全國中小學科展

國小組

風馳電掣-垂直軸風力發電研究

本研究旨在找出轉速最快的垂直軸扇葉,運用學校常見廢棄品,設計一套能發電的裝置以探索扇葉、風和電力的關係,獲致結論如下: 1.扇葉數量為5葉時,自製垂直軸發電機輸出電壓的平均值最高。 2.扇葉支架長度為20cm時,自製垂直軸發電機輸出電壓的平均值最高。 3.扇葉大小為20cm x 20cm時,自製垂直軸發電機輸出電壓的平均值最高。 4.扇葉轉置角度為165度時,自製垂直軸發電機輸出電壓的平均值最高。 5.所有變項皆會交互影響,調節受風頻率、受風角度的最佳組合可以取得自製垂直軸發電機輸出電壓的最高值。 本研究相關3D模具將在比賽後公開在https://tinyurl.com/y2emzt3h,讓接續本研究內容繼續前進的科學愛好者,能直接打造一組強力的風力發電機。

如鑽石般的璀璨世界~探討多面體

本研究是從正多面體的點線面出發,探尋由二種或兩種以上的多邊形所組的多面立體模型。首先,認識五個正多面體的模型架構,並從正多面體的點線面個數找到了關係式,這就是有名的尤拉公式。 嘗試將正多面體經過重複性截角平切的操作,推演出一個新的多面體,進而演算建立半正多面體的推算模組。在兩次截角的過程中,共產生了21個由兩種或兩種以上的多邊形所組的多面體。其中有十一個柏拉圖截角後的新多面體與阿基米德立體很相似。 從操作中觀察討論,歸納出大截角時,因頂點相鄰有三面,故會形成一個三角形,且原來的面的形狀不變;小截角時,其原來的面邊數會增為兩倍。進而推測出簡單且容易了解的多面體模組,從而認識到各種多面體的組成形式。

「鈴」「感」發光—自製發電扯鈴

「發電扯鈴」是利用「電磁感應」來發電,其關鍵為線圈與磁鐵要有相對運動。我們在同一個扯鈴上設計「快鈴」與「慢鈴」,並使用「軸承」令其產生速度差。經過第I代到第III代的十三個實驗,我們改良扯鈴結構、製作發電線圈,終於製作出不需要裝電池,有別於市售的發光扯鈴。當「快鈴」與「慢鈴」速度差約每秒轉5.63圈時即可點亮LED。

「繞」的徹底研究

兩年前的一次下棋比賽,在討論下棋之餘,我們訂定了棋子進行的規則-「二一四二,逢陰補陽」,而有了『環遊世界一大圈』的作品。而這次的研究則是兩年前研究的加深加廣。「二一四二,逢陰補陽」這個規則是這樣的,「二一四二」說明第一步座標在(2,1)則下一步在(4,2),(6,3)…一此類推,「逢陰補陽」是因為棋盤沒那麼大,所以碰到棋盤的最右邊就跳回到第一排,碰到棋盤的最上邊就跳回到第一列。二年前,我們找出了所有可能環遊一大圈的棋盤,以及該棋盤中每一步環遊一圈的步數;今年我們再研究不能環遊一大圈的情形,也把每一步環遊一圈的步數找出。最後,更進一步利用統寄的方法,找出同一個格子數的所有棋盤,他們步數的相同點與相異處。

細看草漯沙丘

草漯沙丘是桃園市海邊景點的一大特色。本研究經由野外考察與實驗室實驗,觀察沙紋形狀與沙粒運動過程,鑑別草漯沙子的礦物成分;並利用過篩的方法,分析沙丘表層沙粒粒徑分布情況,藉此了解沙粒粒徑、沙紋波長與沙丘坡度的相互關係。 發現草漯沙丘沙粒富含石英、鐵礦、黑雲母與貝殼砂等礦物,沙粒粒徑以( 0.12 ~ 0.16 mm )為主,( 0.16 ~ 0.25 mm )次之。沙粒以跳躍、滾動推移與懸浮方式運動,沙紋的走向與風向垂直,風速過大或沙粒粒徑太小時,無法形成沙紋。沙紋的形狀則受風向、沙粒組成、坡度變化等地形地貌影響。當坡度平緩時,沙紋的波長與沙粒粒徑呈現正相關;當坡度過陡大於10度時,沙紋的波長與沙粒粒徑轉為呈現負相關。

