全國中小學科展

自然科

小兵立大功—校園與社區區域性風力發電之研究

根據法拉第電磁感應定律,我們進行了一連串的風力機發電實驗:一、我們使用瓦楞紙、木片做出不同片數、表面積、攻角的旋轉翼,探討這幾個變因對風力發電機輸出電壓的影響。二、我們製作了不同匝數的線圈,使用磁場強度不同的稀土強磁,探討這些變因對風力發電機輸出電壓的影響。三、我們還應用模組化的觀念設計出一個可以改變線圈位置的發電機,探討改變線圈與磁場位置對風力發電機輸出電壓的影響。四、為了評估我們的校園及附近社區是否有進行風力發電的條件?我們進行了為期數個月的校園風力評估研究。

候風地動儀真的會準嗎?地動儀的自製與探討

我們成功設計了「組合式」地動儀,兼具立桿式和懸吊式的特性,並研究各種變因和地震波對地動儀的影響。在我們模擬的地震波中,以水平分力最多的雷利波成功撞擊機率最高。我們發現所有地動儀有共同難題,例如:中柱擊中兩個八道的中央時會一次撞落兩個鋼珠,或中柱來回擺盪撞擊而擊落兩個鋼珠,而且因每個牙機均獨立,當鋼珠已掉落一顆時,不能防止另一顆鋼珠掉落。我們對於馮銳認為張衡的地動儀應是「懸吊式」的看法存疑,因為懸吊式的中柱無法避免來回擺盪而發生兩次撞擊。我們提出內旋輪線(hypotrochoid)的模型觀念嘗試來解釋各種撞擊情形。

氣象入門第一課--相關於地面氣壓的實驗探索

日常生活中經由一些現象常常可以察覺空氣壓力的存在,例如使用吸管吸飲果汁,又如罐裝煉乳只開一個小孔倒不出來……等等,然而這種種體驗只在定性層面,本文透過簡易可行的實驗設計,憑藉測量值檢視氣壓大小,使我們對於氣壓的體驗,提升到定量層面。本文一系列實驗從大氣壓力的測量開始,然後擴及氧氣和水蒸氣的分壓,實驗方法刻意避開了水銀,改用「以水試氣」來測量氣壓。實驗靠著兩根長235㎝的硬質透明塑膠管,平行直立而底部接通,底部短管一側橫出並設有活栓,整個裝置固定在木架上。在氣壓測量的實驗過程中,發現這個自製裝置也可以模擬空氣的流動,空氣流動是一種相關於氣壓的現象。此外,我們另外自製了體積測量裝置,藉著氣壓平衡的機制,以新方法測量落塵的體積。

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」。

因為讀數論的同餘方程

因為讀數論的同餘方程時,看到許多一元二次同餘方程的解法,又在不定方程中遇到ax2 + by2 = k 這樣的題目,使我開始思考這個問題。

銀條斜線天蛾

從發現銀條斜線天蛾那一刻起,我們開始搜尋有關於銀條斜線天蛾的資料;並調查校園其食草植物的分布情形。將食草盆栽放在生態食草植物旁仔細觀察、耐心等待並紀錄其產卵日期,並將生態園裡發現的卵每天觀察紀錄。卵經過四、六天後開始孵化成一齡幼蟲,在經過四次脫皮成五齡幼蟲;我們將其過程一一拍照紀錄下來。最後幼蟲潛入土中表層利用葉子吐絲作蛹室等待蛻皮化蛹,再經過十天的耐心等待;那一隻隻有著大眼睛形狀猶如噴射戰鬥機的天蛾終於破蛹而出,讓人既高興又興奮覺得所有的努力都沒有白費。並願將那一張張珍貴的照片與觀察所得和所有的同好分享。

顏色跑跑跑

泡水的圖畫紙有了不一樣的顏色變化,引起了我們研究的興趣。我們先從紙的吸水力開始,接著來找出哪些紙可以讓顏色跑出來、哪些顏料會有顏色跑出來,再針對不同的顏色分析做觀察。最後,探討不同溶液會不會對色層分析的顏色改變及速度會不會有影響。來一探究竟,看看泡水的圖畫紙為什麼顏色會不一樣。

環保紙盒"力"大功

藉由蒐集不同底部類型的紙盒,觀察紙盒底部結構,發現可將紙盒底部的組裝方式分成兩大類:(一)底部僅以鑲嵌方式組裝;(二)底部須以膠水或膠帶黏貼。經過觀察並共同討論後,發現以鑲嵌方式組裝的紙盒用途非常廣泛,載重力的範圍也很大,而且符合環保再利用的理念,所以我們決定這次的研究方向為「紙盒的底部結構對載重力的影響」。研究過程有「紙盒底部結構載重力測試」、「不同形狀、大小的底部紙盒對載重力的影響」、「鑲嵌處邊角對載重力的影響」。未來可以再探討以下幾個主題:載重力最好的鑲嵌處比例應為何?是否可以找出簡單的計算方式;找出容易組裝的邊角角度、裁切方式;紙盒結構與成本的關係;設計不同功能的紙盒。

關鍵氣泡~沸騰現象與氣體溫度計的研究

本研究在探討水的沸騰現象,觀察水加熱時氣泡的大小變化、上升的速率及路徑、不同氣壓下的沸騰溫度等,並試圖以強制氣泡的大小和冒泡的頻率來測量水溫,最後發現容積固定的燈泡球內,氣體熱脹冷縮的體積、壓力都隨著溫度而成比例變化,因而成功的自製一個燈泡玻璃球氣體溫度計和微溫度計,準確又實用。。

番石榴葉背上哪來的棉絮?

在番石榴葉背上發現的棉絮多為透明、捲曲狀,將棉絮撥開發現一種黃色、橢圓形的小動物,會分泌絲狀物。小動物的成蟲是一種小白蛾,具趨光性,早上日出時會繞著番石榴樹飛行,會在番石榴葉背留下白色、螺旋形的絨毛,裡面有卵,會孵化成小動物。溫度對小動物和小白蛾很重要,牠們的生長適溫約在 20℃~30℃之間,若溫度過低小動物會分泌大量棉絮來禦寒;溫度過高,棉絮則大量的減少,小動物的數量也會減少。小動物吸食汁液對會番石榴的葉片、花苞、莖、果實等造成危害,可用瓢蟲來進行生物防治。小動物排出的汁液所造成的黑色物質堆積在葉面會影響番石榴樹行光合作用,可用肥皂水清除。危害番石榴已久的小動物和小白蛾,最後發現是【番石榴螺旋粉蝨】,是番石榴樹的一大害蟲。