全國中小學科展

國小組

撥亂反正-探討正方形的切割與重組

本研究探討一個有趣的問題,「如何在一張正方形的紙上剪兩刀,並經過重組,最後再拼成一個內嵌正方形呢?」透過實作及分類,加以分析並歸納,找到形成此種內嵌正方形的必要及充分條件;同時也經由圖解法,說明原正方形之切割方式與內嵌正方形間的關係,進而透過切割圖推知重組圖,並能從重組後的內嵌正方形反推出原正方形的切割方式。

不翼而飛~鋁箔小飛碟

暑假與爸媽觀賞「幽浮展覽」,會場中看到美國羅斯維爾飛碟墜毀事件的模型,對於飛碟飛行的現象更是好奇,在無法親眼目睹飛碟的飛行的情況下,我們嘗試不用螺旋槳,而改用其他方式來模擬飛碟上升的狀況。我們查了很多資料,發現有一個是利用鋁片藉由電磁爐上升的實驗,這薄薄的鋁片就如同神秘的飛碟一樣,緩緩升空。但是電磁爐產生的電磁波,對人體是有害的。所以必須檢測出電磁爐安全的距離與強度,在安全範圍的情況下,以固定的位置與高度,利用攝影機錄下遠處的實驗,再將影像以單槍放大顯示,以確保實驗安全與準確。同時,為了解釋本實驗的原理,我們也想出了一個自製的器材,可以讓我們一面觀察鋁箔上升現象,一面對照解說這個實驗。透過實驗發現,在電磁爐上的鋁箔紙,如果範圍在電磁爐的線圈內部,同時重量輕、表面完全沒有撕裂、純鋁箔材質,這樣飛起來的效果比較好。

憤怒的大海-從南亞海嘯看海浪的運動

南亞大海嘯發生後,才知道海嘯會造成那麼大的災難,根據歷史紀錄,台灣也有可能發生海嘯,所以要隨時注意。從科展研究中,我們發現地殼變動規模愈大、隕石體積愈大,造成的浪比較高,地殼變動以第一個波浪最高,隕石撞擊以第三個波浪或第四個波浪最高。風力愈大造成水面的波動愈大,波紋也愈多,而波浪遇到障礙物時會有反射的運動。另外,水深愈深波速愈快,淡水也比鹹水的波速快,而鹹水愈濃則波速愈慢。最後我們觀察海嘯造成嚴重災害的水牆,發現當海浪由深到淺的時候,都會造成類似的水牆,水牆不會因水深變淺而增高。

呼風「換」電~探討不同設計的垂直式風力發電機葉片對生成電壓之影響

現今的臺灣,因燃煤發電所產生的空汙問題日益嚴重,而在氣候變遷與追求永續發展的趨勢中,綠色能源的應用勢必成為我們未來發展的重點。臺灣因得天獨厚的地理位置與季風的盛行,非常適合發展風力發電;因此,我們借用古人的智慧,以垂直軸風車為基礎,融合現今的創意,利用3D繪圖列印技術,設計出「固定式葉片」風力發電機模型,並進行一連串生成電壓的施測,研究結果顯示:垂直軸風力發電機的最佳葉片設計為「厚紙板材質」、「芭蕉扇形」、「數量3扇」、「角度0度」、「中型面積」、「與軸心距離4公分」。

日光建影-日照與建物陰影遮蔽模型程式設計研究

土地有限,建築物不斷向上發展,如果沒有適當的規劃就興樓建厝,會造成日照分配不均更造成居家安全疑慮及能源使用的浪費。為了解決這個困境,我們想建立一套能準確、快速且能自動描繪建築物間影子遮蔽情形的程式,以達成智慧建築「節能永續」及「便利舒適」的目標。 我們用自製建物模型、方位盤、模擬太陽的平行光源,探討不同情況下建築物間影子相互影響的關係。我們發現建築物的影子會隨地理位置、建築物尺寸而有規律的變化。因此我們利用三角函數精確地找出影子的高度=Hb-∆x*tan(θ)/sin(ϕ)、寬度=Pmax-Pmin。 最後,我們利用Microsoft Excel軟體,建立成一份能夠快速且能視覺化自動描繪建築物影子遮蔽情況的程式-「日照與建物陰影遮蔽模型程式」,希望未來能提供給需要的大眾使用。

