全國中小學科展

國中組

土壤液化發生的地層共振條件相關研究

地震可能造成土壤液化,本實驗是利用自製的震動台來模擬地震,壓克力盒內裝彈珠,BB彈和沙來模擬地層,試著改變其震動頻率,來找出最容易發生土壤液化的共振頻率條件。 我們分別做了S波和P波的震動台,震盪模擬地層及地下水層的實驗盒,並建立研究模型利用水沙比(Rws)、液化時間(TL)定義出土壤液化潛勢指數IL,作為土壤液化的指標並用來說明土壤液化與地震頻率的關係,我們發現震動頻率的確跟土壤液化有很大的關聯,當頻率在某個頻寬時很容易液化,過後即變不容易液化,而S波對土壤液化的發生影響明顯的比P波還來的大,最後我們藉由在地層中埋入隔板試圖改變地層的共振條件並獲得良好的成果,以期未來在土壤液化防治上有更進一步的成果。

層層相映

本文主要分為兩個部分:第一部分專注在一維直線上及二維平面上的各系統運算存活的最大層數公式探討,其中最有趣的是臨界值的角色,讓玩家能預判該遊戲的層數壽命。第二部分專注在應用上,分為幾何鏡射作圖印證,及三維空間上的四面體系統延伸,成果奧妙精彩。

掀開『奧托馬蒂克‧賽芬裘』的神秘面紗-虹吸球排水因素之研究

以往魚缸換水都是將長長的水管裝滿水後,再將雙邊管口塞住後,一端放入抽水魚缸,另一端放入空的盛水槽中。通常這樣子要拿著長且重的管子換水,同時要將水管先完全裝滿水很不方便。本研究依據俄國物理學家Platonov所發明的『自動虹吸球Automatic Siphon Ball』,進行變因的探討研究,製作出一個簡單且排水高度、排水效果較佳的自動虹吸球。研究發現:管長越長、管口徑越小、球直徑越大、管內小孔位置越高、小孔越小、球下孔越小、水溫越高、球體深入越深的水面下,會有很好的汲水效果。如此只要將虹吸球綁上重物丟入水中,自動下沉後便會進行虹吸現象,將魚缸水抽完,十分方便。

粉色珍珠‒探討福壽螺卵中蝦紅素的抗氧化、抗紫外線及殺菌的能力

本研究主要是利用水萃取福壽螺卵中的蝦紅素,並利用硫酸亞鐵及碘滴定法,以維生素C做為比對標準,來判斷蝦紅素抗氧化能力之強弱,接著再利用大腸桿菌及葡萄球菌來檢測其抗UV和抑菌的能力,實驗結果顯示不管以硫酸亞鐵或者以碘液滴定法,都可以證實蝦紅素具有抗氧化的能力,但是維生素C的抗氧化能力比水萃取的蝦紅素好。也證實原液蝦紅素具有抗UV的能力,但抑菌能力要進一步確定。

發現三角形「比例點」─歐拉線上又一點

本研究探討三角形的「比例點」。已知∆ABC,定義「比例點」是滿足比例式PA:PB:PC =BC:AC:AB的P點。研究過程得到作出比例點的方法,並討論三角形的比例點個數、位置及其性質,最後發現三角形的比例點會在歐拉線上,並與三角形的垂心、重心、外心之間存在特定關係。

一棍定江山?

國中三年級的習作題中,有一個題目是說在固定一個條件之下,兩個無限縮放的同心圓面積差居然會成定值。因此我們探討在同樣的條件之下三角形是否也存在一個作圖方式使得多邊形也能有此性質。所以我們使用GGB來繪製相關圖形,經由在GGB中圖形的可變動性與可被計算性來驗證面積差,並給予每個可變動圖形的面積差證明來說明不成定值的原因。 接著因為三角形無此性質,所以我們轉往探討橢圓是否也有此性質。最後做個統整性的討論與說明。

深深地被調理棒所吸引

無意間發現調理棒可以吸起整個水杯的奇妙現象,便開始改裝調理棒進行實驗,將底部支架改變成各種不同的型式進行研究探討,此外,我們利用連通管原理和波以耳定律自製的一個流體壓力觀測器,來觀測水轉動時,水杯內不同位置的壓力變化情形。結果發現,調理棒可以吸住整個水杯的原理,是因為底部支架像是一個動態式的吸盤,當馬達葉片高速轉動時,會使得底部支架裡的壓力變得小於一大氣壓,而使得底部支架和杯底相互緊抵著。當手拿起調理棒時,整個水杯也同時被吸住而被拉起來。這個研究有兩個重要的應用:一是可以用來設計成水中的起重機,二是利用自製流體壓力觀測器來測量不同流速流體的壓力,可作為發展白努利原理定量化的教材。

花開花飛花滿天-以手機應用軟體色差計探討植物色素對酸鹼與重金屬之色差值可行性

本實驗首創以手機應用軟體:”色差計”與ColorMath 測Lab值,並計算色差值。在自紫甘藍菜、菠菜及甜菜萃取的花青素、葉綠素和甜菜色素液中加入不同pH值酸鹼液及各種不同濃度重金屬水溶液後,將色素放入自製標準光源觀察箱中,使用手機應用軟體測量Lab值,並分析其色差值,發現高、低濃度色素液對酸鹼水溶液及不同濃度之各重金屬液皆有變化,且濃度可偵測準確至1/50ppm。此證明了:使用植物色素檢驗重金屬和溶液酸鹼度為可行之方式。本實驗植物三種色素皆可自生活中之蔬果萃取而得,提供大眾簡便環保又低成本的檢驗方式。

沙拉油與介面活性劑之混合液於水面上產生震盪行為之物理機制

偶而發現待洗碗盤上的油漬,在遇到洗衣粉之後,外形產生縮小擴大不間斷的震盪現象,猶如心臟般的跳動忽大忽小。我們配置沙拉油與洗衣粉的混和液來進行濃度控制,結果發現,濃度在5%及混和液滴在較高溫的水面上時,產生凸起、破裂及縮小擴大不間斷的震盪現象最為激烈,進一步探討混和液滴大小的變化頻率,發現並沒有一定的規律。我們設計一個密閉-開放可交替的實驗方法,發現一開始先處在開放環境時,震盪現象明顯而激烈,但改為密閉環境,則震盪現象消失,緊接再變為開放環境,則混和液的震盪現象變回明顯而激烈。我們因此推論,水蒸氣是造成油滴混和液產生凸起、破裂及縮小擴大不間斷的震盪現象的主要原因。

「視」時不惑--以IoT顛覆視檢之探討

目前3C產品普及導致國人視力不良,近視比例已是全球排列前茅國家,防範學齡者用眼過度繼續惡化,學校每學期初實施視力檢查以追蹤狀況,受檢過程都採用人工出題與檢核結果,全校學生檢測往往相當費力。本研究撰寫APP檢核程式安裝教室聯網電視做為出題顯示幕,並製作無線手持遮眼面具取代傳統遮眼棒,受檢結果運用物聯網技術傳送Google試算表,取代傳統紙本記錄方式並自動標註視力不良者,在研究過程針對作品檢測準確性,以整班學生進行受測比對,對於APP檢核程式有不恰當之處給予修正改良,找尋最佳解決傳統視力檢查方式。