全國中小學科展

國中組

雲端集點兌換機

上課時許多老師會以不同的集點形式來提高我們的學習動力,例如集點章或集點貼紙等,但無論何種方式,都在考驗我們的記憶力,常有搞混不同老師的集點方式,或忘記登記,及遺失、保管的問題。 於是我們製作結合「arduino、影像辨識、手機app、google試算表、機構設計、綠能環保」的「雲端集點兌換機」。目的有: 1. 統一各個老師的集點模式,利用影像辨識技術判斷不同老師的集點卡。 2. 避免點數登記、保管、遺失問題,使用app統一進行雲端空間登錄,方便老師同學快速查閱、統計。 3. 整個裝置具有語音提示方便操作。 4. 製作兩大類獎品兌換機,可立即將點數兌換獎品。 5. 兌換機操作中,可對電池充電達到綠能環保。 6. 使用機構將集點卡立即回收,能重複使用。

抗震結構468

用保麗龍為材料,建立同樣乘載面積的正四角柱、正六角柱以及正八角柱,以拉扯頂部測量各施力時的位移程度,並以樑對樑和角對角的兩種施力方向施於兩模型上,釋放時的晃動做為模擬地震時房屋的搖晃,實驗記錄拉扯釋放後至模型平衡不晃動的時間、晃動的緩衝幅度,以及觀測在哪一施力程度或實施的第幾次造成模型的結構損壞,用於檢測結構的耐震、耐久度。

就問你「浮」不「浮」:浮球的穩定性討論

我們利用扭蛋製做單軸、分離式及貫通式雙軸浮球模型,進行海水與淡水的載重與吃水深度、配重位置與傾斜角度、造波和回正觀察。發現載重與吃水深度呈線性關係。不同配重位置明顯影響分離式模型的傾斜角度,重心越低,角度越小。貫通式模型易保持正浮,但重心較高者,正浮不穩定,稍受擾動即傾斜。 在造波中發現浮球呈週期性運動,且浮力最大值在波峰,最小值在波谷,相差可達50%~85%。垂直方向運動速率最大值約在平衡位置,垂直位移最大值<2倍波高。 不同配重位置的貫穿式模型以90°傾斜入水,軸頂到重心的距離(L)決定浮球是否回正。本實驗發現全長16cm的模型,L≥11.42cm者,均可回正,L≤11.17cm者,均無法回正,顯示L越大浮球穩定性越高。

一兼二顧~摸蛤蜊兼洗褲之太陽能強效裝置

太陽能是永續乾淨的能源,但由於太陽能光電板的溫度每上升1℃會使發電功率下降約0.35~0.5%。在台灣夏天高溫炎熱,導致發電功率下降許多。我們開發了一組太陽能板散熱系統,透過適當的管路設計導引冷水,不僅有效地降低太陽能板的溫度,避免其光電轉換效率下降,更同時得到溫熱的用水。 經由本研究使用小型的太陽能板搭配金屬管製作散熱模組來評估,若以0.1L/min的流速,可將流過的水至少升溫10℃,若能放大到20 坪屋頂所能安裝的太陽能板面積,可產生約3528公升、40℃的溫熱水,足以提供標準家庭一日之用水,並且由實驗證明本研究設計的散熱模組,可實際將太陽能板進行降溫,改善輸出發電功率的下降百分比達20%。

天文密碼

本研究探討平面中三圓的關係,其中圓O固定不動,圓O1以逆時針方向滾動且繞行圓O;而圓O2同時也以逆時針方向滾動且繞行動圓圓O1。其中圓O1與圓O2上各有一動點P、Q。三圓一開始為圓O2分別與圓O和圓O1外切,且O 、Q、P三點成一直線,Q點介於O 、P兩點之間。當 ̅OO1與x軸夾角為θ時,先以繪圖軟體了解動點的軌跡;其次以三角比的概念求得P、Q兩點的坐標;最後再以電腦繪圖軟體,製作當三點共線時之θ值,並藉由函數圖形了解三點之中何者介於其他兩點之間。本研究由原本的三圓外切的情形,邁向討論三圓外離的情況,猶如恆星、行星、衛星三者的運行,進而以各圓半徑、兩圓連心距、繞行角度為變數,歸納合理的數學式,以利日後進行更廣泛的研究。

