全國中小學科展

生活與應用科學科

許地球一個不渴的未來-太陽能海水淡化裝置

2015年4月,全台發生嚴重的缺水危機,然而台灣四面環海,年降雨量也不少,照理來說應該要比沙漠國家更不缺水才對。沙漠型的國家(如以色列)都採用海水淡化解決缺水問題,台灣呢? 從最先研究的各種海水淡化的方法,如:逆滲透、多極閃化、電透析法、蒸發法等,而我們選擇了成本最低及製作方法最基本的蒸氣法。 創造出最有效率的蒸氣海淡法便成為了我們這次實驗的目的,從利用酒精燈燃燒過濾海水到利用凸透鏡和凹面鏡及微型凸透鏡(利用太陽能反射)等歷經多次實驗,將蒸氣海淡法提升到兼顧低成本及高效率。

圓走高飛

本實驗主要藉由改變圓環飛行器的圓周長、長度、材質及尾翼形狀,尋找圓環飛行器飛行距離最遠的最佳組合。我們將發射方式分為以自製發射器發射及以手擲方式發射兩種,手擲的部分是為了因應平時一般人在玩都是以手擲方式發射的緣故。由實驗結果可以發現,圓周長30公分、長度10公分並外加三角形尾翼的雲彩紙圓環飛行器飛行距離最遠。同時我們也發現,無論是哪一種材質的飛行器,都是以圓周長30公分、長度10公分飛行距離最遠,在改變尾翼的部分,則以三角形和直角三角形飛行距離最遠。由於手擲與發射器發射的方式不同,所以兩者的飛行距離會有所差異,由實驗數據可明顯看出,發射器發射圓環飛行器飛行距離大部分都比手擲發射圓環飛行器飛行距離近。

讓混油曝光-自製光譜儀分析食用油光譜特性

本實驗的目的在尋找初步檢測市售食用油是否純正的簡易方法,讓消費者能自行把關油品。我們利用自製光譜儀,分析市售食用油、模擬混合油以及銅葉綠素摻入油品的光譜特性。 實驗顯示各種油品皆有其特殊的光譜,可藉此初步判斷油品種類。在混油實驗中,油品吸收峰的吸光度與濃度的關係符合比爾—朗博定律,可以推算未知油品濃度。我們分析銅葉綠素的光譜特性,發現銅葉綠素和橄欖油中葉綠素a的光譜特性不同,故可辨識出橄欖油中是否添加銅葉綠素。另外,我們抽測了八件市售特級橄欖油,發現其中有兩件與標示不符。 實驗結果顯示,自製光譜儀可初步判別十二種油品、特級初榨橄欖油的混油濃度、芝麻油的混油濃度,以及辨別油品中是否添加了銅葉綠素。

水上奇蹟

台灣四面環海,加上近來劇烈變化的詭異氣候,使得台灣經常得面臨水患威脅。我們發現車子一旦不幸落水,車上人幾乎無法逃過滅頂的厄運。於是興起研究浮力車的念頭,希望能藉此延長救援的黃金時間。經模擬實驗證實外裝浮力囊讓車子在落水時浮於水面是可行的,研究結果發現浮力囊若能有較大的底面積,且於車身兩側以較大的長度包覆車輛,將產生較佳的穩定度,而浮力囊的形狀則以圓柱較佳。期盼我們的模擬實驗能對實際的狀況帶來一些幫助。

變「型」綠巨人,天空之「塵」終結者--探討樹的滯塵力

本研究以風洞穩定輸入麵粉模擬灰塵來探討樹滯塵力。製作各種模型,可控制其他變因,並分別比較樹型、內部結構及葉形如何影響滯塵。研究發現迎風面積、乘載空間及擾流情形是主因。棕櫚型可擾流,迎風面積大,故滯塵力最佳。依實際植物組合葉片種類、總葉柄及小葉柄著生角度三因子,發現滯塵力都不同,其中總葉柄著生角度影響最大,因總葉柄控制整個葉片。各葉形中,圓形面積最集中,故滯塵力最佳。葉片質地方面,紙質表面粗糙,易卡住灰塵,上有附屬物更佳。本研究比較各類別的滯塵量,換算成相對百分等級,可量化評估各樹的滯塵力,並分析主要滯塵的原因。結果可做行道樹選擇的依據、樹木修剪的參考,減少灰塵入侵。

