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國小組

疾風吸落葉-自走校園落葉收集機

本研究目的在於開發一款能夠自動吸取校園落葉的類掃地機器人,經參考相關研究和產品型態後,我們構想以落葉收集桶和自走控制系統分開的方式進行實驗和探究修正。 從實驗過程我們得出最佳落葉收集桶吸葉管徑是8cm,吸葉管口風速應高於19mph,吸葉管口離地面最佳高度為2cm。 自走控制系統我們採用Arduino整合影像辨識技術、馬達驅動模組、超音波感測,達到避障、偵測邊界的基本功能,結合兩大系統就能自動在指定範圍輕鬆吸取樹葉、枯枝等,並將其收集到集葉桶中。 本研究產出成品適用於大型的公共場所或樹木稀疏的平面區域。相對於人工清理,自走落葉收集機可以大幅節省人力成本和時間,對於課業繁忙的學生族群特別有用。

我不是蟑螂!別再嫌我髒—潮間帶奇異海蟑螂Ligia exotica之食性及生物學研究

本研究深入探討奇異海蟑螂(Ligia exotica)的生物學特徵及食性行為。從出生到成熟需經歷約18次退殼,耗時約200天。其繁殖行為極具特點:雄性找到即將退殼的雌性個體進行交疊,一旦雌性退「後段」殼,雄性便開始進行多次交尾,接著雌雄分開,雌性便會退去「前段」殼以便於抱卵,抱卵大約需20天。 此外,奇異海蟑螂並非潮間帶的清潔者,雖然單一食物情況下少量攝食腐屍,但並無有效機制能找到腐敗屍體,且在周圍有濕綠藻情況下,會以綠藻為食。此類海蟑螂通常棲息於高潮帶的潮濕岩石下,受到濕度、綠藻分布及潮水變化的影響,活動範圍隨之變化,冬季高潮帶潮濕且綠藻豐富,較少移動位置;但夏季時高潮帶綠藻乾死,會迫使海蟑螂在退潮時往中低潮帶移動。

“魔法隱身與穿牆術”-全反射與光穿隧效應

自然課學過反射、折射和稜鏡色散,於是利用壓克力和不同液體來探討全反射和光穿隧現象,發現降低表面粗糙度能減少散射,以利觀察雷射光路徑;而紅光和紫光的折射角差值可作為色散的簡易指標。此外,液體溫度、濃度及相變化也會影響臨界角;結合不同臨界角可達成「魔法隱身」;結合不同全反射,則可應用於液體高度警示。 同時也探討全反射在介面形成的漸逝波(Ref.[1]),利用液體填入介質空氣縫來降低折射率落差,或是將空氣縫隙減小到幾微米以下,都能讓漸逝波穿越空氣縫來實現「魔法穿牆」,此現象稱作光穿隧(optical tunneling)效應(Ref.[1]),或受抑全反射(frustrated total internal reflection) (Ref.[2]),未來可應用在精密測量領域。

「曲」之有道,「蛤」才知道

本研究以蛤蜊殼粉摻配水泥塊所構形的河道坡堤及形狀為主題,透過自行設計的落錘重力、摩擦力實驗,探討不同比例蛤蜊殼粉摻配的水泥,對水泥塊特性的影響;模擬不同坡道形狀與結構,比較對水流與生物 棲息的影響,結果發現20%蛤蜊殼粉摻配的六邊形蜂巢水泥塊能承重達218kg/ 片,耐衝擊性佳。摻配比例越高,吸水率增加、釋水量較少。蛤蜊殼粉μs≈0.81>顆粒μs≈0.58,蛤蜊殼粉的平均粒徑及偏差值為0.028+_0.016毫米,有利於水中生物攀附。梯形、長方形、平行四邊形的凹凸交錯坡道能有效減緩水流速度和堆積作用且黑殼蝦亦偏好此結構的棲息環境。本研究為了改善傳統水泥溝渠生態不友善的缺點,展現 蛤蜊殼粉水泥塊在生態共融、資源再利用與綠建築應用上的潛力。

「雨」你每滴都來電-「液滴摩擦發電」與「晴雨轉換系統」的研究

本研究主要探討【自製液滴摩擦發電模組】最佳設置條件,並設計【晴雨轉換系統】,不僅開發新綠能 ,也能節省面積讓兩種發電系統並行。 我們用方便取得的材料自製【液滴摩擦發電模組】;設計【可控式液滴滴落系統】模擬液滴落下;利用示波器收集大量數據並制定測量標準及方法。 研究發現【液滴摩擦發電模組】在以下條件有最佳效果:(1)和水平面夾角70度(2)液滴直徑越大、數量越多、導電度越小(3)滴落高度、頻率越高(4)液滴不能重複利用(5)多組並聯(6)發電模組寬度適當。 除了自製【滴雨盆】模擬下雨,也在戶外實測,結果【晴雨轉換系統】正常運作,能發電讓5個LED燈同時閃爍;幫1μF/50V的電容充電,60秒達到23V,雨水真的滴滴都能發電!

