全國中小學科展

生活與應用科學科

陀螺大「倒」~就是要「翻」!

以直徑4.00cm乒乓球作為球身、原子筆的塑膠筆心管作為轉軸,製作不同切口直徑及軸長的自製倒轉陀螺,並以自製發射器帶動自製倒轉陀螺旋轉,探討切口直徑、突出軸長與偏心率對倒轉陀螺翻轉的影響。發現倒轉陀螺必須兼顧球體的大小、轉軸長度、陀螺轉速等條件,才能從「轉軸朝上」旋轉,成功翻轉成為「轉軸朝下」旋轉。 我們製作出能最快翻轉成功的倒轉陀螺,平均只需約2.3秒就能翻轉成功,其比例為切口直徑2.00cm、突出球體軸長0.53cm;而翻轉成功後能繼續旋轉最久的倒轉陀螺,其比例為切口直徑2.00cm、突出球體軸長0.73cm,平均翻轉後還能繼續旋轉約17.3秒。兩者偏心率皆在0.37~0.39之間。 我們更進一步製作球體直徑10cm以上的大型倒轉陀螺,並將自製倒轉陀螺結合市購戰鬥陀螺的發射器,使自製倒轉陀螺更具科學性與娛樂性。最後我們從實驗中提出輕鬆快樂製作翻轉效果良好的倒轉陀螺要領,分享給大家。

醇醇欲動─乙醇燃料動力車之設計與探討

一、設計一自製動力車模擬真的車體,及底片盒製作簡易的引擎(燃料引爆室),再改良點火槍作為類似火星塞的引爆裝置。二、以改造的點火槍點燃酒精動力車,藉以探討燃料種類、濃度、揮發時間及燃料體積等變因對動力車速度的影響,藉以找尋乙醇燃料所能發揮最大動力下的條件。三、由於氣體膨脹後的急速產生的威力遠大於液體,所以我們便著手探討揮發時間對動力的影響。結果顯示,揮發時間愈長,動力愈佳。但有一上限,約在2分鐘後,效果便無太顯著差異。四、由實驗結果得知,在室溫(20~25 度)時,乙醇燃料受引爆而產生的動力,會隨著濃度增而提升,而相同條件之下,80%以下的濃度則需提高溫度才能順利產生動力。五、在固定體積的引爆室(底片盒)中,添加的酒精體積有一定的合適範圍,太少量不足以引爆,而過量的效果並無較好。

棒球壘距校正儀

從國小三年級開始練習棒球以來,時常在練球時,對一壘、二壘、三壘要擺在球場的那個位置才正確,總是打個問號。在做投捕練習時,最常聽見的對話就是〝教練,投手要站在哪裡〞。這時候就看到教練算著步伐告訴投手,投手板的位置大約是在那裡,這時大家就能快樂的練投。因此如果能夠有一套裝置,能夠方便的量測投手板與球場壘包間的角度與距離,則對於喜歡打棒球的我們,就不會在比賽與練習的時候對投手板和壘包距離是否正確產生懷疑。也不會因為不正確的訓練距離或比賽場地,造成運動傷害及影響比賽成績。

太陽公公無限好

這學期自然課第一單元老師講到「熱和我們的生活」,使我燃起對太陽能爐的熱情。於是,我和老師討論後決定做個研究。老師建議我:先瞭解一些問題,譬如:有哪些方法能聚集太陽熱能?什麼顏色的玻璃當太陽光穿透後溫度最高?什麼材質(顏色)的反射板反射出來的光線最強?於是我先參考書中的知識來做一些實驗,結果發現: 一、透明玻璃較各種有色玻璃在鎢絲燈(仿太陽光)的照射下,光穿透的強度最強。 二、太陽光經反射板反射後,陽光的亮度與溫度與反射板的反射面積大小及表面光滑度成正比,且聚光愈集中,溫度愈高。 三、黑色鍋具的聚、吸熱效果最佳。 依據上面實驗結論及網站上前人的經驗,我們選用較經濟實用的鋁箔、自黏式鋁箔膠帶及自黏式PE 鏡面板做成反射板,並加以組合成近似拋物面(錐形)的反射聚熱爐具,再以透明玻璃容器充當保溫罩,內置易吸熱的黑色鍋,並以185W 赤光燈模擬太陽光照射爐具,經多次實驗改良驗證,終於設計出聚熱效果佳、爐具輕巧好攜帶、製作組裝容易的太陽能爐具。接著我們將這個太陽能爐具放在太陽光下測試,結果真的證實太陽光能將生米、綠豆、雞肉煮熟喔(如圖1、2、3)!

