全國中小學科展

國小組

預見土石-土石流偵測系統

隨著地球暖化、氣候異常、暴雨再加上台灣地處地震帶,土石流的發生就更加頻繁,利用科技進步之便,可以保障每個人生命財產的安全是非常急需的工作。 此次研究製作的偵測模組,使用台灣自行研發的Web:Bit開發板¬、Arduino開發板和樹莓派開發板,透過自製的光纖感測、水銀開關檢測與影像判別等3種模組,獲得土石流發生時變異的光電訊號或影像訊號,確認土石流的產生。同時為提升土石流發生判別與影像識別效能,我們也研發了濕度偵測與自動開關燈之系統。除了比較這三種模式的靈敏度, 可透過手機LINE、電子郵件發出警報,並連結YouTube觀看實際狀況,期許未來可以廣泛運用於各類土質,減少土石流造成的傷害。

型不型?—青斑蝶前翅翅型、面積與越洋行為的關聯

本年度在湖西林投尖山步道標放青斑蝶總數比例為歷年來最高,推測應與風向及青斑蝶抵澎湖位置有較大關聯;雌蝶數量約占總數41.0%,高於歷年平均數值,同時整個研究過程皆維持略高比例,與往年僅存在初期與末期的高雌蝶比率不同,是否為單一年度的偶發現象?有待持續研究。由網格膠片與紀錄紙量尺所得數據顯示,不同測量前翅長的方式皆為可行紀錄方式;青斑蝶前翅長度與寬度的比值約為2,翅型較類似2個等腰三角形上下疊合之寬翼鳶形;以方格法計算青斑蝶前翅面積,發現前翅長與面積平方成正比;以青斑蝶前翅長寬比的差異超過10%來定義不同翅型,僅有1.5%分屬不同翅型,應是族群內偶發差異現象,故可推論青斑蝶前翅翅型並不影響其越洋行為。

「海」底「氯」蠵龜~生物可分解的吸管之探究

本研究利用海藻酸鈉和氯化鈣的交互作用,做出可分解的吸管,並改良一台吸管製造機。添加不同材料製作吸管,成功做出很像塑膠的海藻膠吸管,遇到酸鹼溶液會變色的紫高菜、蝶豆花吸管。影響吸管成形速度是氯化鈣的濃度和浸泡時間,以氯化鈣25%浸泡16分鐘最快,海藻膠的最佳比例為2%。製作吸管以沾取法10秒最快,做出來的吸管必須建立在支撐物上。腐化實驗以海藻膠紙吸管1.74g最好,因海藻膠薄膜分解較快,海藻膠吸管1.4g其次,吸管泡水實驗,因為水中沒有微生物,吸管不會被分解。吸管乾燥方式以除濕機效果較好,烘乾吸管的溫度以20度較不容易變形。使用UV光消毒,成功讓菌落數由45個降低成0個。成本估算上海藻膠吸管一枝約0.8元,使用沾取法更便宜。

滾滾沙塵~探討不同因素對土石崩塌的影響

本研究透過資料蒐集了解臺灣邊坡土石概況,得知臺灣約有50%的土地,坡度都在40°以上,山坡多且地勢陡峭,因此山坡地災害層出不窮。 經設計實驗探究發現:泥沙適量含水可以增加安定角,使泥沙在坡地上較不易掉落,實驗中以顆粒0.21-0.42mm的中砂安定角最大。而混合不同顆粒大小的泥沙及有坡腳的山坡地也可以增加坡地的安定角。當山坡屬順向坡時,土石較不穩定,而加設岩錨可以增加土石的穩定性。 另外,發現震動次數越多及震動力量越大,泥沙掉落量會較多;當山坡坡度達到約35°時,地面震動會有較明顯的影響,土石掉落量也會較多。 最後建議:在順向坡位置,或地震發生頻繁、交通流量大及超過35°坡度的山坡地附近都較可能出現土石崩塌情況,應適度做防範。

「植」彩堆「蝶」,紙色迷人

本研究探討將蔬果粉調製成染劑,染印到紙張中,製成蔬果畫紙,使其變成趣味科學玩具,透過玩中學的方式,提升同學們的學習動力。 為了將顏色科學化的呈現,特別研製一套色彩鑑定方式進行後續實驗。對於要染印的紙張選擇,從吸水效果、暈開程度、烘乾後捲曲度、著色效果、顯色效果,以及保色效果等面向,綜合評估後紙張選用最符合條件的達文西設計紙。 最後染劑的調製,以濃度、浸泡時間、保色、複合蔬果配方等進行探究下,發現染劑以蝶豆花粉為基底,混合薑黃粉、甜菜根粉、藍莓粉與桑葚粉,配置成濃度2%,並加入濃度5%鹽水強化保色效果與濃度3%維他命C水強化色彩飽和度,浸泡1小時再低溫烘乾,可產生最多種的顏色變化。

