全國中小學科展

生活與應用科學科

流光流熱留光留熱--太陽爐研究

我們的研究由文獻探討中獲得很多知識及經驗,然後摸索文獻中箱型、折疊式、拋物線式等各式太陽爐的製作原理、和操作方法。配合太陽仰角、方位和時間的關係,想辦法設計適合台灣地區各季節都可以使用的太陽爐。 綜合了吸收光熱的鍋子「留光」比較,同時配合太陽光移動、及反光板的「流光」聚光調整,加上減少熱量流失、及使用墊架增加熱氣流對流的「流熱」設計,還有箱型天窗、包住鍋子的塑膠袋溫室保溫的「留熱」效果…等研究,我們終於研究出最短在30分鐘就可以煮熟食物的太陽爐、和操作方法。 流光、流熱、留光、留熱真是這次科展之旅的寫照。我們的研究,記錄了這次太陽爐實驗所得到的結果與經驗,願繼續努力,以求真、求善、求美。

現代夸父-----太陽能追蹤器

地球上目前最常用的能源,就快被用光了,石油再用六十年,煤炭大約可用二百四十年。核能太危險,生質能(酒精)目前太貴。太陽是最古老的能源,它的表面溫度6,000℃,內心溫度15,000,000℃。是太陽系的中心,發光又發熱,對地球陽光普照,只要沒有烏雲,每一天地球上的天涯海角都看得到它,是最方便的能源。只要你有能力抓到它,不用買,而且取之不盡,用之不竭,是最乾淨、最好的能源,也可能是人類未來的主流能源。可惜目前使用率太低,追究其原因,是地球自轉又公轉,軌跡日日有變化,月月不相同,讓很多人無法抓得住太陽。上自然與生活科技----太陽的觀測這一課時,學會了用太陽觀測器將太陽在天空的位置分解為方位角和高度角,也學會了記錄太陽一天的軌跡,更知道太陽的軌跡每一天都不相同;瞭解地球自轉造成太陽的方位角,地軸傾斜和地球公轉造成太陽的高度角。為了好好利用方便、經濟、乾淨的太陽能,和同學們在老師的指導下,研究如何追蹤太陽,經討論和實驗後以圓盤的轉動當作地球自轉,圓盤的轉速調為每二十四小時轉一圈,及可追蹤太陽的方位角。用每二十四小時轉一圈的凸輪推動光電板,可追蹤太陽的高度角。將追蹤太陽高度角的機構裝在方位角的轉盤上,即可追蹤太陽。

~波后尼、波內嚕~原住民傳統弓箭的製作與研究

本研究針對原住民傳統弓箭的製作方法、材質、射擊方式…等進行探究;更針對弓長、拉距、拉力、竹箭長短、射擊仰角…等變因和弓箭射程、準確度、箭速,進一步分析研究。 我們發現:拉距越長,拉力越大;拉距越大,射程越遠;箭越短,射程越遠;射擊仰角約350時,射程最遠;在相同拉距的情況下,弓長越短,射程越遠;以22磅拉力的弓測試,箭速大約每小時79公里;箭的行進路線是以拋物線進行的;箭的重心,才是影響箭飛行穩定性的主要因素;我們可以調整拉力或射擊仰角來使弓箭射擊更準確。 最後,我們期待以弓箭為媒,帶領大家學習科學,並更重視原住民的傳統文化。

以氣旋式裝置捕捉二氧化碳

本研究是以自製創新的氣旋式裝置來提昇二氧化碳捕捉效率,並搭配改變吸收液的表面張力以增加二氧化碳的吸收效率,希望能藉由實驗的探討,集思廣義,創造出更好的減碳設備,改善溫室效應。

三輪車載得重,輪子鋼絲交叉真堅固

我們為了要知道腳踏車輪子內的鋼絲為什麼要交叉排列,還有怎樣製作的輪子才會較穩固,而做了許許多多和輪子相關的實驗,其中我們覺得鋁條傾斜角度不同和交叉格數不同的實驗很特別。因為我們發現單邊傾斜(無交叉)的角度越大,輪子的載重量越小;但交叉格數越多時,載重量反而越大。另外,軸中間距不同的實驗也很有趣,因為軸中間隔的距離既不能太短,也不能太長,這點是我們在實驗前沒想到的。我們最後還利用之前每個實驗中最穩固的一個輪子和硬水管做了一台三輪腳踏車,並且讓一個較輕的人去騎騎看,也讓我們瞭解到了柔軟的鋁條只要互相交叉排列起來,就能夠支撐很大的重量。

