全國中小學科展

生活與應用科學科

科技玩家-安全避震車的設計與製作-我們找到課本「運動的快慢」實作驗?

大家參加學校主辦科學玩家趣味性科技創作競賽-我們應用「動量變化=衝量」的概念,針對物質特性,利用玩具設計製作能緩衝物體從高處斜坡自由轉動到達低處,並且經碰撞阻礙物後車上所載置的物質因震動產生破壞的車體結構。--安全避震車。我們為了安全避震車的設計與製作,因而回憶到三年級下學期自然課學過的力的大小和方向及物體的輕重,以及四下測量力的大小等教材。配合現在(六上)簡單機械的巧妙和運動的快慢課程,設計出8個實驗,再經由實地實驗體認了受力的大小、方向和物體運動關係的理論,利用此理論去設計製作出安全避震車。安全避震車,製作過程採用現場製作,限定材料、材質、規格與數量,但車體結構、物體配置方式等設計不受限制,尤其特別對物體破壞程度(避震效果)的驗證方法列為創意點子,也是本作品的重點:1、 利用液體由衝撞震動而濺出,再依據殘餘量來比較證明其防震效果的裝置。詳細請看製作紀錄簿2、 利用彈簧製作的假人,受衝擊後拉出線的長短來比較震動程度的裝置。詳細請看製作紀錄簿因此,我們認為此研究是我們找到課本力的大小、方向及運動的快慢實作驗證的好資料,也是生活與應用科學的結合研究,可供改進日常生活上避震裝置的參考。

我真的抓得住你-腳踏車剎車動能能量的轉換

本研究利用腳踏車剎車時的能量,設計製作轉換成電能的裝置,創造一台發電儲電的環保腳踏車。經過多次的改良,我們完成了有效的方法,將腳踏車剎車時的動能轉換成電能,也能輔助剎車系統的剎車效率,達到「綠色能源」、「節能減碳」的目標。現在大家追求節能減碳,能夠一邊騎一邊發電、充電的腳踏車裝置越來越多,但是我們發現市面上這種可以一邊騎一邊發電的腳踏車裝置,其能量主要是我們多費力造成的。而我們的作品是利用腳踏車剎車時本來的動能因摩擦變成熱能所應浪費的能量來進行發電,這樣不但不會比較費力,而且是把本來會浪費的能量收集起來使用或儲存,達到真正節能的效果。我們最後成品『電輪3代』發電盤與摩擦盤合而為一,模組化的型式更有實用價值。

讓高原植物與沙漠植物共處的利器

本研究利用熱電致冷晶片(Thermoelectric Cooling Module)、溫控器、壓克力材料、回收電腦風扇與電源供應器,製作植物生長箱,以冷端面選擇非洲堇與食蟲植物,熱端則以仙人掌、空氣鳳梨栽種。實驗與設計得到下列論點:一、晶片無噪音、耗電量少,且冷熱面皆可以運用。二、壓克力隔熱效果不佳,但透光性好,成本低。三、可經由散熱膏塗抹於晶片方式,可增加晶片效率。四、風扇與對流設置點、濕度控制,有助於植物生長五、冷端放置高山型或寒帶植物,生長情況良好。六、晶片的EER=25/0.01985=1259.46(Kcal/H)/KW,每月電費34.015元。

雙人式的網路通訊研析--編碼即時通訊程序

說到編碼無非就是要有規則,但又要亂,且不能太亂,本研究既要保密又要兼顧簡單容易使用,故將要素分透過網路傳送與非透過網路傳送兩種,以達保密效果,簡略說明編碼方式,在此是利用文字組成文句的特性(是訊息而非密碼)及時間的特性(時間是有規則的動態的)進行編碼,儘管很快被超級電腦破解,但電腦非人腦無法了解訊息涵義,需靠人去理解,故被破解的速度一定不快。本研究的精神在於研發兩個人的網路通訊軟體,非目前的通訊軟體的多人式網路通訊,為防止交談中的訊息輕易被他人得知,所以加入資料加密(資料編碼)的功能,以及淺談網路安全與資料加密(資料編碼)的概念,參考書本和網站上的教學草創軟體,說明本研究的精神。

神奇魔術三角

由於在夜市購買的俄羅斯魔術方塊,被同學摔壞了,而想到用紙板來操作,繼而發現了「魔術三角」。在教科書康軒版二下第七章「適才適用」及一上第七章「科技進步的推手」中,內容剛好與本主題有關聯。起初是想到由簡單的六塊三角形組成的 3-6邊形,但只能摺出三個面,若要增加面數,就要增加長條紙‧因而有 6-6、9-6 邊形。後來又想到若 360 度可被平分為四個直角所組成,因而發現了正方形方塊〈4-4 邊形〉,竟然,它比六邊形更好玩,更具挑戰性。從摺法中,又摺出了 8-4 邊形。甚至,最後完成了 12-6 與 12-4 邊形。不過,因為用太多層紙板,容易脫落又不好摺,所以未來想找出一種摺不破的紙來代替。這個題目是在生活中發現的題材,題目簡單,攜帶方便摔不破,材料成本低廉,製作容易,人人可做,可全面推廣。而且也是一個讓人愛不釋手,人見人愛的玩具,更是教學上的好幫手〈教具〉。

