全國中小學科展

國中組

蟹葉「銅」「鋁」來電-環境友善光電強化銅鋁電池的探討

本研究探討以光電延長電化學電池壽命的可行性,在鋁銅電池兩電極間置入以幾丁聚醣為載體含有葉綠素、氯化鈉、及醋酸之膠態電解質所組成的新型三明治電池。電池以鋁網為陽極、中空銅框為陰極,太陽光經照射光敏染料的葉綠素,激發電子,傳遞電子至陽極,還原被氧化的鋁減緩消耗,被氧化激發態的葉綠素則為經外線路傳遞到陰極的電子還原為基態。研究結果顯示於葉綠素溶液中,加入幾丁聚醣(3.0%)、氯化鈉(0.6%)及醋酸(1.0%),所配出的膠態可得最好的最佳組成及條件,照光情形下含葉綠素之電池比不含葉綠素之電池電功率下降速度慢很多,證實以光電延長電化學電池的壽命的可行性,本研究為一種環境友善的新型太陽能光電輔助鋁銅化學電池。

一擺未平,一擺又起—變態耦合擺拍擺動之研究

耦合振盪的現象最早由物理學家惠更斯從鐘擺的振盪發現,本研究探討之耦合擺現象即為耦合振盪現象。實驗在長線上掛上兩條細繩,兩繩分別掛上同質量砝碼,再分析耦合擺運動軌跡;分析得一擺擺動振幅增大時,另一擺則會減少。藉改變兩擺間距和擺長發現:兩擺間距影響兩擺振盪週期,兩細繩同長時,週期隨擺長規律增長。在不同數量的擺中,三擺和五擺透過改變多擺的擺長排列方式,發現各擺間的能量會有不同的轉換,規律因此各自有異。除此之外,我們發現彈簧對振盪的影響與棉繩相似,磁鐵在同極和異極時皆呈現明顯左右規律地晃動情形,振盪軌跡和無磁鐵時不同,振盪週期也會變長。上述變因對耦合擺在各擺間的能量轉換有關。

手助健康~具保濕、抗氧化、防曬多功能「乾洗手液」之開發研究

衛生福利部宣導75 %酒精能預防新冠病毒,但頻繁使用酒精卻易造成手部乾裂,因此本組利用酒精浸製金銀花、烏龍茶葉、桂花、柚子皮等製成酊劑,再混合羅勒籽及奇亞籽所提取的成分,研發具消毒暨護手雙效的酒精性乾洗手液。經過pH計、UV粉及蘋果抗氧化測試顯示,本組所研發之乾洗手液呈弱酸性,與皮膚酸鹼值相仿,且具有抗氧化與抗紫外線(防曬)的功效,比一般市售產品效能更高。此外,本組意外發現果膠混合液能製成風乾膜有效對抗紫外線。總結本組研發之多功能乾洗手液除了具有天然保養之功效,還能讓果皮產生環保效益,極具開發之潛力。

截線多邊形內切圓半徑與面積之研究

一、新瀉八幡宮算額問題 1.從由內往外作圖法知,三角形可用三個切線段表示其他線段、三角形與截線多邊形 內切圓半徑。並證明:截線多邊形內切圓的半徑和為全圓半徑的2倍。 2.由外往內作圖法是用三截線等長且位置唯一決定,三截角皆等腰三角形原理作圖。 3. 元貞利三角形的垂心為亨圓圓心,外心為全圓圓心。 4. 當正三角形時,截線多邊形內切圓面積和有最小值為全圓面積的28/25倍。 5.三角形之截線多邊形內切圓周長和為全圓周長的2倍。 二、正n邊形算額問題 設亨圓、元圓、全圓半徑為a,b,R,θ=180°/n 則a:b:R=cos2θ:sin2θ:(sin2θ+cosθ) (a+nb)/R=(n.sin2θ+cos2θ)/(sin2θ+cosθ) 每邊所截線段比(cosθ-cos2):(1+cos2θ):(cosθ-cos2θ) 三、四邊形算額問題 1. 從由內往外作圖法知,四邊形算額問題無定值。 2. 箏形用二個切線段表示截線多邊形內切圓半徑與全圓半徑間關係。 而等腰梯形則需三個切線段。

「晷」迷心竅-三種日晷的探討

本研究想透過製作三種不同日晷與實際測量,了解日晷如何運作。第一種為赤道式日晷,製作上較容易,形如時鐘,時間刻度也都一樣大,晷針須和晷面垂直,晷針和地平面的夾角須和當地緯度吻合,分為北面和南面,兩面的刻度順序相反。第二種為水平式日晷,晷面和晷針夾角的角度為當地緯度,晷面的時間刻度大小不同,需用特定三角函數公式計算,刻度越靠近十二點線的越小,越遠離的越大,每個刻度單位是小時,測量容易產生誤差。第三種為圓弧式日晷,製作較複雜,但使用上能更精確、更方便。研究結果發現,日晷時間和手錶時間有差異,除了要考慮磁偏角、時差和經差補正之外,若能將刻度做到最小,則測量數據將會更精確。