牛奶塑膠異世界

蛋白質塑膠由牛奶中酪蛋白製成,當牛奶達等電點時,酪蛋白會被析出。酪蛋白塊乾燥後性質類似塑膠,稱作蛋白質塑膠。本研究探討牛奶塑膠製成3D列印材料的可行性。實驗發現牛奶與酸的比例以10:1最合適,增加樹脂可提升牛奶塑膠硬度。牛奶塑膠在氨水中雖會部分溶解,但會在表層產生防水薄膜。我們嘗試以牛奶塑膠代替PLA進行3D列印,發現不需加熱即可進行3D列印,比使用市面原料更環保、省電。為了解決牛奶塑膠易發霉的缺點,我們研究發現噴灑75%酒精最能達到防腐效果。最後,運用先前實驗結果再進行綜合比較與實驗,得到最佳加工流程:首先將牛奶塑膠噴灑酒精消毒後混合樹脂,再浸入氨水,可製作較防水、防腐之牛奶塑膠。

揭開大王椰子樹倒塌的秘密

去年夏天一個輕度颱風—蓮花,吹倒了一棵在××國中後門的大王椰子樹,且壓死了一名青年人。我覺得很奇怪,台南市有那麼多椰子樹,為什麼只有在學校後門的大王椰子樹倒塌,所以我就利用巴沙木圓木棍模擬大王椰子樹倒塌的相關實驗,終於找到大王椰子樹倒塌的原因—莖的底部有一個很大的凹洞,再加瞬間強風吹襲。最後在老師的陪同下實地勘查台南市部分的行道樹和學校、公園內的椰子樹,並提出解決改善的方法。

小石子立大功---火車鐵軌的枕木愈搖愈穩固

每天都會路過鐵路平交道,發現鐵軌下的枕木有好多的碎石子,我們很好奇,在老師協助下我們利用搖晃機、各種不同的豆子、大小不同的石子等進行實驗,結果發現搖晃後的豆豆和小石子變得更加緊密,彼此的稜角互相交錯卡住,這時我們才恍然大悟,原來小石子立大功,讓鐵軌更穩定,也使火車行駛更加安全。

蘋果奇幻世界中的畫筆—我看見了觸控

目前市面上最夯的產品莫過於蘋果公司的iPad或iPhone了,使用者用手指去觸控著螢幕,而這動作似乎漸漸成為一種風潮,成為一種流行又時尚的肢體動作。然而,如何在螢幕上書寫或繪圖呢?只能用手指?好看嗎?蘋果公司公司並沒有隨附觸控筆。所以,我們特別用了一些家中常見的材料去自製價廉且實用的觸控筆,而且,由於材料的取得方便,一般人也可製作,如此就可大大提升iPad等這類平板電腦的功能了。另外,iPad螢幕為電容式觸控螢幕,其原理就是表面電流的流出(流入),所以我們也利用有類似原理的電漿球來模擬iPad螢幕,從中找到共同點,並從其中電子軌跡的變化看見了觸控,甚至以電漿球代替iPad進行實驗,延伸了此實驗的廣度,也為實驗增添一些意料之外的趣味性。

彩衣、殘衣—釉色變因探討

為了送給學長姊禮物,我們踏入了釉藥的研究之路,因為受限於安全與設備,我們只能使用電窯燒製作品,因此皆為氧化燒成,過程中,我們初步發現排窯的方式有影響,於是我們的研究方法,包括棚板的放置方式、釉藥配方的調整、升溫曲線的規劃以及陶土的組合等等定量的做法,幾經嘗試,我們總算找到學校電窯溫度變化情況,並得以妥適調控,最後也得到許多可用的釉藥,包含黑色、白色、紅色、綠色、藍色、黃色以及結晶釉、均釉等色彩特別的釉,並進一步將單一釉藥互相搭配使用,也得到不錯的成品,目前繼續努力的目標是希望能用電窯燒出更具有溫潤效果的釉藥,以及更好的燒製方法,讓釉藥呈現更多色彩的變化。