角鴞直播間-北部領角鴞的育雛研究(以新店淺山為例)

由於人類的開發,領角鴞繁殖時依賴的大樹逐年減少,因此本研究在校園中設置人工巢箱,希望提供領角鴞適當的育雛環境,並在巢箱內架設紅外線攝影機,利用錄影畫面研究領角鴞親鳥的育雛過程、行為和食性,觀察時間自2021年1月至5月中旬,研究發現領角鴞成鳥生蛋前會對多個巢箱進行探巢,探巢行為有鳴叫、觀察和整理巢箱,蛋平均孵化天數約為28天,幼鳥孵化到離巢天數大約為25天。孵蛋和育雛期,母鳥外出高峰時段為剛入夜與天亮前,育雛期外出次數與時間都較孵蛋期多且長。公鳥繁殖期間擔任捕捉獵物給母鳥進食或是餵食雛鳥的主要角色,新店淺山區域領角鴞繁殖期食性以外來種斑腿樹蛙為主食,架設巢箱吸引領角鴞繁殖有抑制斑腿樹蛙的生物防治功能。

舞動「迴」旋──迴力鏢飛行能力與迴力效果之探究

本研究欲探究迴力鏢的飛行能力與迴力效果,並將其飛行能力區分為:滯空時間與飛行距離兩項。我們的研究發現:影響迴力鏢滯空時間、飛行距離、迴力效果,最重要的因素是「重量」、「翼面長度」、「翼面夾角」:「重量」越重,「翼面夾角」為90度時,迴力鏢的滯空時間、飛行距離、迴力效果越佳;「翼面長度」越短、「翼面重量」越重,則迴力鏢的滯空時間、飛行距離、迴力效果越佳;「翼面寬度」越寬、「翼面長寬比」比值越小,則迴力鏢的飛行距離越遠;而迴力鏢外型對迴力鏢的飛行能力、迴力效果沒有顯著影響,但V型迴力鏢是飛行能力、迴力效果最差的迴力鏢。由此可知:重量越重、翼面長度越短、翼面重量愈重的迴力鏢,其飛行能力與迴力效果最佳。

水箱滿隔形-探討運水車翻覆因素

運水車翻覆的新聞,讓我們膽戰心驚,為什麼運水車會翻覆成四輪朝天?消防車的水又為何低於半滿水位時,需要漏光比較安全?在五年級自然【力與運動】中,得知物體受力時,運動狀態可能會改變。本研究探討水箱的水重,水箱有無隔間及水箱形狀對運水車行駛時的車速變化影響。透過自製傾斜穩定度檢測器,發現不同水量下,半滿水位的八角柱水箱,所能承受的翻覆角度最小,因為水往低處流,水又比空氣重,造成重心偏移而翻覆;相同水量下,重心最低的三角柱水箱能夠承受最大的翻覆角度。 根據實驗結果發現,裝滿水、有隔間、都可以降低水的搖晃程度,減少水的質心因慣性流動而不斷偏移中心的機會,可以降低車子翻覆的機率。

海潮之聲-天然海螺音箱

軟體動物許多科別的貝殼具有彎曲的號角結構。經篩選合適形狀、大小、種類,以大白蛙螺、夜光蠑螺、椰子渦螺、栗色鶉螺四種材料進行研究,利用X-ray拍攝貝殼透視圖,進行平面測量內部結構與聲音通道的長度;切除塔尖,埋入藍芽喇叭製作成貝殼音箱。播放無和弦版本鋼琴演奏樂曲,隨機選擇聆聽者表達主觀感受,並且客觀使用儀器檢測。結果顯示以貝殼製作的音箱,能夠有效將聲音擴大,而音頻沒有顯著改變;透過轉換,將聲音轉換成聲紋圖圖象化顯示,證實貝殼音箱導致聲音在通道內產生交疊干涉,使音色大為改變。聲音的響度與音調,可以使用儀器客觀證明,科學儀器可以證明音色不同,但無法給出何種音色屬於好聽,音色終究歸於個人喜好。

數一數 - 方格紙上的正方形和長方形

運用方格的格子點試著連出正方形和長方形,我們發現這些連接方法的類型和規律,並歸納出正方形和長方形數量的通式。(1)正方形︰奇數邊長總數=(N2+4N-1)/4;偶數邊長總數=(N2+4N)/4。(2)長方形分三種結果︰(a)正長方形總數︰(N2-N)/2、(b)斜長方形45度角總數︰奇數邊長(N2-1)2/4、偶數邊長(N2-2N)/4。(c)斜長方形非45度角總數有規律,但無通式。