飛機下的童年-飛機噪音對學童學習效能的影響

透過訪談與學生問卷,應用Audacity分析飛機噪音頻率與響度變化,進行實驗教學活動,檢測教室內空氣品質。研究結果:每架飛機噪音影響上課時間8-15秒,室外響度92-103dB,教室開窗響度73-85dB,頻率以為高頻(1500~4000Hz)為主,飛機最大架次(20/小時)。 學生問卷分析結果:飛機接近教室時聽不清楚63.87%,影響學習能力47.11 %,體育課影響最60.5%最大,學生交談負面影響47.32%。教室隔音效果不佳76.9%。心理影響32.29%,聽力影響40.6%,噪音要看醫生24.21%。教學活動:在噪音環境下,實驗組的學習效能降低 ,高頻噪音降低36.19 %與低頻噪音28.95%。在噪音環境下,學習效能明顯下降。教室長時間關閉,空氣品質嚴重不良CO2、TVOC、HCHO嚴重超標,建議加強學校隔音與通風設備,冬天要開空調。

響由形生~喇叭狀共振腔對聲音表現的影響

本研究探討喇叭共振腔的波導形狀,對聲音傳播距離、響度和音色造成的影響,我們依斜率變化自製窄頸、橢圓、三角喇叭共振腔進行探究,成功發現形狀影響聲音表現背後的物理關聯。研究結果如下: 1.喇叭狀設計會引導聲波能量更順暢往出口集中傳播,也會改變諧波數量造成音色變化。 2.窄頸喇叭響度增強效果最好,聲音傳最遠。 3.三角喇叭在中低音諧波太多,易產生雜音。 4.喇叭邊界的形狀會決定空氣對流速度,窄頸喇叭空氣流動最慢反而響度最高。 5.聲波遇到喇叭邊界後,產生的干涉會影響傳播距離與範圍:窄頸喇叭能量集中於中央軸線 ,傳播遠,具指向性;三角喇叭兼顧傳播範圍和強度;橢圓喇叭能量均勻散佈腔體,傳播範圍最廣但強度不足。

浮光流轉-走馬燈探究

透過一系列實驗研究走馬燈的設計與性能,探討不同因素對旋轉速度與穩定性的影響。實驗中,用紙杯與卡紙製作燈罩及燃料杯,並測試燈罩的長度、大小、開口方向,以及燃料種類與燃料杯設計對熱氣流的影響,希望能改善走馬燈的運轉效果。結果發現,當空氣受熱上升時,會驅動紙杯旋轉,而開口方向決定了旋轉方向,當開口朝左時,紙杯呈逆時針旋轉,當開口朝右時,則順時針旋轉。此外,我們測試了不同高度與大小的燈罩,變化開洞的數量、形狀與角度,並調整洞口在杯側的位置,以分析其對旋轉效果的影響。這些結果有助於理解熱對流、燃燒機制與機械運動的關係,也為改善走馬燈的設計提供了參考依據。

「黍來寶」玉米廢棄物的隔熱與防撞緩衝包材應用

本研究以玉米廢棄物(玉米苞葉與玉米梗芯)為核心,探討其在隔熱與防撞緩衝材料方面的應用潛力,旨在促進資源再利用與環保理念。研究結果顯示,玉米廢棄物製成的隔熱板材優於市售軟木墊,特別是(0.2 ~0.5cm)的玉米梗芯板材及其雙層設計,展現卓越的隔熱性能。而在緩衝材料實驗中,2cm玉米梗芯的防撞效果最佳,優於市售氣泡布及乖乖粒,顯示其作為緩衝材料的可行性。儘管玉米苞葉因結構鬆散而數據值較差,但可透過密度改良將具應用潛力。本研究證實玉米廢棄物可轉化為兼具功能性與環保性的創新材料,未來可進一步發展加工技術,提升商品價值化與市場競爭力。

神仙豆腐-臭黃荊應用與探討

本研究探討臭黃荊葉製作「神仙豆腐」的科學原理與應用,重點包括:(1)以碳酸鈣取代傳統草木灰作為安全凝結劑,最佳比例為9克葉粉、1克碳酸鈣、500毫升水,凝結效果良好無異味。(2)透過碘滴定法發現臭黃荊與其他飲品、藥材比較,抗氧化能力優異。(3)開發創新食品神仙桂花球,雙層結構設計改善臭黃荊風味與接受度。(4)設計茶包配方,以臭黃荊為基底搭配薄荷、菊花等食藥材,兼具養生功效與適口性。實驗中為了解決科學問題,自製門形抗壓機、滴定終點判讀器、無氧攪拌器等特殊工具;還發現空氣接觸量不一定影響抗氧化力、新鮮葉片抗氧化優於乾燥葉粉等結果。最終結果顯示臭黃荊具有養生食材的開發潛力,突破傳統製作方式與風味限制。