會做仰臥起坐的葉子──記憶彈性葉脈的加工

看過噴水後會舒張的葉脈人造花手工藝產品,我們試著重現並透過各種研究來找到SOP標準製造流程,達到又快、又有效果的量產目的。研究發現「桂花葉」用強鹼煮爛葉肉,保留葉脈的效果最佳、選擇「中年葉」搭配「泡水搓揉法」成功率最高。在「未加工的乾燥情況」下,葉子因為形狀記憶回彈60%角度,「噴水後」葉脈纖維吸水、恢復形狀,額外伸展1/3角度。 在「強鹼環境」加工,吸水恢復角度提高3度、速度沒有明顯差異。「強鹼且加入雙氧水」再次加工後,乾燥情況自然回彈率大幅降低,吸水恢復角度可達90度以上,吸水延伸速度快未加工組3倍,有顯著效果,證實「強鹼有氧環境下,纖維素成為鹼化纖維素達到『絹化』,柔軟度提高、吸水力增強」的效果。

旋轉吧!貝殼! -貝殼製造漩渦原理與變因之研究

我們發現貝殼旋轉能產生漩渦,進一步探討變因、原因和應用。研究過程中,我們自製漩渦檢測裝置,設計量化漩渦的方法。經過實驗得出下列結論: 1. 貝殼最佳放置方式為「開口在上、逆開口轉、開口不封」。 2. 製造漩渦效果較好的貝殼形狀為「紡錘形、棍棒形、琵琶形和梨形」。 3. 推薦最佳製造漩渦貝殼為「玉女象法螺」!使用3V電壓時推薦使用「黑長香螺」。 4. 推論貝殼容易製造漩渦的原因為:(1)為雙錐造型;(2)外型有螺旋向上紋路;(3)內部有螺旋向上的螺管。 5. 3D列印貝殼模型與中心縱切片都能製造漩渦。因此可人工大量製造與應用,不會有貝殼生態保育問題。 6. 製造漩渦貝殼可應用於「中心縱切片取代螺旋槳、360度打氣機、貝殼旋轉冷靜瓶」。

化浮咻為神奇,只給我電其餘不要

日本福島核能電廠的地震災變,再次引起人類重視核電安全,採用再生能源發電或許是減少核電使用及降低溫室效應的可行辦法。老師曾給我們觀看一種旋轉裝置少少的力量讓它一直轉動,這使我們想到這個裝置阻力這麼小,如果用在風力發電機上或許是很棒的點子,在家長及老師的帶領下以科學的研究,探討磁浮軸發電機發電效率與風扇,葉片形狀、扇葉數目等等的相關性。主要發現:磁鐵磁力無法任意控制大小,磁鐵間相對位置稍改變就會引起磁力交互作用跳開平衡狀態,必須堅固基座來穩定磁力交互作用; 雙環磁浮軸以磁力取代軸承接觸轉軸,在小風力下也可轉動發電,可以串接多個扇葉磁浮轉軸增加發電的效果。

金門高粱抗氧化能力探討(二)

研究高粱各類材料在實驗控制下的抗氧化能力。我們用點滴法進行實驗-記錄滴數與重量,並外加獨創的萃液/碘液重量比法(B/A)觀測以減少誤差。 研究顯示:1.幼苗抗氧化能力:黃化苗 > 綠化苗。平均:金門9號 > 台中5號 > 大陸。2. 全株高粱抗氧化能力:果實 > 葉 > 枯葉 > 根 > 莖。3. 全株高粱遮光後抗氧化能力:果實> 葉 >根 > 莖。全株高粱遮光後葉與種子抗氧化能力增加。4. 部份葉子遮光的抗氧化能力:同株有遮光最佳。 5. 果實萃取溫度與抗氧化能力呈負相關性。 6. 常溫萃取及高溫萃取接觸空氣時間與抗氧化能力呈正相關性。萃取液酸鹼pH值與接觸空氣時間呈正相關。 7. 釀酒過程的平均抗氧化能力:液態發酵> 固態發酵。有酒麴 > 無酒麴。不接觸空氣>接觸空氣。

護脊行不行!搖一搖就知道

我們的研究主要在於自製出一個可以檢測脊椎側彎的工具,用來檢測各種形式的護脊書包的護脊效果,並使用壓力感測器測量各式書包,它在我們人體各部位的壓力值,從中我們可以探討出造成脊椎側彎的關鍵因素為何?最後我們找出了最佳的護脊背墊,也研究出可以將普通書包改良成護脊書包的方式。