靜電in,粉塵out!-靜電板擦研究

本研究利用"靜電吸附能力"結合板擦布摩擦吸粉的效果,製造出新一代靜電板擦。目前,成功研發出靜電板擦有三代:第一代板擦採用焊槍熔錫技術;第二代板擦採用無鉛鍍銀線穿繞技術;第三代板擦進一步將清潔功能與靜電集塵技術做結合。前兩代板擦使用電蚊拍的高壓電發電裝置製造靜電,將過去研究中瞬間大量製造高壓電擊靜電的起電機裝置縮小,但本研究發現比起單獨提升擦面靜電,提升板擦整體吸粉面積較能吸附更多粉量,因此第三代板擦利用即時清潔裝置清理至靜電集粉區來吸附更多粉量,而本研究的靜電板擦吸粉量實際應用在教室黑板時比傳統板擦吸粉量佳(可吸附42%的粉量,傳統板擦只能吸附31%的粉量),未來將再進一步改良,使板擦使用時能更順暢。

我是電動車我不充電

本實驗運用法拉第電磁感應原理(Electromagnetic induction),設計無線感應電動模型車。利用電源供應器、訊號產生器、訊號放大器等工具,輸入特定頻率的電壓、電流產生方形波後,可成功使模型車高速前進。第一代模型車因車體線圈匝數多、車體重、軌道線圈纏繞技術欠佳、圓形軌道不平整,雖成功展示了無線充電技術的實用性,但跟我們玩四驅車時車速相差太多,於是著手改良第二代機,希望再提高傳電效率、減少車體重量及避免能源消耗。實驗結果發現系統條件改變時,僅在某一狀態出現電感電容共振現象,因此不宜盲目增加線圈數量。本研究建議,將來設計此類感電系統時,不論微型化或大型應用上,均應注意最佳共振效率的表現,以免造成材料或能源浪費。

風生水起、來電好神

「自製雙頭垂直軸發電機」的最佳化設計探討過程,發現固定風速下,翼片寬度愈小不容易啟動,但轉速較快且輸出電壓較高,並容易達到LED燈泡發亮所需的電壓。接著進行水力發電的試驗,發現可利用製造飲用水時所排放的大量廢水沖擊發電機,產生夜間照明所需的電,達到水資源再利用的目的。將「好神拖」脫水機改裝成「好神發電機一號」,然後又進一步改裝屋頂排風扇為「好神發電機二號」,希望利用人力或是風力來發電。經過現有零件的改裝,能輕鬆產生十二伏特以上的電壓並對蓄電瓶充電,比起歷屆科展的作品,這是一個很大的突破,未來可應用在電動車行車時的電力回充。研究者發現,只用「用心觀察、勇於嘗試」,天馬行空的想法也是可以「風生水起、來電好神」。

大自然的飛行家—蝴蝶飛行之初步探討

本研究主要針對蝴蝶之飛行進行探討,研究中主要探討蝴蝶翅膀形狀、身體重量、翅膀面積、展弦比、拍翅頻率、環境溫度及溼度對飛行速率之影響,並利用自製之風洞裝置,觀察蝴蝶之拍翅動作,分析通過蝴蝶模型之氣流方向及相關力量。 研究結果顯示:紋白蝶展翅約4.5~5 cm,平均展弦比(AR)為1.71 ± 0.12,身體重量約為 0.06 ± 0.02 g,翅膀面積約0.0012 ± 0.0003 m2,當紋白蝶身體重量愈重,則翅膀面積亦愈大。另外,紋白蝶展弦比愈小、身體重量愈重或翅膀面積愈大,則飛行速度亦愈快。23℃時,紋白蝶飛行速率為1.01±0.24 m/s,當環境溫度愈高(5、16、23℃),則飛行速度亦愈快。風洞實驗發現:蝴蝶拍翅時,前、後翅連接在一起,而形成一作用單位。翅膀上下運動時,翅能在縱軸上扭轉,在高舉及下拍時產生傾斜之現象,類似推進器扇葉之機制。蝴蝶拍翅時,可在翅上方及前方產生低壓帶,在後方產生高壓帶,以利蝴蝶向前方飛行。另外,翅緣彎曲角度愈大,蝴蝶模型之上升高度亦愈高,當彎曲角度60°時,蝴蝶模型之上升高度最高(2.2±0.1cm)。

BB 槍的另一種玩法

西元2 0 0 4 年3 月19 日總統大選前夕發生了總統、副總統遭槍擊受傷案件,事件發生後震驚全國, 這個「三一九」槍擊案被許多人認為改變了這次總統大選的結果。雖然整個槍擊案的「真相」被政治上的爭論給淹沒, 但從科學的角度來看, 這是一個綜合物理學上的碰撞、外力作用及能量轉換等等問題而已。本研究共分三個部份來「模擬」當三一九槍擊案中子彈斜向貫穿吉普車擋風玻璃後的彈道路徑彈射問題。( 一) 不同的平板傾斜角對貫穿後彈道彈射的影響( 二) 不同的子彈質量對斜向貫穿後彈道彈射的影響( 三) 不同的子彈動能對斜向貫穿後彈道彈射的影響。研究的結果發現平板傾斜角及子彈動能是影響斜向貫穿後彈道彈射的最主要因素, 期能對於在預防撞擊的防護或產品設計提供參考。