全國中小學科展

國中組

「糞」力而為-開發生物活體系統分解豬糞可行性之研究

本研究以豬糞、蠅蛆為對象,以自行培養之蒼蠅及蠅蛆,在高床式豬舍養殖環境,將蠅蛆置入豬糞中,以蠅蛆分解豬糞進行實驗。 研究結果顯示: 1. 觀察以蠅蛆作用活體系統用於豬糞處理之研究,確實可行。 2. 檢驗豬糞中之VOCs含量,推算豬糞腐熟及肥料腐熟的程度,證明其有效快速腐熟。 3. 分析蠅蛆分解豬糞後肥料成分,經過種植鮮花及蔬菜之差異,證明確實有經濟效益。 4. 由文獻探討蠅蛆之成分,經過蠅蛆飼養餵食雞隻之差異,證明確實有其經濟效益。 此一方法既省水不沖洗豬舍,又可解決動物糞便之主要環保問題,避免二次污染,且可將豬糞利用轉換得到良好之肥料及飼料,再次回饋農、畜牧業,有利於推廣,真是一舉數得。

亂中有序,始終如一~正六邊形光線循環反射規律研究

本研究主要探討光線由正六邊形一邊中點出發,經反射回到出發點形成循環反射的規律。其中發展了展開圖,藉由圖形不斷向外翻轉鏡射,以光射線出發後打到的邊為對稱軸,將多邊形及反射線段作線對稱操作,使入射路徑和反射路徑成一直線,所有線對稱後所得之多邊形會接續著將此一直線路徑覆蓋。運用標定座標的方式以記錄展開圖中光線射向,並探索展開圖中完成循環反射時的終點座標。運用將反射邊依序編號,方便記錄並計算反射的規律,以首段末位邊編號及累進段數的推算出完成循環反射所需的分段反射次數之通式,並藉以研究分段跨邊數、總反射次數及總跨邊數。並紀錄分段跨距串列,跨距規律及了解完成循環反射的通過點座標之規律。

「粉」可怕

粉塵爆炸(英語:Dust explosion),是指粉塵在一定的密度內同時瞬間燃燒的狀態。八仙樂園的那場意外造成了許多傷亡,經專家分析後,確定是因為濃度極高的玉米粉引發了粉塵爆炸。此次研究想探討出何種條件下,最容易引起粉塵爆炸。 當桶內粉末濃度達到一定的質量時,就容易引起粉末的瞬間燃燒,造成氣體急速的膨脹。但我們在過程中,燃燒中的甲醇在桶子內部溢出,導致桶子變形,於是我們在桶子內部貼上鋁箔紙; 粉末噴出後無法點燃,所以我們在桶子內裝甲醇的蒸發皿加裝三角架固定並加高。 實驗後,我們觀察到以下結果:我們發現粉塵濃度越大,爆炸威力越強;烘烤時間越久(越乾燥),爆炸威力越強;在相同條件下塵爆威力,玉米粉>太白粉>低筋麵粉。

利用光合作用原理打造世界第一台室內二氧化碳清淨機

藻類,一群會行光合作用的生物,種類與數量龐雜而多元,與陸地上雨林一樣,堪稱為地球水域的肺。本研究的紀錄,藻類的複雜度及數量多寡,與人口密集呈正相關。光照時進行光合作用,的確會消耗二氧化碳;如同其他生物一樣會進行呼吸作用,所以於黑暗處理時,也證實排出二氧化碳。實驗中藻類對於藍光的喜好度優於紅光,但仍不能忽略紅光對藻類生長的必要。CP system運作下,於第6-10天的消除二氧化碳速率達到最高,一直穩定到19天,並於第20天出現疲態。呼吸作用所產生的二氧化碳速率20天內的差異並不明顯。經動物實驗證實,系統確實擁有強大消除二氧化碳與減緩氧氣消耗的能力。實驗後的藻類也可製成對人類與環境有利的健康油品、生質柴油等。

不同建築配置在土壤液化狀況下受震反應之差異比較

沿海地區地質受震後易產生土壤液化,影響建物安全性。本研究以相同土質,模擬土壤液化後並進行震動實驗,期能比較出不同建物配置和基地沉陷量的相關性。 研究結果顯示,未過篩土質因顆粒大小差異,易在震動後造成土壤液化;當建物過重易造成較嚴重沉陷;偏心建築配置,受震後易造成基地不均勻沉陷,且在餘震後易造成更大災害,使建物倒塌;基地面積越大,土壤液化後沉陷會比面積小的輕微,傾斜程度也較小。在相同基地面積下,當地震波方向與基地長邊同向時,較不易沉陷;建物重心過高,地震後易承受較大旋轉力矩而倒塌。 研究結果建議開發基地時應選擇非沿海地區或進行地盤改造,面積大且接近方形基地上配置輕量且重心較低建物。

