全國中小學科展

國小組

『2002』之新大禹治水

水是我們生活的必需品,缺水不可,但是水太多也會造成災害。從古代的大禹治水,到現代的科技,仍然無法戰勝水,只能疏通、順水的特性而導之於海。橋是路的延伸,為了便利交通,所以蓋了無數多的橋。最近幾年,賀伯、納莉、、、等颱風,造成許多災害,房子、車子被水淹了、橋樑被沖斷了。於是我們做了很多實驗,來探討基隆河水災的幾個因素:截彎取直、橋墩的數量(形狀)大小、橋墩的配置、貨櫃、是否和水患有關?也比較出如何架設橋樑最不會影響水流,並檢驗『瑞芳分流』的有效性,最後提出新的構想-『三貂嶺分流』,希望集思廣益早日解除基隆河的水患,更可作為台灣省各大河川參考。

『紙』上談『冰』

如果單純只用報紙不加水去結冰,報紙卻不堅固,只用水去結成的冰也很脆弱。可是將兩者合而為一,卻可以製造出超堅硬的而且保冷度較久的報紙冰。是否也有某種物質加水後也可以產生類似的效果呢?我們使用各種吸水性良好的物品來做實驗,例如:洗車海綿、普通黃色海綿…等。進而發現到許多不可思議的現象,而我們更利用它們獨有的特性,開發出全新的產品。像是利用黃海綿吸水結冰後仍然保持柔軟的特性製作出神奇柔軟冰敷袋;插花海綿的超強吸水性製作不滴水的冰塊;以及白海綿細緻的纖維不僅可以吸水結冰後提供冷源,更可以隔絕外界的熱持續保冰而製作出冰鎮涼杯。

進擊的螞蟻—螞蟻繞圈的終極奧義

本研究源於參加Power Tech科技創作競賽,螞蟻雄兵的機械獸要兼顧「接力賽」與「繞圈賽」,因此進行研究。結果發現: 一、不同驅動方式:以馬達並聯、四輪驅動、交換後齒輪排列方式,是最佳速度組合。 二、不同輪子設計:平面輪、輪長17.1cm、間距2.1cm、輪直徑17.1cm和14.25cm的組合、 全止滑,是最快速的設計。 三、不同摩擦力:以止滑墊黏貼四輪,走得最快,繞圈也比較好。 四、不同身體設計:彎曲角度55度、連桿2公分,繞圈圈數多。 五、不同重心位置:重心在內、車軸偏內,繞圈圈數多。 六、兼具速度與繞圈的條件:馬達並聯、四輪驅動、平面輪、全止滑、彎曲角度55度、重心在內、車軸在內,調整原型齒輪排列、輪長11.4cm、間距3.6cm、輪直徑11.4cm(2:2)的組合,在競賽中會有較佳效果。

「蕨」妙好計-探討蕨類孢子囊的結構、孢子彈射機制與演化的關係

好奇著生蕨類到較原始蕨類的孢子囊開啟,在周遭環境找到十二種進行研究。結果顯示,擬蕨和厚囊蕨類孢子囊厚且無柄,孢子直接掉落;原始薄囊蕨海金沙頂生環帶開啟未彈射,芒萁與鬼桫欏斜生環帶具短柄與無柄,五種較進化薄囊蕨垂直環帶具長柄和唇細胞,開啟並彈射;孢子受保護減少。環帶構造和水與空氣移動影響開啟角度、機制和射程,伏石蕨平均開啟角度最大,杯狀蓋骨碎補平均每秒開啟最快;海金沙和芒萁為第一類型槓桿,鬼桫欏、伏石蕨為第三類型,鹿角蕨、毛蕨、台灣山蘇花和杯狀蓋骨碎補為第一、三類型;開啟角度與射程成反比,推測與生長方式有關。擬蕨、厚囊蕨和原始薄囊蕨多為地生,較進化薄囊蕨多為著生;最後,分析演化過程並繪圖。

『蒸』有學問! ──智慧化水煮蛋之冷凝物理機制與電鍋節能技術探討

本研究運用電鍋加熱過程中之冷凝物理機制來操控水煮蛋熟度,既節能又可同時蒸製多種熟度水煮蛋。研究分析電鍋內溫度變化、斷電時間、盛裝容器內之冷凝水量、水煮蛋熟度等資訊發現:電鍋容量和外鍋水量會決定鍋內升溫速率和加熱時間,進而影響水煮蛋熟度。此外,雞蛋數量會影響水蒸氣之冷凝循環利用,因而延長加熱時間和提高熟度;若將雞蛋以容器盛裝,則會因容器大小和雞蛋堆疊方式阻礙部分冷凝水之循環利用,縮短加熱時間和降低熟度。若要節省電能和時間來蒸製同熟度水煮蛋,可選用小電鍋、減少外鍋水量、以燜鍋替代。最後,以不同方式堆疊雞蛋、包覆鋁箔,再搭配適當外鍋水量和燜鍋時間,可以同時蒸製出多種熟度水煮蛋,進而達到智慧化之效果。