窗台綠光~無臭堆肥發酵緩衝劑對無底洞植栽的探討

為建立窗台文化與淨化環境,解決土壤嚴重惡化、氣候暖化、能源短缺的問題,我們想到研發落葉或果皮菇類等廚餘,培養為「有機無臭堆肥」,解決肥堆缺氧問題與對有機酸的緩衝作用,提供養份讓肥堆蓬鬆透氣與微生物有良好的生長環境;使用無底洞植栽法,栽種蔬果花卉於窗台或陽台上,既可達到省水減碳有效率的功能與盆底無淤水污泥,又可防止滋生蚊蟻蟲害,淨化空氣解決溫室問題; 從育苗到設計無底洞植栽到驗證廚餘產生的營養素足夠培養有機土壤,讓「聖運小蕃茄」快速開花結果;並且做生質能發酵酒精測試,發現成效異常良好,遠遠超過我們原本的預期,符合鐵窗變綠窗的簡易設施,使作物生長旺盛,產物質量增加。

「紫爆」不助我!--環境中細懸浮微粒(PM2.5)的偵測研究

球表面覆蓋範圍約一千公里的大氣,而大氣中的PM2.5(氣膠的一種)在生活中或許不容易讓我們發覺..... 然而卻時時刻刻都漫佈在我們的生活週遭,並成為我們呼吸空氣的一部份,嚴重影響到我們生存的環境及生活品質,甚至讓我們的健康受到威脅,此研究以LASS開源公益的平價Ameba與LinkIt one開發板及G3 與A4感測器所組成的感測裝置進行PM2.5的偵測。研究結果:(一)LASS監測PM2.5濃度的作法適合運用在對地球環境的了解與調查,(二)新北市新店區的PM2.5濃度比彰化縣大城鄉來得低,(三)不同距離馬路位置(遠近、高低)PM2.5的濃度有差異,(四)空氣流動會影響PM2.5的濃度,(五)N95口罩防護PM2.5的效果最好,(六)意識到力行環境保護的重要性。

摺摺稱奇

本研究為了探討摺紙成疊五連塊的最佳解題策略,依序從連塊的連接面與數字的排列中尋找關聯性。我發現以下幾點重要結論:一、會影響順利摺疊地圖的因素包含方塊數量、方塊配對方式、方塊連接面和連塊形狀。二、摺紙遊戲四、五連塊連接面間互有影響,可從四連塊方塊配對是否能順利成疊的組型來推斷五連塊方塊配對的順利成疊類型。三、從數字設計的觀點來分析摺紙遊戲五連塊,最佳解題策略有分退位法和五P型、五U型、五N型等特殊解法。四、正三角形摺疊地圖中三、四連塊I型全部皆可順利成疊,五連塊I型只有80種能夠順利成疊、正六邊形的三I型、四I型、五I型成疊情形等同正方形三I型、四I型、五I型。摺疊地圖是一個需動腦思考、分析許多影響研究變項的有趣主題,日後我會持續努力,繼續探討六連塊35種方塊配對類型的最佳解題策略。

不要小看我

在這個研究中,我們透過各種實驗來進行不同品牌衛生紙的紙質比較,包括比較紙張的重量、觀察紙張的紋路以及張力大小等等,主要的目的是為了找出哪一個牌子的衛生紙能夠承受較大的拉力。另外,我們還將衛生紙以不同的對折、內捲或外捲的方式,來測試何種方式可以讓衛生紙承受更大外力的拉扯。而在研究結果中,我們發現各個廠牌中,以百吉牌衛生紙的拉力最好,而且由實驗觀察可以發現,從「直的」纖維紋路方向對折四次後,再捲 10 圈,甚至更多圈,都能增加衛生紙的拉力。

「沙」了鼻涕蟲-沙士與醣對鼻涕蟲交聯作用之研究

我們測試鼻涕蟲導電實驗,卻發現鼻涕蟲添加「加鹽沙士」會變軟黏!經過實驗得出下列結論: 1. 沙士鼻涕蟲變軟主因是糖水。「膠水添加單醣或雙醣溶液製作鼻涕蟲會變軟變黏」,命名為「軟黏效果」。主因是單醣(雙醣)代替膠水提供氫氧基與硼砂水的硼酸根離子結合。 2. 「和水結合會導致鼻涕蟲變軟不變黏」,命名為「稀膠狀態」!「膠水加水稀釋、長期泡水、加水加熱、糖水鼻涕蟲加少量水攪拌」都會產生稀膠狀態!主因是水讓膠水的氫氧基彼此距離變遠,但氫氧基數量不變。 3. 多醣加硼砂水加熱可取代膠水做成鼻涕蟲,主因是多醣為直鏈結構,加熱後分解出單醣(氫氧基),與硼酸根離子形成交聯作用。 4. 沙士鼻涕蟲可應用於吹泡泡、養鼻涕蟲、進行手繪電路。