全國中小學科展

國小組

「光」芒非你莫「鼠」

本研究透過紀錄小鼠的能量代謝與行為分析,探究光照環境與小鼠內在晝夜節律的相關性。相較於晝夜週期正常的小鼠,日夜顛倒與全光照的小鼠能量代謝皆呈現減少狀態,學習能力也大幅度減弱。但日夜顛倒組的小鼠到了第七天會逐漸同步外部光照,呈現了類似調整時差的狀態。此實驗發現透過「光照」可以驅動與調整小鼠內在的晝夜節律。 若以小時為單位小規模破壞光照週期,實驗發現四天內可以被小鼠的內在晝夜週期調整回來,五天後則會對小鼠的生理產生明顯的影響,導致小鼠產生肥胖、便秘、運動能力衰退與學習能力低落等狀態。不同波長的光照實驗裡,相較於照射紅光、黃光長波長的光,照射短波長藍光與紫光的小鼠在生理數據與行為模式會產生較大的變化。

泉湧不止

本研究主要目的是利用國小四年級自然【水的移動】單元中【連通管原理】製作不需要電力的噴泉。藉由四個不同的實驗設計,讓我們更瞭解課程所要傳達的觀念;透過實際操作的過程,了解噴水高度、水位高低與噴嘴大小的關係,重現古希臘數學家希羅(Hero或Heron)所發明的噴泉 (Hero’s fountain)。 實驗(一): 水位高低與噴嘴大小對連通管噴泉的噴水高度影響。 實驗(二): 水位高低與噴嘴大小對希羅噴泉的噴水高度影響。 實驗(三): 藉由簡易的寶特瓶結構,實現希羅噴泉現象。 實驗(四): 藉由不同管路設計,設計可循環噴水的希羅噴泉。 本研究的驗證結果:實驗發現,水位高低、噴嘴大小,對噴水高度有直接的影響。同時也成功地藉由管路的設計,實現可持續噴水的希羅噴泉。

「錐」根究柢

我們研發「液壓手臂降落器」進行「圓錐型潛艇」的沉降實驗,發現潛艇以『頂點朝下』或『頂點朝上』的方式沉降至水底的姿態大不相同。本研究則讓潛艇以『頂點朝上』方式落下,它在水中會先180度翻轉後,再左右搖擺下潛至箱底,沉降路線猶如一個「?」-大問號,引發我們想對「問號」裡所隱藏的科學奧秘追根究柢! 研究中發現「圓錐型潛艇」的高度、斜邊長、口徑、重量、對稱性,都會影響其在水中的沉降現象,我們還利用潛艇頂點「朝上/朝下」而「有/無」翻轉現象的特點設計一款【翻轉力道量測儀】,而各式潛艇所量測出的翻轉力道竟與其在水中的翻轉距離有高度相關!最後在圓錐型潛艇上裁剪出V型、扇葉等變化,讓潛艇可在下潛過程中邊旋轉邊沉降!

美”笠”天”鵝”壺—潮間帶笠藤壺(Tetraclita)與鵝頸藤壺(Pollicipes pollicipes)生物生態及蔓足行為之研究

藤壺是潮間帶常見但又容易被忽略的固著性生物,我們透過對笠藤壺(Tetraclita)與鵝頸藤壺(Pollicipes pollicipes)在生物生態上的調查與實驗,進而分析牠們在蔓足行為上的差異。 我們自行設計透明模板來替笠藤壺做記號,清點方框內易混淆的上百隻藤壺族群,另外也利用3D列印技術製造出10倍大的笠藤壺模型,了解到蔓足面對水流時,內部受刺激大,因此較易伸出蔓足。 笠藤壺伸出蔓足的最佳條件是中強水流朝向蔓足,間歇性的沖擊,水流太弱或太強蔓足伸出都不明顯,因此蝙蝠洞的笠藤壺多數是背向大海,面向岩石回流的水來伸蔓足,若沒有完全面對水流,還可轉動蔓足來調整;而漂浮性的鵝頸藤壺因一直在海上漂動,很容易就伸縮蔓足,轉向主要依靠柄的擺動,使自己容易接觸海水。

天然的尚好—執迷不「霧」

日常生活中總會遇到起霧的時候,霧氣的產生會影響視線,造成不便。市售防霧劑多為化學合成物,我們希望能找到環保、天然的防霧劑。 本研究將植物分成幾個類別,嘗試找出防霧效果較佳的植物種類。利用自製的霧氣觀察箱探討在不同材質、不同時間、不同偏光效果下,各種植物汁液產生的防霧效果差異。 研究顯示植物汁液在玻璃的防霧力比壓克力好,沉水性植物汁液在玻璃或壓克力上都有較好的防霧力;偏光鏡能當作使用防霧劑後改善視線的輔助工具,用植物製成的環保酵素防霧效果也不錯;植物汁液具有界面活性,能降低水的表面張力,在灰塵防制上應該也能看出效果。利用植物防霧防塵既環保又簡便,值得大家研究推廣。

