全國中小學科展

國小組

翻轉紙片—大嘴巴飛行器

大嘴巴旋轉方向要符合馬格努斯效應,才能使紙片上升,製作大嘴巴時需選擇紙張材質輕盈,形狀必須符合慣性旋轉,並搭配不易變形容易操控的起風板,輔以玩家本身的訓練,便可成為好玩的科學小遊戲。實驗中,最佳的大嘴巴飛行器造型如下:利用日曆紙製作成長寬比值為4.0,長為20公分、寬為5公分的長方形,利用錯開接合的方式,讓兩端薄翼呈現2公分、且讓兩翼完整、成一字形,中空處為自然狀態的橢圓形。起風板選擇不易變形、輕盈的厚珍珠板。操作方式首先需先控制好大嘴巴啟動時為逆時針旋轉方向(從實驗者右側面觀察),接著調整起風板角度,掌握好上升、下降、轉彎時的起風板角度及方向的訣竅,在無風的環境中便可大玩『大嘴巴飛行器』。

掉落的寶藏-落葉堆肥

使用化學肥料雖然效果快速,但與有機肥料相比,缺乏改善土壤性質的能力,且需要經常補充,過量會造成土壤酸化,甚至使水質惡化。所以利用生活中剩下的廚餘或是落葉來製作有機堆肥,省錢又環保。本實驗利用五種樹木的落葉來製作堆肥,並且分別添加米飯、香蕉皮和黃豆渣,我們想找出落葉和何種添加物共同發酵後製成的堆肥液,可以使綠豆的生長高度最高。實驗結果發現這五種樹木落葉添加香蕉皮一起發酵的實驗組別,落葉腐化的程度較佳,而且種植綠豆時,添加落葉和香蕉皮一起發酵的堆肥液,綠豆生長高度會較高,所以落葉腐化時,若加入適合的添加物,可以提升堆肥的效果。

「欲罷不能」桌遊機率之探討與延伸

欲罷不能是一款與機率性質相關的桌遊,結合骰子的進行來完成遊戲,我們藉由遊戲體驗去發現到欲罷不能的問題,並設計實驗來尋求問題的解答,一步一步發現欲罷不能的小秘密。 從研究一、二的探討中,找出原規則各式各樣的機率情形,發現到與7越有關係的機率越大,而與2或12越相近的機率越小。但也在研究三中發現雖然7的機率最高,但若加上遊戲本身設定的方格數來闖關,所有數字機率都差不多。我們也在研究四、五的部分,將遊戲做兩種延伸(加入乘除、骰子面數),增加遊戲樂趣,也調整遊戲的難易度。也在研究六時進行策略分析,依據情況擬出該前進該停手的策略。最後,運用上述研究資料,設計Scratch版的「欲罷不能」桌遊。

神氣「浮」現—氣浮裝置之原理探討

網路看到彰師大的氣浮球實驗,覺得很神奇有趣,便著手進行探討其中原理。經過多次失敗與改進,終於成功利用自製材料做出氣浮裝置。原理探究過程中,先後自製了風力測量裝置、氣壓測量裝置和斜面裝置來進行實驗。原本以為是產生的風力導致有氣浮作用,經實驗驗證發現,產生氣浮作用的真正原因,主要是利用渦輪扇將空氣吸入使得內部氣壓增加,然後氣體由底部逸出形成氣墊造成氣浮。此外,頂面開口口徑影響的進排氣速率、氣浮裝置高度、底部口徑、底部接觸面積等因素,都會影響氣浮作用。最後發現,雖然氣浮裝置自由滑動時有離開接觸面一微小距離,但與動態氣墊間還是有摩擦力存在,而動態氣墊會因氣墊量、密度、流速等不同,而有不同的摩擦係數。

電一下就知道

微型電解只能從顏色及氣味來判斷產物的種類與酸鹼性,本研究以不同的電解裝置來解決微型實驗無法定量的缺點。在氣體的檢驗除了氣味外,還以點燃的線香確認。溶液的酸鹼性除了酚酞外,也使用廣用試紙及pH計說明。在改變溫度的實驗中發現,溫度越高反應速率越快,陰極析出的量也越多。以石墨和銅電極電解硫酸銅水溶液,在陰極以銅電極析出較多,可說明活性電極的影響。以石墨電極分別電解硫酸銅與硝酸銀水溶液,陰極析出的量銀多於銅,則可以從法拉第電解定律中,通入相同電量時,析出的重量是和(原子量/電荷數)呈正比來解釋。另以銅電極電解碘化鉀水溶液,電壓由 9V降為3V時,陽極由I3-、 Cu2+變成了只有Cu2+,證明電壓大小會改變陰陽極的產物。

