威爾斯渦輪在液壓避震效能的探討與應用

在為單車找尋環保能源,我們從事回收避震動能的研究:利用簡易材料設計組裝,將避震作用時液壓往復流動所產生的動能,推動威爾斯渦輪發電,便成為複筒式液壓避震發電器。 1.控制適宜的扇葉盤外徑、葉片數量、翼面阻推點、葉片厚度、通氣比等,可以有效提高渦輪運轉效率 2. 調整發電負載所產生的阻尼強度,可提供不同程度避震強度的需求 3. 複筒式的雙向水流,可有效提高轉動的連續性 實測發現:發電負載與避震強度的相互作用,可將避震時消耗掉的動能轉化為有用的電能儲存,過程中還能達到舒適騎乘與環保無碳的目標。小兵立大功,解決能源問題,更帶來舒適與安全!

往事重「堤」看頭城—突堤效應

突堤效應是指人工建構物突出於海岸,延伸而出,阻擋原先海流和海岸積沙的路徑,造成沙子在上游堆積,而下游原先有沙岸的地區則因為沙子量逐漸減少,侵蝕大於堆積,逐漸出現海岸遭受破壞。突堤效應會造成壩前堆積、壩後侵蝕的情況。因為突堤效應造成的結果,頭城海濱森林公園(原頭城海水浴場),在這十多年中,原本的沙灘現在已完全被海水覆蓋。 本校位於頭城海濱森林公園附近,看到頭城海濱森林公園的海沙在烏石港建後己經流失不見,希望藉由實驗瞭解突堤效應,並希望在實驗後對頭城海濱森林公園的突堤效應提出建議。

「泉」變了!? - 礁溪溫泉泉溫的時空變化初探

我們想要透過查閱、分析礁溪溫泉區監測井資料,探討礁溪溫泉泉溫在時間、空間上的變化。從監測井資料分析的結果,我們發現:淺部溫泉隨著深度增加,溫度也跟著升高,以停車場監測井溫度變化最大,高達8.5度;而大忠路的溫度變化則最小,僅有3.08度。而深部溫泉的溫度,則幾乎保持不變。在本研究分析的六口監測井中,最高溫出現在位於溫泉核心區的香檳井,最低溫則是位於溫泉區邊緣的大忠路井。從幾次點井開發後,六個溫泉井的水位均明顯下降,同時也造成四個溫泉井淺部的水溫下降。最後,我們也發現,奇立丹、溫泉公園的泉溫出現長期下降的趨勢。