全國中小學科展

國小組

吸星大法—話說吸塵器

「上完美勞課,桌上這麼多小碎紙!要是有個吸塵器該有多好!」我們開始查詢資料,雖然在四年級時學過安裝馬達和扇葉,卻沒有做過吸塵器。引發我們的好奇心,真的可以產生吸力吸取同學的小碎紙片嗎?歷經試做修正,最後做出可用鋰電池充電的吸塵器!也讓我們更明白吸塵器的原理。獲得以下結論: 一、 12V馬達比3V玩具馬達好,吸力較強。 二、 扇葉較厚空氣擾動較佳,折角朝下會產生吸力。 三、 排氣孔要多,空氣較易排出。 四、 瓶身高度與產生氣旋半徑有關,但愈低吸力愈強。 五、 電流正負極連接都會使馬達旋轉,旋轉時扇葉折角在後才會產生吸力。 六、 加濾網和吸塵器長管是吸塵器的阻力來源。

大指蝦蛄打鬥行為與居所競爭研究

「大指蝦蛄」在尺寸20×20×15cm及沒居所情境最易打鬥,打鬥順序是威嚇行為、攻擊行為及被攻擊者防禦行為,最後是輸者逃避或背對行為。雌性、體型差距15%的小型蝦蛄、蛻殼1天的蝦蛄及展示點深紫色蝦蛄,威嚇行為次數較多。主場蝦蛄、雄性及體型大的蝦蛄打鬥能力較強。雄性及體型大的蝦蛄爭奪居所越容易成功。

奧斯特法拉第聊天室

本研究的目的有三個:一、.怎樣用『奧斯特電生磁』的原理做出好玩的超強電磁鐵?二、怎樣用『法拉第磁生電』的原理做出好玩的發電機?三、怎樣才會產生電磁波?做『好玩的超強電磁鐵』實驗時,我們自組實驗台,以螺絲、天平等測量磁力大小,探討線圈數、線徑、電壓、電流和溫度之間關係。做『好玩的發電機』實驗時,我們用落地生電、手搖生電、搖搖樂自動發電機和伽利略生電台的方法,觀察電力大小與磁鐵個數、磁鐵運動速度、線圈數、繞線範圍之間關係。好玩的超強電磁鐵和發電機分別以數位玩具 D3 測量,是否會發出電磁波。本研究發現:(一) 好玩的超強電磁鐵是由線圈數、線徑和電壓高低,相互配合設計出來的,不是課本說的,越多圈磁力就越強。電壓越高磁力越強,但線圈很快發燙,磁力卻會變小。(二) 好玩的發電機中,磁鐵和線圈要相對運動才會生電;運動速度越快、個數越多、線繞得越集中,電力就越大,但發現也有極限。速度是否也存在極限?我們會繼續研究。(三) 好玩的發電機會發出電磁波。

動動腦FUN石頭

我們研究一個有趣的數學遊戲,取材自《科學研習月刊》,不但解決月刊上的問題,更發展出一般化的結果。遊戲規則如下: 「在4列8行方陣中,從左側第一行開始放石頭,每一行放1顆,限制『新放下去的石頭的左上角方向一路延伸都不可以有已經放好的石頭』。問:放石頭的方法數有多少種?」 我們研究出1列n行~4列n行(以下簡稱1×n、2×n、3×n、4×n)的放石頭方法數,並提出計數m×n方陣放石頭方法數的策略(其中m≧5)。某國中組科展作品曾研究過這個遊戲,他們發現和費氏數列有關的規律,我們用不同方法證明該規律。關於放石頭的方法數,本作品還給出另一種形式的規律,使用的計數策略較為簡潔,並運用本作品的方法保證規律成立。

AlphaGo 想什麼?用棋士精神圖解渡河問題

傳教士和土著從左岸搭船(必須有人開船)到右岸,過程中任一岸土著不可比傳教士多,否則土著吃掉傳教士,遊戲失敗。 設計圖解方法,將操作過程轉化成二維座標,題目限制畫成棋盤,並依據條件設定棋子不同走法,以下棋概念探討渡河相關變化題,如改變船的座位、陸地的數量、土著和傳教士的人數……等。 觀察規律並找出「最少步數」與「最佳解法」,將研究成果透過自學程式語法Processing寫成可隨變化題快速產生「棋盤樣式」與「棋子提示走法」的輔助研究工具,加速研究歷程及驗證研究成果。 其中,改變物種數量會產生三維座標以上立體棋盤,無法視覺化棋盤輔助思考情況下,效仿AlphaGo設計精神,運用運算思維技巧,以現有研究成果為基礎,推論其變化規律。