水的圓舞曲

洗東西時,有時會形成水膜、水苞,讓我們驚嘆,但有時卻噴得到處都是,造成我們的困擾,所以我們想找出水柱沖在物體上的規律性。我們將物體分為平面與凹凸面,用水以不同流速、水柱長沖在物體上做探討,結果發現平面物體正多邊形邊數愈多,水沖在上面愈容易形成水苞,且物體愈小、流速愈快,水苞變寬率愈大。我們也發現平面物體,只要傾斜60度以上,不管水的流速有多快,水都會沿著物體傾斜處斜斜流下來,不會形成圓弧狀。而流速愈快,沖在愈小、愈淺的凹物體上,水平噴水距離會愈遠。藉由這些實驗結果,我們就知道該如何沖洗東西而不把自己弄濕,而所探討出的水膜、水苞規律性,也可以應用在噴水池公共裝置藝術當中,讓我們的生活環境更加美好。

水上奇蹟

台灣四面環海,加上近來劇烈變化的詭異氣候,使得台灣經常得面臨水患威脅。我們發現車子一旦不幸落水,車上人幾乎無法逃過滅頂的厄運。於是興起研究浮力車的念頭,希望能藉此延長救援的黃金時間。經模擬實驗證實外裝浮力囊讓車子在落水時浮於水面是可行的,研究結果發現浮力囊若能有較大的底面積,且於車身兩側以較大的長度包覆車輛,將產生較佳的穩定度,而浮力囊的形狀則以圓柱較佳。期盼我們的模擬實驗能對實際的狀況帶來一些幫助。

神奇超距力攪拌器-探討各項影響電磁攪拌器穩定運轉的變因

電磁攪拌器於生活中的運用越來越多,如奶泡機、攪拌杯。網路有分享利用各種回收資源製作的視頻,模仿製作卻發現不能運轉,使我們決定要解開電磁攪拌器穩定運轉的秘密。本研究先模仿網路視頻製作2部攪拌器,找出影響穩定運轉的變因有:馬達性能、旋轉磁鐵的大小與排列、轉盤與攪拌子的距離、攪拌子大小及形狀等。自己設計攪拌器驗證實驗結果。研究發現:增加轉盤的重量提高負載,可以降低馬達的加速度及轉速,搭配厚度5毫米、直徑2或3公分的磁鐵NS並排相吸,形成長度4到6公分長的磁鐵轉盤,再調整旋轉盤上磁鐵與攪拌子的距離,可使2.5公分長的各式商用攪拌子非常穩定的旋轉。利用回收電腦硬碟製作電磁攪拌器,既環保又能化腐朽為神奇。

東眼山-天空中的瀑布

校園中東大門向東南方望去,山群間有一排流動的雲,那是東眼山上的「雲瀑」美景。為何東眼山會出現如此奇景?利用自製雲霧的方式來證實山上易形成雲霧的大氣條件,再透過搜集資料及踏查東眼山,調查其大氣條件、地理位置及生態。探究東眼山為何得天獨厚能出現如此美麗的雲瀑,發現東眼山林相、溫度、濕度使得雲霧容易形成,其山勢走向使得冬季東北季風能順勢帶入,讓雲霧流動而為雲瀑,以上的探究結果再以自製東眼山模型,並在模擬雲瀑形成的大氣條件下呈現出來。

淋淋傱傱-探討物體移動速度與受雨量的關係

又是個陰雨綿綿的日子,進入冬季後的基隆,在東北季風的侵襲,便籠罩在陰溼多雨的氣候當中。對基隆人來說,下雨和雨具在我們的生活中已經是不可或缺的物品了,但總有忘記攜帶雨具的時候,此時一定會被淋成落湯雞,有沒有方法能讓自己比較不會淋濕?據傳言「雨天時,跑步會比走路淋到更少雨」,然而事實是否真是如此呢? 從模擬下雨時物體移動速度與受雨量,觀察到(1)移動速度越快,可以減少受雨量,速度從0.15 m/s提升至2.46 m/s受雨量從2.447公克下降到0.480公克,而速度超過1.60 m/s後受雨的變化量逐漸減緩。(2)上方受雨量變化同樣會隨著速度而有變化。(3)而前方受雨量和移動速度沒有關係,受雨量依然沒有太大的變化。(4)速度超過1.6m/s時,前方受雨量會成為主要受雨面