「燒」縱即「視」—家用體溫監測系統

因為市面上測溫工具都不具24小時連續自動偵測體溫及聯網功能,所以我們想用Arduino自製測溫裝置,且能遠端監控體溫情形、將發燒訊息傳送到相關人員的群組上。經過準確度、測溫速度兩個實驗,我們找到符合我們需要的兩種感測器,分別是接觸式的DS18B20和非接觸式的MLX90614,接著分別製作兩種感測器的架設裝置,接觸式的使用髮箍固定,非接觸式使用樂高來固定。並透過不同距離、溫度等實驗,最後得到最適擺放位置函數為D=2.85×R(D=感測器到水面的高度,R=容器半徑),利用motoblocky寫程式,Arduino esp32的聯網功能以及MQTT通訊協議等低成本甚至免費的資源,做出可在嬰兒發燒時,將訊息透過可亮燈響鈴的室內主機、以及line訊息通知兩種管道有效傳達給家長的裝置。

「塑」人之亂-探討萬年溪塑膠微粒及人口數的關係

基於對鄉土關懷,我們選定生命之河~萬年溪,此為唯一通過屏東市商業區、生態公園和住宅區等之特殊溪流,利用傅立葉轉換紅外線光譜儀,調查溪流中塑膠微粒種類和含量,並透過TGOS系統探究人口數與塑膠微粒之相關性發現:廣東橋流域塑膠微粒量最高,推論位於『住宅區』之民生排放汙水有關;長春橋流域濃度次之,與位於『商業區』有直接關係。環境指標生物~大型水蚤濾食中會攝入塑膠微粒,相較於控制組、塑膠微粒汙染下會明顯降低水蚤活動力、心跳數;且繁殖力驟減,有顯著性差異。本研究重大發現,水生植物確實有效吸附水中塑膠微粒,另生態工法及汙水地下化系統處理,均可降解排放至海洋塑膠微粒含量,進而讓環境減塑、環保及生態系恢復榮景。

麻麻迷呀!把酒話蟑麻-美洲蜚蠊麻醉行為反應研究

此實驗在研究美洲蜚蠊不同麻醉方式下行為反應之差異,並藉此找出對美洲蜚蠊最不具傷害性的麻醉方式。主要分成兩部分的實驗──主動式反應的迷宮和被動式反應的電擊,以測試美洲蜚蠊麻醉前後的反應。同時我們將兩大部分的實驗各分為三種等級:迷宮實驗──易、中、難;電擊實驗──電壓3V、9V、15V。實驗後可以得知:短暫的使用低溫麻醉及適當的使用二氧化碳麻醉,暫時讓美洲蜚蠊進入昏睡狀態並不影響其體內系統;但是我們平常用來麻醉各種生物的乙醚對其有較大的影響。

窯烤Fe砂-探討台灣東部海岸鐵砂煉鐵之可能性

本研究延續上屆台灣東部海岸鐵砂與磁鐵砂含量分析,於2022年9月至2023年4月進行,目的是希望透過親自動手操作以探討東部海岸鐵砂煉鐵之可能性。 經文獻探討得知,花蓮崇德有煉鐵遺址並參考十三行博物館之煉鐵方法,於是進行13次實驗,實驗於每週2小時之獨立研究課進行,受時間限制,採分階段實驗,初階實驗:熟悉煉鐵觀念及實驗操作,進階實驗:探討碳粉及鐵砂之較佳比例,高階實驗:實際模仿十三行博物館建窯煉鐵。 研究發現,台灣東部海岸鐵砂(含崇德海砂),經冶煉後,都可得有金屬光澤之鐵球及鐵渣,並對比地質圖,東部海岸以火成岩為主,崇德地區屬花岡片麻岩及綠色片岩區,都含鎂鐵等重礦物,可見東部海岸鐵砂煉鐵值得進一步調查分析。

殼中生機──廢棄殼粉晶球戰勝重金屬廢液

利用身邊廢棄殼粉,包括蛋殼、花生殼及蝦殼,進行鐵、銅、鋅、鎳四種重金屬離子的吸附,藉由自製吸光度計、黃血鹽滴定重金屬離子形成錯合物,探討殼粉吸附重金屬離子的效果。結果發現,三種殼粉對重金屬溶液吸附能力為蝦殼粉>蛋殼粉>花生殼粉。蝦殼粉小晶球對硝酸銅的吸附率為220.0 mg⁄g蝦殼粉;蛋殼粉對硝酸鐵的吸附率為200.6 mg⁄g蛋殼粉;而花生殼粉對硝酸鋅的吸附率為112.5mg⁄g花生殼粉。不同殼粉對離子的吸附效果不同,蝦殼粉吸附能力為 Cu>Ni>Fe>Zn。包覆殼粉的海藻酸鈉小晶球吸附重金屬優於大晶球及純殼粉。包覆0.2 g蝦殼粉的小晶球,對硝酸銅的吸附較純殼粉提升約30.1%。第1型(純蝦殼粉)及第4型(蛋殼粉:蝦殼粉=3:1)海藻酸鈉小晶球對銅離子吸附效果最佳。