全國中小學科展

國中組

「色不易控,控不易色」--蒙克懷特錯覺看透透

簡單的有色條紋或圓點分散覆蓋在物體表面,會讓人產生與物體原色不同的錯覺,即為蒙克懷特錯覺。本研究首先利用不同顏色的襯底、被觀察圓及覆蓋條紋組合成平面實體測試圖,改變其仰角、遠近探討被觀察圓錯覺色的差異。發現測試圖仰角愈小或愈遠時,錯覺色與原色的差異愈大。接著使用photo cap繪製各式測試圖,分別改變襯底、覆蓋條紋顏色、條紋間距,觀測被觀察圓錯覺色的變化。研究顯示被觀察圓錯覺色的RGB 值會介於原圓與覆蓋條紋之間;襯底與錯覺色明度呈反向關係;覆蓋條紋間距愈小,錯覺色與原圓RGB 值相差愈遠。最後,在透明裝有稀釋果菜汁的玻璃杯外表貼上有色條紋或圓點,成功地運用錯覺原理將稀釋果菜汁調回原汁顏色,並設計出錯覺色小燈具。

“光”鍵隔熱-揭開隔熱紙的神秘面紗

我們研究貼了不同隔熱紙的玻璃片放在玻璃箱上,觀察玻璃箱內溫度改變情形,並測量其穿透光譜,定量分析溫度變化與穿透光譜的關係。具有隔熱性能之隔熱紙能將紫外光與部分紅外光隔絕於車外(室外),並隔離部分可見光,有效降低熱能傳導至車內。由實驗結果可發現,較黑或較亮的隔熱紙,可見光的穿透率較低,而較透明的隔熱紙,可見光穿透率較高,另外,分析可知,玻璃箱內的溫度變化,主要是受到紅外光的穿透率影響,紅外光穿透率越高,其玻璃箱內溫度變化越大,且可見光穿透率亦會對箱內溫度有些許影響,但不如紅外光顯著;濕度的大小,亦會影響箱內溫度變化。因此,我們了解到,對於隔熱紙的挑選,最重要的是須確認此種隔熱紙對紅外光的隔絕阻效果。

「螺」中有因,「旋」中有序:探討洋紫荊果莢規律螺旋開裂之因

研究首度發現果莢兩種捲法,是因果皮的三種細胞薄壁細胞、厚壁細胞及纖維的排列及厚度不同導致,其中厚壁細胞收縮最大。成熟時 內果皮收縮較外果皮多, 常瞬間爆開,之後形成 內捲式 螺旋 測得種子最遠達 9 公尺,平均速度 6.5 m/s ,彈出力最大 0.55 N ;老化後,形成外翻型。 纖維斜向造成螺旋,越平行越規律 ,在螺旋中發現內捲外翻的單節螺旋長與纖維夾角和果莢旋轉圓周有不同 的數學 關係。果莢 傳導不佳,但可吸 放 水蒸氣及輻射熱,改變含水 量 ,促使 開裂 及捲度的改變。 分析 22 個果莢 的 型態,加上以高溫尼龍線材及 乳膠模擬 纖維與厚壁細胞,發現 果皮 收縮 程度 大 、 寬度越小及 纖維角度 越大會使捲度提升, 另分析五種果莢 也得證。各果莢已演化出特有開裂與捲曲幫助傳播。

磁旋追能

為了能夠有效利用到各角度的風,我們自製了一台直立反轉式磁浮風車,本研究一開始探討著葉片寬高比對轉速的影響,並進一步了解扇葉方向、受風面及彎曲程度對轉速造成的影響。另外,我們,改良風車扇葉重疊程度,製造不同的風罩形狀,改良在固定風力下的有效轉速。我們最後改變磁鐵磁力,並探討找出轉速最佳的風車並發電,觀察其磁通量的變化,並找出發電效率最佳的風車。

天然碳材之炭化及修飾-極簡勁爆空氣電池之研究

竹子是臺灣最寶貴的綠能資產,從竹子的光合作用、竹筍、竹器具到加工整型後的廢料可做紙漿造紙外,我們發現,採集三~四年生的桂竹,自然風乾再經初級乾餾收集竹醋液(達290~330℃時餾出物最多),初級乾餾後的竹材,還可進行二級乾餾(至800℃)或三級乾餾(至1200℃)後,變成附加價值相當高的透氣電極! 本研究不僅證實這項說明且首創開發設計出「臺灣桂竹炭化」之二級或三級乾餾裝置,最後並成功的製造出「不須修飾任何昂貴觸媒的低電阻中空桂竹炭化電極」。 研究後發現,桂竹雙階段的乾餾裝置設計效能可製出高透氣供氧表層及電阻值變小的新碳極製法,而我們第二代、第三代金屬-空氣電池的創新容器設計,可完全配合採集桂竹口徑大小而製備出各種尺寸的空氣電池。