與頻率共舞──探討玻璃杯內不同液量之頻率變化

本實驗以不同玻璃杯型以及盛裝不同液體探討振動頻率,以AUDACITY進行頻率分析,其中無腳座玻璃杯在杯口所形成的波數為n=1, 2, 3…;有腳座玻璃杯在杯口所形成的波數為n=2, 4, 6…。此外腳座可讓玻璃杯更穩定地振動,頻譜上也清楚呈現特徵頻率且有倍頻關係。手摩擦所有玻璃杯主音皆為n=2,且強度大於其他泛音百倍以上,視為純音樂器;敲擊杯口與摩擦杯口的主音(n=2)頻率相同,但產生許多雜音,不適合作為樂器。另外從能量守恆角度推導玻璃杯裝有液體的頻率公式,並以實驗驗證推論,其振動屬於一端受力的「集中負荷」情形,其液高與頻率可以用函數表示。未來希望能進一步以位能角度探討空杯的振動頻率公式,並從黏度探討液體位移速度與玻璃杯位移速度之間關係。

敲出瓶外之音

本研究將裝入定量純水之量筒放入容器中,敲擊量筒,並探討量筒外水量、水位與頻率變化之關係。研究後發現,敲擊量筒後,會產生相對低、中及高三種頻率,其訊號強弱與量筒內外水位高低有關。 我們以水位高度代替水量,來驗證影響頻率變化的僅為靠近量筒內外之有效薄層水體,結果顯示,當水位高度達一定,就能滿足共振條件,而非整體水量。量筒外水位對頻率之影響呈階段性,第一階段頻率變化不明顯,第二階段頻率隨水位增加而降低,第三階段薄層水體達共振條件,頻率持平。 此外,當水位高度一樣,內、外薄層水體相差不多時,頻率可能會相近,但大部分是量筒外有水時較低,推測可能因量筒厚度、底座或量筒內外水體存在空間不同造成之結果。

大地水銀行-探討地下水的流動

屏東平原地下水位在這波旱情中下降,為了解地下水從沖積扇頂到平地的流動原理,環境因子和抗旱井抽水對地下水流動的影響,我們利用自製砂箱和類似地層沉積物的砂礫進行模擬,以食用色素呈現流線並測量相關數據。結果顯示距離中央隔水牆愈遠,流線的時間和路徑長均增加,流線的速度則減少。當地下水鹽度增加時,流線的路徑不會改變,距離中央隔水牆較近的流線速度增加,距離中央隔水牆較遠的流線速度減少。當地下水溫度增加時,流線的路徑不會改變,流線的速度會跟著增加。在模擬抽水的狀況下,流線路徑會改變,較快的流線速度會下降,流線路徑向左偏移、長度增加,較慢的流線速度下降並改往抽水口方向,且有隔水層時會使流線路徑偏移更明顯。

「避蝸」天材--白玉蝸牛對各作物的迴避反應

在不破壞環境、影響生態系及直接殺害蝸牛的前提之下,我們採用以自然作物使蝸牛迴避的方式,希望能夠減少農作物的損害,同時達到永續發展的目標。我們透過多種管道得知蝸牛可能迴避或喜愛的特定作物,由於白玉蝸牛與非洲大蝸牛的食性大致相同,於是利用九宮格實驗實測白玉蝸牛對於各種作物的反應,以得出蝸牛的吸引作物與迴避作物。接者再針對上述實驗結果得到的二種迴避作物到手香與檸檬皮進行實測,研究結果證實該二作物確實可降低受蝸牛啃食的機率。我們更進一步延伸探討柑橘屬果皮的多酚含量作用,研究結果得知多酚含量越多越能對蝸牛產生迴避作用。藉由此次的實驗,我們初步篩選出會使蝸牛迴避的作物,希望日後能夠具有生物防治的實用性。

管道狀態對於地熱發電效率的影響

本研究是在參訪臺東金崙地熱發電廠時,了解到在抽取與回灌的過程中,地熱管路的安裝的狀態與管內的氣泡會影響馬達抽水的效率,如果可以瞭解相關變因的影響,便可以排除不利的因素,增加發電的總效率、降低成本。我們以此作為研究主題,探討地熱管路轉彎的次數、氣泡、水面高度差對於總效率的影響。研究結果發現:在馬達之前注入氣泡流量雖然不多,但對水流量有很大的影響,如果要增加地熱發電的總效率,建議抽水馬達可以設置在抽水井較深處的地方,壓力大,溶解較佳,比較不會有氣泡產生。