你家被風吹倒了?!-探討風對不同建築物的影響情形

首先以風洞實驗器固定風速、風源位置,測定建築物質量與受風面面積的關係。其次採用攝影機攝影風吹襲不同形體之建築模型,以慢速播放來觀察模型的振動情形;並利用乾冰、色光照射,佐以攝影播放觀察建築物周遭氣流之流動情形,求取氣流方程式。最後利用上述方法,測定風對不同複合式建築物之振動及氣流流動變化情形的影響。實驗發現建築本體愈重時,風影響其振動頻率也就愈小,這是因建築物受到地球引力愈大,風要吹動建築物所需的作用力也愈大。而建築物雖受風面面積一樣,但若受風吹襲的方位不同,仍會造成建築本體振動頻率相當大的差異,這將造成居住在其中的人感到不舒服及不安。實驗中並發現以另一棟建築相組合(複合式建築)可有效降低振動頻率:若多棟建築地基連結在一起,則抓地力愈大,穩定度愈高;或當多棟建築本體利用連結建築連接在一起,則加起來之總質量遠大於單棟建築物之質量,因此風造成振動頻率就變小了。故整體而言,附加建築是降低風影響建築物振動的好方法。

種子的保養品

本實驗利用添加肥料、避孕藥、優酪乳、雞精、二氯苯氧基乙酸 (2,4-D)等物質來觀察對綠豆、油菜及白菜種子萌發與胚根成長之影響,我們利用配製不同濃度的這些物質來觀察促進這幾種植物種子的最適濃度。由本實驗結果發現肥料濃度在使用上過高或過低對植物種子萌發及胚根生長不利。而雞精可促進綠豆種子萌發及胚根生長,但對油菜卻無太大促進效果,對於白菜種子萌發有促進作用,但對胚根生長有相反效果。優酪乳對於綠豆之萌發及胚根生長均有促進作用,但對油菜種子僅對其種子萌發有促進作用,優酪乳對白菜種子萌發與胚根生長沒有明顯促進作用。避孕藥對於綠豆胚根具有促進作用,但對於油菜及白菜種子萌發及胚根生長須添加較高濃度。此外,2,4-D 可促進白菜及油菜種子萌發,對胚根生長則無助益。

校園應用好幫手 ─ 圖文合一QR Code

我們從日常生活中發現了一個新奇的條碼,稱作「QR Code」,因為現在的行動裝置越來越多,為了方便快速儲存或連結資訊,有人便發明了它。我們先從QR Code 條碼的由來、基本架構和製作方式加以觀察試作,接著探討改變它的各項元素:定位點、形狀、面積、容錯率以及測試讀取裝置的解碼軟體和鏡頭畫素,最後我們將這樣的符號運用在校園中,並實驗可能發生的狀況,用來瞭解這種新世代的條碼跟以往的條碼有什麼不一樣。

掉落的寶藏-落葉堆肥

使用化學肥料雖然效果快速,但與有機肥料相比,缺乏改善土壤性質的能力,且需要經常補充,過量會造成土壤酸化,甚至使水質惡化。所以利用生活中剩下的廚餘或是落葉來製作有機堆肥,省錢又環保。本實驗利用五種樹木的落葉來製作堆肥,並且分別添加米飯、香蕉皮和黃豆渣,我們想找出落葉和何種添加物共同發酵後製成的堆肥液,可以使綠豆的生長高度最高。實驗結果發現這五種樹木落葉添加香蕉皮一起發酵的實驗組別,落葉腐化的程度較佳,而且種植綠豆時,添加落葉和香蕉皮一起發酵的堆肥液,綠豆生長高度會較高,所以落葉腐化時,若加入適合的添加物,可以提升堆肥的效果。

光纖及雷射導光在建築物振幅及結構安全可行性之探討

元宵節路邊攤販,叫賣一種『滿天繁星』的小型手電筒,光源前面接著一串細細長長、顏色不一的透明塑膠「光纖」,把電池開關打開,細線頂端就會發亮!作者群首先意外發現光纖斷裂與轉折處,可透露建築物內部結構受損的訊息與方位;續而在應用雷射筆作全反射的實驗裡,再進一步發現「光纖雙向傳輸」及「光線槓桿原理」,可以用來偵測建築物的位移。「光纖」和「雷射光」相加乘,在生活中可發揮無遠弗屆的應用功能,值得大家來關注。在整個實驗過程中,對光纖導光特質有更進一步的了解;並且經由文獻的探討:鐳射偵測準靜物的位移等,變因的操控、觀測、分析,學到了網路資源蒐尋與擷取、數位相機、放大量測等方法、收穫良多。