底泥出清-阿基米德螺旋汲水器在水庫清淤上的運用

為探討阿基米德螺旋汲水器汲取淤泥的效果,我們設計出四組長為50 公分的螺旋,分別以螺旋內外半徑比、葉片數、裝置傾角、泥水比例和轉速為操縱變因,進行實驗。 實驗結果顯示,螺旋內外半徑比以 1/2 的汲泥效果最佳;葉片數以三葉片螺旋的效能較高;汲水裝置傾角則是傾角愈大汲取量愈少;泥水比例以泥水比為 2:1 的汲取量高於泥水比 1:1 的;轉速以120 rpm的汲取量優於60 rpm,且能突破傾角 40° 無法汲起淤泥的限制。 實驗中亦發現,只要水位高過螺旋前端的第一個腔室,即可順利汲取泥水;以汲泥效果最佳的數據估算,每24小時可汲起8公噸左右的淤泥。若利用本實驗成果進一步研發,有望成為在水庫積淤區域進行抽淤的利器。

給陀螺一點點的改變, 把那旋轉變成永遠

架設陀螺發射裝置,發現陀螺的轉動時間可能受到陀螺重量、陀螺軸高、陀螺盤面大小等因素影響,因此分別以上述三個因素為操縱變因製作不同的陀螺來探討陀螺的最佳設計方式。

呼吸模型最佳化

生物課時在呼吸運動教學上,老師使用的教學模型只簡略顯示出肺部與橫膈象徵式的運作模式,此方式並未把真正的呼吸運動顯現出來,呼吸運動並非只有在肺部以及橫隔兩個部分,其中也包括了肋骨、肌肉群與相關器官的連結;一般教學上的實驗模型在製作與經費的考量上,通常只呈現肺部以及橫隔兩個部分的運作,而市售的呼吸模型雖然較精緻,但大都屬於靜態無法運作的形式,可進行呼吸運動的動態模型在價格上,往往是一至三萬元左右不夠實惠。基於上述原因本研究製作出一個價格1211元且部位顯示分明的呼吸模型,可供學校呼吸運動教學的觀察使用。呼吸模型共研發了三代,尤其是第三代呼吸模型,達到了美觀實惠、取材方便、便於觀察、操作省力四項。

愛不釋偶-蝴蝶雙飛的避敵行為

本研究利用模型與風洞方式,比較蝴蝶雙飛時與單飛時,所受到的升力與阻力。觀察蝴蝶飛行路線,並計算蝴蝶飛行時間與姿勢,瞭解蝴蝶如何適應環境的改變。 觀察蝴蝶的滑翔運動中,發現高展弦比,阻力小,滯空時間長。調整模型的攻角及兩翼夾角,發現大型蝴蝶,當攻角大時,升力大。實際觀察發現,蝴蝶多以此角度起飛。若蝴蝶雙飛時,下方蝴蝶緊閉翅膀,確實升力較大。 當蝴蝶交尾時,受到干擾,會垂直飛離,下方蝴蝶則六足縮起,翅膀緊閉,垂於正下方,降低阻力,可迅速躲避天敵。我們認為這種姿勢,使重心位置不偏移。選擇垂直飛行,呈一直線,避免下方蝴蝶的重量產生力矩影響飛行,是非常聰明的做法。希望我們的研究,對未來的飛行器能有所貢獻。

差中存異-最長非等差數列

研究目的有四:(一)連續正整數列中,求出最長非等差數列解題策略及一般項公式(二)公差d之等差數列中,最長非等差數列一般項公式(三)從一組等差數列中,求出最長非等差數列總項數(四)求出等差數列中,任意項ai之三等分位置表記法。結果如下: (一)定義非等差數列第k項與原正整數列第k項間的差距為「異」並令為Tk-1=Σ[(k-1)/2i]ŸŸŸ·3i-1, (二)定義非等差數列第k項與原數列第k項間的差距為「異」並令為Tk-1=Σd·[(k-1)/2i]·3i-1, 三)從m項等差數列中找出最長非等差數列: 1. 若m=2·3n+R1,0≦R1>3n,項數2n+1, 2. 若m=Σ3n+2·3n+Rt,其中n1>n2>…>nt,0≦Rt>3n,項數Σ2n+2n+1, 3. 若m=Σ3n+Rs,其中n1>n2>…>ns,Rsϵ{0,1,2},項數Σ2n+Rs, (四)求等差數列中ak位置,取3n≦k>3n+1,nϵℕ,如下: 1. k不為3的倍數,則ak表示為(z1+1)-(z2+1)-(z3+1)-…-(zn+1)-Cn , 2. k為3的倍數,則ak表示為(z1+1)-(z2+1)-(z3+1)-…-zi+1-(3-3-3-…-3){n-1個}。 以此證明最長非等差數列。