全國中小學科展

國小組

逆水「停」舟,不進則測阻力

上學期我們參加學校「水上足球機器人比賽」,比賽成敗的關鍵是機器人移動速度。相同動力下,船底的形狀會影響機器人前進的速度,我們裁切保麗龍板並加上動力讓保麗龍船能在壓克力水槽內移動,之後改良用珍珠板,讓船沿著軌道直線前進,配合資訊課程式語言(micro:bit),自製測量珍珠板船移動速度的器具。 實驗發現:軌道的形式會影響珍珠板船的移動速度,因而改變研究方法,讓船不動,水流動來測阻力:用抽水馬達製造水流,船頭挷細線,透過滑輪改變拉力方向,一端垂吊重物,水流動時重物減少的重量即阻力。我們製作許多不同長度的船板,測量不同長度受到的阻力,並增加載重及改變水流強弱,試著研究船的長度、寬度、載重、水流快慢和阻力之間的關係。

「囊囊」上口-新型水膠囊之研發

本研究首創「新型真雙層膜水膠囊」製法:「先製膜再裝水」改良舊式「冰式水膠囊」的限制和缺點,並發現最佳製作濃度為3.0%海藻酸鈉與1.0%氯化鈣溶液組合。此組合製成的水膠囊耐重力為1830gw,是冰式水膠囊的 4 倍之多,耐拉力755.8gw、耐摔力188cm,都遠優於舊式水膠囊,TDS 總溶解固體量19.6mg/L,符合飲用水標準,且其抗穿刺力測試明顯優於市售手搖杯的封膜。至於耐冷熱測試,可耐冷至-18oC、耐熱至100 oC,非常適合冷熱飲之應用。尤其是國內首創之「創意形體膠囊」–三角體膠囊及方形體膠囊的開發,成功包裹各種飲料、佐料與防疫用品。我們的新型水膠囊,無論在雙層膜的創意設計、性質、形體及應用各方面,都提供食品「囊囊上口」、生活環保減塑新契機。

「墨」世不忘~天然鐵膽墨水之製作與最適化探討

本研究旨在加入五倍子、綠茶等天然材料以製作環境親和力高之鐵膽墨水。將自製墨水分為三代製作,以色差儀與軟體ImageJ測量顏色,找出最適化比例。綜合所有測量數據,自製墨水之最適化比例為五倍子100公克,水80毫升,硫酸亞鐵2公克,阿拉伯膠2公克,丙酮1.5毫升者,其特點如下: 1. 添加愈多五倍子,其顏色愈深,添加100公克五倍子K值為99%;市售墨水K值為95%。 2. 墨水加入丙酮,具有乾燥速度跟市售墨水相同及顏色變化微小的特點。 3. 五倍子墨水遇水不易暈染;單寧酸粉及市售墨水較無法防水。 4. 自製墨水顏色受日曬影響較小;市售墨水受影響較大。 5. 五倍子墨水筆跡較市售墨水具有良好的保存效果。

「瓜」熟酵弱 – 木瓜蛋白酵素天然美白牙膏

研究木瓜樹的木瓜蛋白酵素活性及萃取、純化方法製成的自製木瓜蛋白酵素牙膏。以氫氧化鈉滴定法測量酵素的活性,本研究發現,木瓜樹未成熟的果實,木瓜蛋白酵素活性最高:氫氧化鈉平均滴定體積 3.93 (mL)。以純水萃取後再過濾的上清液,經超音波震盪、pH 7緩衝溶液浸泡、烘箱50 ℃ 乾燥,活性是置於室溫25 ℃ 的2.11倍。以硫酸銨純化,活性為未經純化酵素的1.63倍,最後以豬腸膜分離硫酸銨。自製木瓜蛋白酵素牙膏,能分解口腔內的蛋白質表膜層,除去最難去色的咖哩粉色素,增加自製木瓜蛋白酵素牙膏與咖哩粉唾液混合液間的反應時間為5 分鐘,以自製木瓜蛋白酵素牙膏0.5 g添加市售木瓜蛋白酵素牙膏0.5 g,潔牙後的色差值ΔE 1.49最小,優於市售木瓜蛋白酵素牙膏ΔE 2.05。

因「材」施計-觀察倍數關係,推理原始密碼

在數字2~100之間,約定取哪五個數字,每個數字有五張牌。 每次遊戲,提問者從這二十五張牌中抽五張作牌組。 答題者用乘法提問,以較少提問次數答出牌組數字者,獲勝! (一) 解題步驟 (1) 問五張牌相乘,找出具有特殊質因數的牌; (2) 找出牌組中,會造成乘積相同的組合,問其中最大數字的倍數相乘。 如果執行步驟(1),尚未完全解題,就執行步驟(2); 如果執行步驟(2),尚未完全解題,再次執行步驟(2)。 在這個規則之下,可以依序確定五張牌。 (二) 提問次數 第一題問五張牌相乘的質因數分解,出現 (1) 四種以上的質數,直接得知五張牌數字; (2) 三種質數,最多加問一題; (3) 兩種質數,最多加問兩題; (4) 一種質數,最多加問三題。 在這個提問上限之內,一定可以成功解題!

