全國中小學科展

國中組

隔空取物-利用超音波懸浮控制物體的移動

隔空取物可能嗎?使用3D列印製作超音波懸浮裝置可使保麗龍球穩定懸浮,透過肯特管內共振波形與聲壓標準差的比較,聲壓的節點位置為肯特管波的位移腹點。在一個超音波懸浮裝置形成的駐波中,聲壓節點以外的聲輻射力使得物體被推往節點,因重力影響靜止懸浮在聲壓節點處下方。透過超音波的電壓調整改變共振波振幅,使得共振波節點位置會因為電壓造成的聲壓節點隨時間移動而改變物體位置,但此方式較難穩定控制物體移動方向。最後,我們透過共振波相位差控制改變共振波節點位置可讓保麗龍球穩定懸浮及移動,有效達到控制物體移動的目的。自製可同時改變兩個發射器間的角度及距離的裝置,搭配改變相位或電壓的程式,方便進行聲懸浮的實驗觀察及記錄。

觀音火山熔岩與其礦物比例分析

本研究透過親手磨製岩石薄片及數據化的礦物比例資料,探討觀音火山熔岩的差異與其分化關係。根據相關前人研究得知觀音火山經過五次噴發,共有七種不同的火山岩,比對地質圖於各地層分佈區域尋找新的出露地點共17處,進行田野調查記錄與空拍、採集標本,並磨製岩石薄片共14片,進行岩相觀察與礦物面積比例計算。 本研究觀察到觀音山熔岩有漸變關係,從普通輝石橄欖石玄武岩→普通輝石玄武岩→普通輝石安山岩→兩輝石安山岩→紫蘇輝石安山岩→黑雲母角閃石安山岩,符合鮑氏反應序列。並依據新的田野調查資料,修正觀音山圖資;建立火山噴發歷程模擬動畫;製作立體地形模型以瞭解地質地貌關係,皆可做為日後觀音山地球科學教育的參考。

流動的物質

本實驗主要透過土壤溫濕/冷熱的改變探討其中現象,例如:探究凍土與霜土在冰凍情況及解凍情況下的土石流失差異,也透過探究土壤的溼度差異,以更加了解不同的現象,應用於災害的防治,改進。除此以外,也探討運用自行規劃的器材對於土石災害的防治程度

X-mirrOr~三角形全等點位置與性質討論

本作品主要研究點對三角形各邊鏡射,再將鏡射點連接形成鏡射圖形,並探討鏡射圖形和點的變化。發現有些點有不變性,並且可以將原本向外發散的鏡射圖形收斂使其互相重疊並全等,我們稱其為全等點。我們從正三角形開始研究,發現正三角形有六個全等點,因對稱性將其分為兩組。接著延伸至等腰三角形,觀察固定底為2,改變高之等腰三角形全等點軌跡,發現許多特殊現象,接著再將其轉為函數圖形進行討論,進一步利用代數式結合鏡射性質,計算出全等點的座標,並證明觀察時發現的現象以及發生的時機。另外,我們觀察並證明各個鏡射圖形的頂點和全等點會形成五大類共圓之現象,我們也嘗試進行正多邊形全等點之觀察,希望有機會推廣到一般化。

自動太陽黑子觀測儀

2021年全台瘋狂爭相目睹百年難得的天文奇觀-日環蝕,台東的池上及成功都是最佳觀測的地點,學校的社團配合大學科學教育中心所舉辦的活動,安排了觀測之旅,引發我們的研究興趣。我們為了製作太陽黑子觀測儀,從光學成像的原理,參考國內外設計案例,嘗試設計一個三角形的太陽黑子觀測儀,並利用生活科技所學的技能,一面實作與修正的把它製作出來。再利用經緯度資料與觀察時間等知道計算太陽的高度及方位,設計一個水平與垂直的機台,透過程式計算太陽方位角及高度角讓觀測儀可以對準太陽。最後利用攝影鏡頭可以記錄太陽黑子的觀測,並嘗試利用影像辨識的方法,對太陽軌跡進行追蹤:在太陽影像偏移時,自行調整角度,使太陽影像始終保持在正中間。