別「眩」耀—全方位防眩光燈

利用兩片偏光片可以調光的特性配合相機與照度計,找出使用相機測量照度與亮度的方法,以此測量「照片」中光源在物體表面反光的眩光程度,並由測試偏光片各角度的透光率、消眩光效果、透光反光材質特性,尋找適合製作防眩燈罩的材質;市售標榜有消眩光(間接眩光)的檯燈(3M博視燈)有使用方向位置的限制,經由實驗瞭解偏光片的特性,重新設計能360°無死角且效率高的防眩光燈,經測試,我們設計製作的燈能減少直接眩光與間接眩光,而且成本更低。

身邊被遺忘的「氣質」

由於北京奧運的空氣品質報導,讓我們對家鄉的空氣品質感到興趣。我們從十年來台中市空氣品質的變化為探究的起點,然後探討颱風和空氣品質的關係,最後從實測來分析不同時段及地區的空氣品質好壞以及針對影響空氣品質好壞的因素作進一步探究。經過一連串的資料統整,及近一千片的落塵樣本分析,我們明白了台中市近幾年來空氣品質已有逐年改善的趨勢,以及並非每一個颱風都會為台中市帶來較佳的空氣品質,而其中的颱風路徑是一個重要的因素。此外由實作調查發現不同時段的空氣品質差異;天氣、地形等都可能是影響空氣品質的因素之一。

轉動奇蹟─探究電動機的奧秘

電動機和馬達是一樣的,電動機是較正式的稱呼,而馬達是一般常用的俗稱。本次從事電動機的研究發現到使用較粗的漆包線所作成的電動機,果然可以使棉線纏繞上去,因此可以用來測量電動機一定時間內轉動的圈數,解決了課本上無法測量電動機轉動圈數的難題。除此之外,經由實驗我們還了解到線圈的改變、整流器的位置以及場磁鐵的移動與電動機轉動情形的相互關係。在我們鍥而不捨的努力之下,終於克服了種種的難題,得到了許多令人 滿意的答案,也歸納出電動機之所以不會轉動的原因,並能夠用力圖來說明電動機的轉動方向與速度快慢,而我們也希望能將實驗的結果提供給大家當作教學上的補充資料或是往後製作電動機上的參考。

以資訊軟體開發「方圓變換杯」之研究

方圓杯是二個視角看同一杯子會產生二種形狀的視覺變換。科學原理是「光具有直線性,二個方向俯看投影在平面上位置會在不同的點上,所以視覺上就看到不同形狀」。我們使用「123D」及「sketchup」二種軟體開發方圓杯,並分析優缺點,也利用「sketchup」加上「紙藝大師」軟體做出紙版模型。接著分析出二柱體製作成功關鍵因素為「二個柱體旋轉後,如果二個形狀的視角長度是相等的,交集曲線就能連續,就能成功製成二種視角的圖形變換杯。」依據此關鍵因素,製作多種形狀組合的變換杯、多重組合及英文字體等模型增加視覺樂趣;我們開發出資訊繪圖變換杯的方法可製成生活用品(容器、磁鐵、燈罩、吊飾等),成為文創商品;也可利用sketchfab app在手機上可以產生AR實境效果。

來電海盜船-鐘擺式海浪發電機

人類為了用電的需求,使用的發電方式常造成環境的污染,進而對人類及生態造成影響,因此,世界各國開始重視生態環境的保護措施,科學家們正積極尋找低汙染的再生能源,以取代既有的高汙染能源。 本研究利用課本所學之電磁原理及其他科學原理設計一組鐘擺式海浪發電機,經過鐘擺實驗得知,擺長影響鐘擺的行程,而擺錘的重量與行程無關,但實驗的結果發現擺錘愈重愈能克服電磁感應的阻力以及風的阻力,另外,實驗各種條件的感應線圈來製造適當的電磁感應機構以產生電力。最終,照著實驗結果,我們將鐘擺原理應用在海浪發電機上確實能在波動的海浪上擺動並產生電力。