飛天遁地虎父子─貝氏虎甲蟲動物行為之探討

貝氏虎甲蟲多在溪流附近開闊明亮處活動,有趨光性,成蟲活動範圍雄蟲大於雌蟲。捕食模式因獵物體型或移動類型差異有不同階段,獵物偏離追擊方向時突然改變角度且速度在4.0/ms以上時,易「重新鎖定」;對接近地面的獵物反應明顯且偏好較大型獵物。 雄蟲對動態雌蟲反應較明顯,會主動咬上交尾,雌蟲偏好產卵於潮濕、水平土層。幼蟲偏好潮濕、沙質、明亮土層築巢,土層深度達2倍以上體長時較能穩定棲息;捕獵時以頭與前胸塞住洞口,藉光影變化感覺獵物,以頭與前胸的彈器及腹部1-5節快速後甩彈出捕食(最快約34.9cm/s)。土層狹窄時會築延伸穴道。土坡越斜挖掘角度越大。淹水時築土門塞洞,土門深度與水量大小有關。

惜食新選擇 — 打造零浪費午餐剩食地圖系統

本研究因應生活中觀察到學校營養午餐有許多剩飯剩菜問題,期待能讓食物在倒進廚餘桶前發揮終極價值,結合聯合國「2030永續發展目標(SDGs)」第二項「消除飢餓」的願景,設計一款在班級裡就可以知道哪裡有剩餘營養午餐剩食的「午餐剩食地圖系統」。首先,將裝有食物午餐菜盆放置在HX711秤重感測器設備上,再連接物聯網開發板ESP32;接著,以BlocklyDuinoF2編輯可連接Google試算表和Line群組的積木程式,透過無線wifi在特定時間內收集重量數據回傳到Google試算表、Line群組和Dashboard長條圖,讓大家能夠知道哪個班級還有午餐剩食可以取用,並知道班級已食用菜量與營養素含量,我們期待珍惜食物、減少剩食從校園開始,讓「午餐剩食地圖系統」成為校園午餐必備的惜食新選擇。

「掘」處逢生—東北角潮間帶近緣皺蟹Leptodius affinis之生態與挖沙行為探討

近緣皺蟹Leptodius affinis是一種小型的潮間帶螃蟹,主要棲息在有沙且上面有石塊的區域,以蛻殼成長,夏季蛻殼較頻繁,繁殖季在4-9月,具有固定的挖沙模式,會先在沙上爬行,碰到石頭,便背靠石頭,利用步足來回挖掘,並利用螯推開沙子,使自己沿著石頭下緣進到沙內。但牠們並非隨時都能進行挖沙,當沙子沒有淹水時,頂多僅能半個身體進去,也就說退潮時在沙內的近緣皺蟹應該都是有淹水時就已經進去,等潮水再漲上來時,才可能爬出來活動。那為什麼要挖沙且又讓自己被石頭壓著呢?我們發現有幾個重要原因:1.受海浪影響小;2.環境溫度穩定;3.可躲避天敵及彼此間相殘;4.可遮光;5.退潮時,沙內不但保有較多水分,且正好可以緩衝石頭的重量。

咖啡濃度的密碼

想藉科展來自製方便準確的濃度咖啡機。 市售即溶咖啡粉經本研究顯示:(1)咖啡濃度越高測紙殘留色越深。濃度>6.542%達飽和。(2)咖啡溶水呈弱酸,pH與咖啡濃度呈負相關。廠建議濃度1.32%其pH為4.94。pH<4.57時不易判別濃度為不全面的濃度測法。(3)電導度與咖啡濃度呈正相關。建議濃度1.32%其電導度為110mho/cm。電導度在中高水溫時不穩定且無法判斷飽和為不優濃度測法。(4)TDS與咖啡濃度呈正相關。建議濃度1.32%其TDS為600 PPM為可行濃度測法。(5)光敏電阻反應電壓與咖啡濃度呈負相關。建議濃度1.32%其反應電壓為0.32V為可行濃度測法。(6)TDS與水溫呈正相關、光敏電阻反應電壓與水溫呈負相關。(7)運用光敏電阻反應電壓來自製咖啡濃度控制器是可行,準確率約為82~97%。

忘「黏」之「膠」—光柵壓印對乾式膠帶效果之研究

因為對壁虎攀爬能力有興趣,我們決定研究不黏手的乾式膠帶!藉由自製穩定施力的檢測裝置,進行乾式膠帶作法和變因探討。 我們發現矽膠最適合製作乾式膠帶,壓印板推薦柵欄結構的光柵。當光柵刻線密度越密,剪切力越大!1000條光柵乾式膠帶(剪切力853 g/cm2)是市售奈米膠帶的2.75倍! 矽膠壓印可達到1µm單位,我們稱為「微米壓印」,是小學生就能使用的技術! 光柵形狀會影響剪切力!訂製光柵太昂貴,我們藉由雷雕「模擬低密度光柵」形狀。 推薦橫向、同心圓及正六邊形,形狀越小越密,剪切力越大。 我們研發出7099和台AB光柵乾式膠帶,擁有不黏手、無殘膠、易剝離、單雙面皆可用、彩虹光澤特性,水洗能恢復黏性、還能當作光柵及二次壓印光柵,具有推廣價值。