「參參」不息—潮間帶蕩皮參(Holothuria leucospilota)與紫輪參(Polycheira fusca)生物生態、活動週期及躲藏行為之研究

以潮間帶常見的紫輪參和蕩皮參為研究對象,模擬潮間帶環境並長時間錄影,針對外型特徵、晝夜活動週期研究,更進一步加溫海水和模擬漲退潮,研究溫度和潮汐對活動量的影響,並研究兩種海參躲藏隱蔽是否有回原石頭的行為及影響因素,最後研究兩種海參對水流的承受能力。 本研究發現,若環境無水位變化,海參的活動週期與潮間帶漲退潮時間無明顯關聯,海水升溫卻會使海參活動量提升,海參日夜皆可能回原石頭躲藏。無論漲退潮或乾濕,海參都會優先選擇躲藏於石頭下,石頭為優先影響因素,若未接觸石頭時,海水則是第二影響因素。本研究發現紫輪參可感受水位變化,因此活動週期與活動量會受漲退潮水位影響。另外因缺少管足,紫輪參吸附能力弱於蕩皮參。

「富」二代的秘密─探討鋁箔紙排列方式對富蘭克林馬達的影響

我們研究的內容,主要探討如何提升富蘭克林馬達轉速的組合,並深入探討多樣實驗項目。而我們也將部份實驗的數據繪製成趨勢圖,一來可看出我們的數據是否合理,二來還可看出我們是否真的有找到最高轉速組合。在實驗八,我們就也因此找到了更高轉速的電刷型式,經轉速測量後發現,與原先的趨勢推估幾乎吻合!這更是確定了我們實驗數據的真實正確性與合理性,也讓我們研究結果更完整。總結實驗發現,塑膠杯上鋁箔紙的大小、長度、寬度等,及電刷的寬度、高度、鋸齒數等都會影響轉速,因此我們從實驗結果歸納出轉速最佳的設計,成功設計出穩定且高轉速的富蘭克林馬達。期望在未來掌握富蘭克林馬達重要設計要素之後,能夠更深入探討其更多的應用。

笛音管演奏器

原本只是要製作自動笛音管演奏器,但由第一支笛音管發現當逐漸增加空氣柱長度時,原本逐漸降低的音高會突然發生音高躍升現象,而且會間隔一段又重複發生,讓我們找不出可用的較低音階。根據我們研究結果,這個現象應是由於我們給的風速、風量過大所造成,降低風速、增加笛音頭氣切角度及加大氣切口面積可以減少音高躍升現象。本研究也發現所用之笛音管其發聲存在著基音頻率偶數倍之泛音,說明著其發聲機制應符合兩端皆封閉之駐波理論,而在大風量吹奏之下,管內逐漸累積一段不容易震盪之空氣柱,隨著空氣柱增長,累積的空氣柱逐漸達到不穩定平衡的臨界點,因此產生音高突然躍升現象。

3D指尖陀螺離心機

在準備科展主題時,發現有團隊利用指尖陀螺來進行離心分離及分析,進一步搜尋發現,有大學團隊利用紙片做成離心機,在非洲協助落後地區進行醫療方面的協助,我們嘗試結合指尖陀螺及離心機的概念,希望完成可以高速、穩定且長時間轉動的離心機,解決離心機高價且必須接通電源的問題,在實驗設計上,先使用磁鐵製造磁場讓指尖陀螺轉動,接著利用線圈及直流電源製作電磁鐵,結合磁簧開關,讓指尖陀螺轉動,找到電流磁場較佳條件後,為了解決指尖陀螺外型及構造不同的問題,列用3D列印製作指尖陀螺,完成最後實驗裝置後,結合3D列印指尖陀螺,電磁效應與磁簧開關,進行離心分離測試,希望未來可以繼續研究,讓實驗裝置更具有效性及可行性。

蛋殼翻身之路~建築具蛋

研究中的蛋殼從實驗角度來看,在製作水泥樣本前後與砂調和水泥過程相同,甚至在加熱溫度變化、傳熱表現、隔音效果、抗輻射熱及防火測試都有優於純水泥及商業用水泥砂,其中防火測試的結果與碳酸氫鈉相同;再則從環境角度來看,在不同比例的水泥樣本中,雖然20%的蛋殼水泥各項測試最佳,但還有更高比例的樣本比商業用水泥砂好,因此,若能降低水泥用量也能降低製造水泥的CO2的排放量,還能解決大量蛋殼的問題。