拒絕惡作劇之蚊-校園天然防蚊策略研究

本研究將針對蚊子的視覺和嗅覺做一系列的實驗與研究,研究過程中將避免使用化學殺 蟲劑,而是利用各種具有環境保護概念的天然素材,逐步找出蚊子厭惡的顏色和氣味,用以 驅離蚊子;另外也探究出蚊子喜愛的顏色和氣味,用來吸引蚊子,並殺死蚊子。 在本研究中,同學們還利用寶特瓶製作了可捕殺蚊子的捕蚊瓶,並在校園裡蚊子較多的 地點進行實驗,因而驗證了這種捕蚊利器,確實非常有效;也建議能夠推廣至全國各地廣泛 運用,對於減少登革熱疫情,會有很大的幫助。

藍色夢幻—硫酸銅結晶的研究

我們用糖度計來推算硫酸銅的濃度,調配所需的硫酸銅溶液。發現適合培養硫酸銅晶體的濃度為24~26°Brix(39.9~44.4g)。懸吊的晶體重量比置底晶體增加較多,厚度較厚,而置底晶體長度增加較多,厚度較薄。硫酸銅多次培養的晶體形狀維持不變,正面為平行四邊形,兩側面形狀較不規則且不平整,易出現混濁不透明,且原有晶種形狀會保留在晶體內部。晶面多為成對平行出現,晶面夾角固定為60゚、120゚、70゚、110゚、145゚、155゚。 通電後的硫酸銅溶液培養晶體,靠近負極硫酸銅晶體的成長速度較慢。磁力對於硫酸銅的晶體成長,沒有明顯的差異。硫酸銅晶種用棉線纏繞包覆後,仍然能維持固定晶型成長。在同一杯硫酸銅溶液中,放在越下面的晶體成長速度越快。

豆形拳蟹的求偶與交配行為

豆形拳蟹在人工飼養的情況下非常容易形成配對的情形,並且進一步發展出交配的行為。豆形拳蟹的求偶是由雄蟹採取主動,雄蟹用第一對步足鉤住雌蟹的螯足或步足基部,形成雌蟹在前雄蟹在後一起活動的情形。配對後許多豆形拳蟹會發展出交配行為。交配時雄蟹在雌蟹的前面,雄蟹面對雌蟹把身體垂直地面:並用螯腳抱住雌蟹,雌蟹則維持原來姿勢:只把身體稍微抬高。交配時間平均為 75.6 分鐘。交配時雄蟹體型並不一定比雌蟹大,抱卵雌蟹也會進行交配,雄蟹也會和雄蟹形成配對並試圖交配。

方格內的數字和

本研究是以環球城市數學競賽2000 秋季賽國中組初級卷4×4 方格的填格問題,尋找解答,試圖從解題過程中,發現填格的規則,進而延伸應用至N×N 方格。研究分析,方格內的空格可分成四個角落位置(只有2 個相鄰的方格)、邊緣位置(有3 個相鄰的方格)以及內側方格位置(有4 個相鄰的方格)三類,進而運用 這 三 種 圖 形 來尋求出填格規律。研究結果顯示,在N×N 的方格中,當N 為奇數時,無法找到覆蓋方式;而當N 是偶數時,可以找到覆蓋的方式,並進一步分析研究,當方格是N×N=(4T)×(4T)時,數字總和為4K2+2K,當方格N×N=(4T+2)×(4T+2)時,數字總和為4K2+6K+2;同時觀察所繪製的解圖,無論是(4T)×(4T)或(4T+2)×(4T+2)類型,均是為左右對稱的圖形,除了可應用所推得的公式來求解之外,亦可直接迅速繪製這二類的解圖,以解決題意。

抗流感有妙招~探討教室門窗開關與空氣對流、溫度的關係

冬天時,教室的門窗該如何開關,才能使得教室內的溫度驟降最少且教室內空氣流通,讓學生和老師不會受冷風侵襲又可以安心又舒適的在教室教與學呢?我們將教室區別為上半部和下半部,無人的上半部希望對流旺盛;下半部則希望降溫緩和,避免位於下半部的老師和學生感到寒冷。並分別考慮無風時,空氣自然對流的狀態以及東北季風時,風從教室右邊向教室吹襲的強制對流狀態。經由實驗與數據的分析結果,我們得知在冬天無風的自然對流狀態下,以下課十分鐘的時間考量,開門窗方式以打開教室兩邊的上排的窗戶為最佳的選擇;而在東北季風盛行,風從教室右邊吹向教室的強制對流的狀態下,以十分鐘後的時間考量,打開教室兩邊的上排的窗戶仍是適合的開窗方式。因此冬天不論有風或無風,想要教室內空氣流通,又不希望溫度驟降,最適合的開窗方式為打開「兩邊上排的的窗戶」。