全國中小學科展

國小組

自製人影日晷

本研究的主題是自己製作一個投影日晷,以人為晷針,藉由人影來觀察時間。一開始我們透過網路尋找人影日晷的製作方式,得知投影日晷就是赤道型日晷在地面上的投影的重要觀念(參考資料一)。再來透過網路我們學到橢圓形作圖的方式,一旦決定長短軸的長度,就可以運用這種橢圓作圖法(參考資料二),來畫出橢圓形外圈的時間刻度(一半的橢圓),接著我們將中央氣象局網站宜蘭地區2014 年太陽過中天的仰角資料(參考資料三),套到我們分析的公式,畫出雙腳所站日期位置點,就完成人影日晷的設計。經實際驗證,得到的時間還蠻準的,成果令人滿意。最後我們再進一步討論如何提高人影日晷的準確度,還有在什麼日期及緯度,人影日晷較適用。

六隻小豬的夢想屋-「三合土」灰漿探討與古建築復舊

我們的研究主要探討古建築「三合土」灰漿的施作與應用,並以實驗所得的「三合土」灰漿進行古蹟復舊。研究過程中,分別就「不同白灰配比」、「添加不同纖維材料」和「養灰」三個實驗變因進行灰漿的力學性質測試,希望由實驗過程得到灰漿的最適配比。進而針對「三合土」灰漿與現代建材-水泥的力學性質進行比較,並實際搭建古蹟建築。 研究結果顯示:(1)內層灰漿重量配比為,蚵殼灰:水:糯米漿:糖漿:麻絨絲=1:0.4:0.4:0.05:0.005。(2)外層灰漿重量配比為,石灰(養灰):糯米漿:糖漿:麻絨絲=1:0.4:0.05:0.005。(3)「三合土」灰漿在黏結力、結構強度透氣性三種建築需求上均優於水泥。(4)「三合土」灰漿可應用於古蹟建築的復舊與修復。

球場下的沉思─三角戰術

本研究主要是以生活中的數學遊戲為研究題材,透過基本的面積、排列、組合、機率等數學觀念,以美國職籃、傳統足球和躲避球比賽的相關概念為研究起點,探討在球賽中如欲提高贏球的機率,攻擊者該採取什麼進攻策略,而躲避者站在哪個位置最安全等探討,以分析出球賽中的獲勝祕訣──本班自創的「三角戰術」。最後,再將想法延伸至套橡皮圈的釘板遊戲,比較兩者遊戲方法的相異之處。

「颱」客~追!追!追!

我們以水漩渦模擬颱風進行不同路徑的侵台實驗,以量化方式記錄漩渦生成時和侵台前暴風範圍變化。我們也利用兩個水漩渦模擬雙颱形成,實驗在不同距離及強度變化下,漩渦之間的相互影響。透過實驗我們有下列發現: 一、 路徑2、3、4颱風受到臺灣地形破壞較嚴重。 二、 路徑1、6、7颱風受到臺灣地形破壞程度較輕微。 三、 路徑5、8、9颱風受到臺灣地形影響居於上列兩者之間。 四、 颱風的氣流切入角愈大,受到地形破壞情形愈嚴重。 五、 沒通過臺灣的颱風,離台愈遠,受到破壞的情況較不嚴重。 六、 兩漩渦相距15公分時無法產生相互影響。 七、 兩漩渦相距10公分時,兩漩渦會以質量中心產生逆時針互繞,小的漩渦最後被併入大的漩渦中。

衣服BBQ

本研究探討各種布料燃燒的情形,並研究適用於各種布料的化學阻燃劑。將天然纖維、人造纖維及混紡等三類紡織布,共七種布料,分別噴上四種類別,共十種化學藥劑後,在自製燃燒箱內燃燒。利用水平燃燒、垂直燃燒、皮膚模擬、煙阻照度等方法,分別測量反應時間、燒毀長度、豬皮升溫、生煙量等,以判定化學藥劑的阻燃效果。以受熱起反應時間慢、延燒速度慢、溫度低、生煙量少為標準,層層篩選出效果最佳的阻燃劑。結果發現,不同布料在燃點、續燒性、氣味、融化、炭化等方面有所不同。也發現每一種布料適用的阻燃劑有些差異,其中以矽酸鈉的適用性最廣。若考慮酸鹼值和生煙量則以氯化銨作為布料的阻燃劑最佳。