洞悉真相~探討各種不同因素對大型看板穩定性的影響

路上看到挖了許多小洞的廣告看板,激起了我們的好奇心,著手探討各種不同因素對大型看板穩定性的影響,希望找到一種可以增加看板穩定性的方法或建議。進行實驗探討獲得重要結論如下:一、看板上挖洞的總面積越大(包括挖洞數量增多或挖洞直徑變大),風對看板的阻力就越小。二、看板如果只是挖洞在某一角落,會使看板的單邊受到較大的風阻,容易發生倒塌或破損,因此,建議挖洞最好挖在中央位置或帄均分布在整個看板上,不要因為避開圖文而挖洞在某一角落。三、在有限的看板面積下,可以設計『挖洞小而數量多一點、採全挖方式分布於看板周圍』的挖洞方式,將可以使看板所受風阻較小,增加看板的穩定性,又可以避開看板中央的圖文區域,達到最有效的設計與利用。

除霧‧防霧大作戰--兼作天然防霧拭鏡紙

透過模擬實驗,知道鏡子起霧是因水蒸氣遇到冷產生顯著溫差,在鏡面上凝結成霧。就\r 像從冰箱取出的飲料罐外頭凝結了小水珠(霧)及喝熱湯時在鏡片上形成霧一般。\r 將起霧的鏡子,利用吹風機的熱風吹,可迅速除霧,是因小水滴吸收熱量,及空氣的流\r 動,將水滴蒸發、乾燥。利用吹風機的冷風吹,加速空氣流動,也可較快乾燥水氣。放\r 在室內自然蒸發的方式除霧較慢,是少了高溫蒸發及空氣流動的緣故。\r 防霧劑和各種化學合成洗劑,幾乎都能有效防霧,因含有界面活性劑,可降低或破壞水\r 的表面張力,使水氣無法在鏡面上凝結成水珠(霧)。但這些石化製品,卻會危害健康及破\r 壞生態。因此,我們設法尋找含有天然界面活性劑的洗劑來取代,並用其水溶液養植黃\r 金葛以證實安全無虞,進而研發調配成天然防霧拭鏡紙來防霧,符合自然、環保、健康\r 又方便攜帶的優點。

太陽剋星-七彩智能減光機

我們想解決學校教室「西晒」嚴重的情況,於是利用偏光片設計出加裝在窗戶上美觀又實用的自動減光裝置。首先,我們探究市售膠膜在兩片偏光片中所呈現的顏色變化,找到最佳膠膜製作減光板。接著以自製窗戶模型找出各層減光板的減光率及室內溫度變化情形。接下來,我們摹擬太陽在夏至、春秋分、冬至時的方位及高度角,探究東晒及西晒的實際情況及減光板減光效果。最後,我們利用輪軸動力傳送方式,研發出美觀又實用的自動旋轉減光裝置,第一代:能以紅外線遙控器控製偏光片旋轉;第二代:根據太陽在夏至、春秋分、冬至的日晒情形設定電子定時器,每日自動減光。第三代:利用動力機器人的光感應器及NXT軟體設計出全自動光感應減光機。

光的足球世界

光的足球世界是運用光的反射現象來進行類似足球的遊戲,在設計光的足球場地時,需要平坦的面,以雷射筆照射的光源做為光球,透過鏡子球員旋轉角度傳接光球,可使光球射入球門。 而光足球比賽著重趣味性,規則上比較有彈性,可採用回合制或攻防限時賽,兩人或多人分組比賽,藉由比賽可以學習光反射的特性「入射角等於反射角」,以此結合自然與生活科技相關光的單元。 從這次的試驗中我們發現越接近球場中央,且離球門越近,進球的角度越大,在進行比賽時,最後一位負責射門的球員位置很重要,擺得恰當,進球率就高。

西瓜之音 = ? Hz

本研究是利用聲波原理來探討拍彈西瓜與西瓜品質好壞的關係。並設計新方法-週期區間統計法,對西瓜好壞做出定量且有效的判斷。我們以拍、彈方式錄下聲音,在波形圖中標出波峰的時間座標,分別用頻率平均法與週期區間統計法,來分析西瓜受敲擊時其聲音週期(頻率)的分布狀況。結果發現使用頻率平均法,並無法分析聲音的好壞。但用週期區間統計法,卻可看出好西瓜的頻率較為低而集中(666.7Hz~800Hz),壞西瓜則有頻率偏高且又分散的現象(400Hz~4000Hz),這應就是清音與濁音的區別。此外水果行老板的經驗、西瓜密度、果肉受力形變量,都可與聲音分析的結果相互驗證,來證明新分析方法的有效性。但西瓜重量、糖度則與聲音分析的數據關聯性小,無法用來判斷西瓜的好壞。

氫輕世界~有趣的空氣燃料動力車

由於能源短缺,化石燃料的大量使用,造成溫室效應、地球暖化、氣候異常、\r 空氣污染,所以我們要尋找替代能源的燃料如氫氣、天然氣,將化學能轉化成電\r 能產生動能的電池,根據研究的專家說,燃料電池並不是電池,而是代替內燃機\r 的發電機,它的發電效率高達50~75%,比傳統火力發電更節省燃料〈火力發電\r 效率約35%〉,不會造成環境污染,它的應用很廣,所以,我們就以容易取得的\r 材料,應用在交通工具或攜帶型與家用型的物品上,並以微小的電流量讓迷你車\r 動起來,以改造動力來源達到節能減碳的目的。