電極染敏電池-利用金屬活性為電極的太陽能電池之研究

一般染敏電池的發電功率並不高,本研究結合不同活性金屬作為電極端,並且分解電池結構逐步探討可能提升發電功率的因素:正極端的組成、負極端的組成、電解液中的水濃度、組裝方式、外在環境的影響。研究結果顯示,以10*20mm大小、阻抗8Ω的FTO玻璃,結合鎂銅金屬為電極所製得的電極染敏電池,單一Cell所得最大電流為1965μA、電壓1776mV、電功率3489.172μW≒3.5mW。另外利用市售的抽油煙機鋁質濾網、石墨塗層、銅片可以簡易製得電極染敏電池,實驗所製的50×50mm的鋁銅電極染敏電池,擺放30天仍可產生電功率0.811mW,透過適當的封裝可以成為可撓式的太陽能電池。

本來無一物,何處惹塵埃?

經過廣泛的普查校園內外的植物,許多肉眼看似光滑的葉子,其實隱藏著許多毛和氣孔,而這些構造與植物的截塵量息息相關,以下便是本實驗的發現: 一、 竹柏、桂花、竹子、七里香、粗葉耳草和榕樹的截塵效能較高,這些都不是高大喬木,很適合在家裡種植截塵! 二、 鵝掌榕、春不老、福木、風鈴木、蒜香藤、九重葛,截塵量少,是行道樹或美化路邊不錯的選擇。 三、 每種植物截塵採取的策略不同,如竹柏、竹子、桂花以明顯的葉脈卡塵而粗葉耳草則以毛多、葉小、氣孔多來卡塵等。 四、 同種且同一地點的植物,如陰香,氣孔多的截塵量多。 五、 同一種植物在不同的地點,如風鈴木和榕樹校外截塵量比校內多16倍,金露花校外是校內的四倍,可見校外灰塵量比校內多。

就是那個光_自製光波捕蚊機

最近登革熱全台大流行。班上蚊子很多,同學帶光觸媒捕蚊燈來學校,效果很好,放置一晚上,就可以捕獲很多蚊子。於是各種捕蚊工具如雨後春筍般的崛起,其中光觸媒捕蚊燈是利用特殊波長的紫外光來吸引蚊子,當蚊子靠近時,就用風扇將蚊子吸入。經本組深入研究後,製作出成本低廉、捕蚊效果極佳的UV光捕蚊機。整組成本約100元,裝置設計簡易,可快速取出誘捕的蚊蟲,有利於後續相關研究的進行。 為提升捕蚊效果,特別針對不同色光波長、裝置外觀顏色、氣味、溫濕度等因素設計實驗進行探討。實驗結果顯示,蚊子喜歡波長375-380nm的UV光、黑暗、紅色可見光與黑色外觀的裝置。且本組自製的光波捕蚊裝置,能有效減少病媒蚊的數量,對於登革熱的防治有顯著的功效。

智慧晒衣架

本研究在探討現代忙碌的生活中,衣物的晒洗佔據家庭生活許多時間以及工作負擔,尤其是在春、夏季梅雨季節期間,衣服晒不乾真是一件折騰人的事。 透過文獻資料、網路的資料搜尋,了解晒衣架的種類,並設計問卷了解大眾的需求以及改善家裡常發生的晒衣困擾問題。 作品經多次改善,具備以下功能: 1. 具備自動升降,可依照使用者高度調整晒衣桿,解決家庭內傷第一名~晒衣服時要把手舉高酸痛的困擾。 2.可透過雨滴感應器,自動打開遮雨棚,防止衣服被雨水潑濕,解決天候不定的困擾。 3.可啟動殺菌與風扇,解決衣服晒不乾的困擾。 4.可啟動光感應元件及蜂鳴器,解決晾晒在戶外衣服被偷問題。 讓智慧晒衣架滿足全家人的需求,來營造家庭好關係,讓生活更Easy!

活化△的邊

本文用半圓弧來活化△的邊,讓使用者在圓弧上作切線畫出相似形,為方便計算並易於描述這個概念,文中採用國中常用的30°、45°、60°、90°來操作。首先將半圓弧及圓心角依逆時針置放,分別依不同的圓心角配合各整數倍或分數倍半圓直徑畫出切線相似△,並求得對應邊長比值,再將比值描圖,呈斜率為正的直線或折線狀,並求出各圖形的關係式,以利操作時使用。接著計算半圓弧向外和向內的相似△面積差,在等圓心角條件下,描圖呈直線或拋物線狀。另外討論將一次到位畫出的相似△分成兩段式操作,結果發現兩段式操作的半圓直徑倍數有雙曲線關係。最後使用直角坐標計算上文之系統,當圓心角90°時,取得相似形邊長比值關係式,有助於對任意△的縮放圖逆向操作。