六方連塊之矩形大拼排

「多方塊」(Polyminoes)是指一些將數個同樣單位數量之正方塊以面與面相連接而成,並扣除圖形變換(旋轉、鏡射、翻轉)下,所有形成之不同形狀的幾何平面圖形。 曾經風靡一時的「俄羅斯方塊」遊戲就是將5種四方連塊加以旋轉使其緊密堆疊,若無法形成一整列,則使空間愈來愈小,最後將塞滿整個空間而宣告Game Over;而六方連塊共有35種組合,透過「拼排和重組」,可加強對矩形圖形之認識,並對六方連塊之矩形拼圖遊戲的組合變化作等積變換初探。運用切割重組,可深入理解矩形的面積公式。

小蛙人的匍匐前進

有一天晚上看到電視「女兵日記」,其中最讓我驚訝的是女兵的「匍匐前進」,也就是在地面爬行,雙手和雙腳都呈現八字,交互爬行。剛好學校的「園遊會」,也有一個活動,很像「蛙人前進」,只要轉動操縱桿的左右扭動,就可以控制「小蛙人」的匍匐前進,真有趣。 我們從設計製作「小蛙人匍匐前進」的玩具中,發現小蛙人的前進是靠著穿過吸管的繩子和管子間一來一往的阻力,使小蛙人前進,而且會朝向「八」字的尖端前進。如果把試驗器材變大,就可以應用在日常生活中的搬運物品及輸送物品。利用繩索、塑膠管及木板,就可以製作簡易輸送物品的器材,由樓下的人操作,使物資安全的送上去。

駕著手機 乘著光 飛向類3D的世界

本研究探討「浮空投影」相關原理,並比較浮空投影器效果之影響因素,含不同斜面角度的四角錐、相同材料製作三、四、五角錐、不同厚度的透明清玻璃與PVC片及壓克力、相同厚度的黑半透明壓克力與透明壓克力、半反射綠玻璃與透明清玻璃之投影清晰度,以及貼上同廠牌三種不同隔熱紙對強光下投影之改善情形。並針對浮空投影器媒體螢幕影響因素進行探究,含不同螢幕亮度、對比度、濾藍光量、環境照度之投影清晰度。 結果顯示1mm透明壓克力製作的45度四角錐在成本、製作與使用效果上有最佳表現,輕便投影器以市售2或2.5mm A4 PVC膠片製作較優;螢幕則以高對比、高亮度、不濾藍光、亮度高於環境等條件可以達到最佳的投影效果,最後將結果應用在虛實互動浮空投影器及類3D立體投影電話。

落葉終結者-自製掃落葉機

校園落葉每天掃不完又天天都要掃,為什麼我們不能用比較輕鬆的方法來掃落葉呢? 於是,我們研發了「落葉終結者1號-推推掃」,只要往前推動,利用3D列印的反向齒輪,將落葉向後抛後落入收集籃,資料夾當滾輪刷超好用。看到家中的自動掃地機器人,於是我們利用樂高EV3機器人研發出「落葉終結者2號-智能掃」可以自行設定轉速,利用按壓感應器來進行碰壁轉彎,利用超音波測距來防止掉落階梯,它已經能在不規則木平臺及圓洞區自行進行掃落葉工作。目前我們的「落葉終結者1號-推推掃」已經在校園中實地協助外掃區同學掃落葉,證明實際可用。「落葉終結者2號-智能掃」雖然目前只能掃起小型榕樹落葉,但也提供了未來研發大型機種的微型模式。

我不是廢渣—咖啡渣的再利用

將回收來的咖啡渣烘乾後加入適當的賦形劑壓製成小花盆,過程主要在探討以不同的賦形劑及不同的粉渣比例壓製成咖啡渣小花盆,透過撞擊、土埋分解等實驗來測試咖啡渣小花盆,找出最理想的賦形劑及粉渣比例。 實驗結果以各種賦形劑中筋麵粉(7:3)組和中筋麵粉(6:4)組及高筋麵粉(7:3)組所製成的咖啡渣花盆綜合比較性較佳。進一步測試當咖啡渣花盆埋在土中時土壤的PH值變化,發現土壤PH變化不大,維持在弱鹼性。最後進行小菜苗種植實驗,發現菜苗皆能順利成長,無不良影響。2個月後,最終觀察到含有咖啡渣的菜苗成長高度為64cm,而未加入咖啡渣的菜苗高度為57cm。相互比較,加入咖啡渣後,菜苗的成長比率增加11%。