當我們連在一起-探討流體連通阻尼器應用於建築物減震分析

本研究利用自製連通阻尼器、自製模型屋、自製地震模擬器,將連通阻尼器配置在低樓層模型屋,用手機APP軟體偵測震動加速度,檢驗減震效果。研究結果:(一)連通阻尼器最佳阻尼強度:流體濃度5~20%,強度700~1500公克力。(二)連通阻尼器最佳配置:阻尼反向、配置前後方向、傾斜角度30度、與主震動方向夾角30度、連通阻尼器配置越多。(三)建物結構與震動大小的影響:模型屋樓層重量越重、樓層越高、結構強度越差、震動加速度越大時,減震效果越佳。(四)連通阻尼器的減震效果:最大加速度平均減震百分比為32.5%,平均減震值為107.6gal;平均加速度平均減震百分比為25%,平均減震值為48.6gal。連通阻尼器減震效果佳,可作為製作速度型阻尼器的參考。

天搖地動~耐震屋研究

台灣位於地震帶上,常常會有地震發生,我們自由創作、設計耐震的房子,然後進行一系列有關耐震屋的研究。結果發現: 一、模型屋中樑柱結構:樑柱分段的振動時間>不分段振動時間,房屋樑柱不分段較快停止振動。 二、模型屋中振動時間長短:模型屋Ⅱ>模型屋Ⅲ>模型屋Ⅳ。相同面積下,愈接近正方形的模型屋震動時間較長。 三、模型屋在垂直振動下:不管是幾層屋,樓層越高,振動時間越長。 四、模型屋在水平振動下:四層屋以上,樓層越高,振動時間越長;三層屋以下,樓層越高,振動時間越短。 五、減震效果:X型減震器>滾珠型減震器>阻尼器型減震器。 六、根據研究最佳耐震屋:房屋樑柱不分段、X型減震器、三層屋以下是頂樓;四層屋以上是一樓。

筆來就轉

用手指當作支點,利用槓桿原理和相關物理原理,將筆桿在五指之間的空隙來回轉動,做出如行雲流水般的技巧,這就是「轉筆」。轉動筆桿跟握筆手勢與施力位置有相關,要成功的轉動筆桿而不是彈飛掉落,須符合3個條件:1.筆桿長度需適當(>12.0cm);2.筆桿重量不能過輕(>8.0gw);3.要掌握注重心調整支點位置。而我們也發現:1.筆桿越長,轉動越順(以15.0~25.0cm最佳);2.筆桿兩端平均增加重量,轉動越容易成功;3.直徑1.0公分的筆桿最好轉動;4.螢光筆最容易轉出各種技巧;5.有蓋的筆,須將蓋子移到另一端,增加長度與平衡重量才好轉動;6.大部分的筆都適合正轉與迴旋;7.按壓筆會因為筆夾影響反轉及彈筆,要注意拿筆的方向,才能順利轉筆。

一二三犇牛山,山上尋找古海灘-碎屑化石密集層與油氣環境之探討

本研究對象為台南市牛山剖面六重溪層內碎屑化石密集層,透過野外調查與模擬實驗,分析六重溪層上部化石密集層,與下部油氣儲集層關係,並推論牛山地區古今的地理環境。 我們發現這些密集層的化石種類,具有相似的地質現象,因此重建碎屑化石密集層間的關係 ;並採集沙灘現生貝類與觀察碎屑分布,透過破壞實驗與水流實驗,了解貝類被破壞成碎屑 的能量,與碎屑被搬運堆積的過程。 本研究針對岩塊孔隙率測量,提出獨創的浸沒白油法,並與專業儀器測得孔隙率之砂岩比較,證明具備準確性。透過高解析度的電腦斷層掃描圖,分析砂岩中孔隙的分布情形;並推測六重溪層下部油氣儲集層,其地層條件與上部碎屑化石密集層類似,為膠結較不緻密的鈣質砂岩地層。

未來式電梯

本研究主要觀察葡萄在汽水中吸附二氧化碳氣泡而上升下降的浮沉現象,因此我們構想如果能研究出讓葡萄在汽水中穩定移動的條件,或許我們可以建構出不用電力也不用鋼索的未來式電梯藍圖。 當我們選用蘋果西打作為實驗用的汽水,並控制葡萄的變因,以及以半剝皮葡萄的方式呈現,則效果最佳;若要藉由鹽析效應與小蘇打水與檸檬酸產生二氧化碳的方式時,同樣的控制葡萄的變因,將葡萄以不剝皮的方式呈現時效果最佳;使用小蘇打水加醋也可以讓葡萄有上下浮沉的現象;當在葡萄外表塗上指甲油可讓較多的氣泡吸附,但是必須克服移動次數少的問題。最終我們發現最佳的條件為:8公克且密度大於或等於1的半剝皮的葡萄配合蘋果西打的浮沉效果最佳。