全國中小學科展

生活與應用科學科

為生命找到出路

近來幾個重大的火災事故引起大家的注意,火災發生的當下,強化玻璃給予救災者的搶救與受難者的逃生都帶來極大的阻力,因此我們透過此研究找出解決的方法。在本研究中,我們設計出一套裝置,能在災害發生之初偵測到有毒氣體濃度的變化以產生告警訊號,並在有毒氣體濃度高升時發揮作用排除有毒氣體並擊破強化玻璃。除應用在火災事故中增加逃生機會外,尚可在居家環境中偵測瓦斯洩漏或不完全燃燒導致一氧化碳中毒等危機,可大幅減少生命與財產的損失。

2048遊戲與人工智慧的分析

在2048人工智慧遊戲中,平滑度與單調性的權重為主要影響電腦判斷的變數,因此本研究主要針對這兩個變數的權重進行實驗並探討。並且在遊戲中步數愈多,愈容易達到更高的數字,在研究當中我們用遊戲移動步數的多寡來判斷當局的好壞。 在深度1的情況下「改進程式碼」,在研究結果中發現主要變數比值為1的同比例放大縮小效果都不錯,在90組數據中有 1/3 有到達1024,甚至可以到達2048;從步數來看,原程式平均步數為332.8步,而修改後的權重平均步數高達561.8步。 最後,我們利用相同的權重,並且將深度改回原設定。比較後發現,經過我們修改後的權重,達到2048與4096的獲勝率皆比原程式高。

植物源碳管電解電容器

本實驗透過植物的莖在鹼性環境,高溫?燒出各種碳材,經由BET測量微孔表面積、?燒後碳材經SEM測量表面性狀、碳材密度測量、碳材吸水量及以自製電解質擴散裝置測量電解質擴散快慢,對照高微孔表面積的活性碳所組成電解電容器,發現一年生的地瓜、藺草及甘蔗的碳材,所製的電容器其電容量較高,其中甘蔗甚至是活性碳的22.7倍,證明電解電容器添加的植物碳材,其電容的大小主要由碳材密度、表面性狀、碳材吸水量及電解質在其中擴散的速率來決定,碳材吸水量大及擴散慢具有較佳的電容,而不是由微孔表面積的大小所決定。因此,要製作優良的植物碳管電容器,只需在一年生植物中尋找,因為其維管束較少填充木質素,管徑較大,蓬鬆及碳材吸水量大,再配合電解質的擴散測量即可得到適合的物種。

植物血紅素與一氧化碳結合之探討

甜菜根具有植物性血紅素,並且其植物性血紅素與人體血紅素竟有60%的相似度,因此,如果能夠提供甜菜的血紅素做為緊急的備品,或甚至用來吸收密閉空間中的一氧化碳,將會為人類帶來許多益處與拯救許多生命。本實驗探討甜菜根的相關性質以及與一氧化碳、二氧化碳、氧氣的結合,發現甜菜根血紅素最容易吸收CO,此與人體內血紅素對一氧化碳的親和力比氧氣的親和力高約 250 倍,有正相關性,故以甜菜根汁吸收空氣中的一氧化碳濃度應是可行。而甜菜紅素遇到pH>9的溶液會變為甜菜黃素,而使外觀轉為黃色;而當pH<9得溶液會使之變紅色,可作為檢測空氣中一氧化碳含量的簡易工具。

是『福』不是禍─自製福木環保酵素在校園中的應用

福木是校園中常見的景觀植物,因為果實無人食用,每到夏季落果時,果實腐爛會產生臭味及吸引蚊蟲,造成師生困擾,我們以「資源再利用」的概念,將福木果實製成七種不同成分的環保酵素,並設計實驗來驗證它的功效,希望能用來解決一些校園的困擾,實驗結果如下:含果皮、果肉和種子的七號福木酵素能抑制校園雜草土香的生長,也能有效防治菜園裡的扁蝸牛和紋白蝶幼蟲;內含果皮和果肉的酵素,稀釋後最適合當植物的液肥;福木酵素能驅趕蚊子,但無法消滅孑孓;比例1:1600的二號果肉酵素能淨化生態池水質,減少藻類產生。透過科學的研究,我們找到將福木果實有效利用的方法,讓它不再是禍害,而是可以用來造福校園,改善生活的利器。

雲兒朵朵飄、心花朵朵開 —氦氣雲朵製作,隱藏背後的科學原理研究

本實驗的重心,是以如何讓氦氣雲朵,成功塑形並飛入雲霄,以此作為貫穿整個實驗的主幹,並在隨著實驗的主幹前進當中,挖掘、研究許多藏於其背後的科學原理。 首先,第一個為先研究,如何讓氦氣泡團獲得最佳的上升動力,揭發其與氦氣泡團總體積、總表面積、組成的單一氣泡大小、界面活性劑及添加劑等等的關係。另外也去探討這些與其結構、穩定、塑形難易的關係。 再來,考量並嘗試多種方法,讓氦氣泡團,穩定、均勻、大範圍的進行輸出。均勻、大範圍輸出後,接著在眾多的,對氦氣泡團的切割分離法中,選定了利用靜電進行切割。最後,則是研究、探討某些氦氣泡,會有先飄後降的問題。並移到戶外,進行實際總檢測。

「焊」你在一起

從焊接練習及數位邏輯實習課程中的學習經驗,應用在專題製作的作品製作上,引發了對於焊接操作的一連串問題,更深刻感受其操作的不方便性,乃試圖尋求解決之道,企求獲得改善,使焊接操作變得更為方便。研究結果及結論為:一、針對焊接操作速度及焊點品質上,除注重焊接技巧所歸納要項外,於焊接操作時,應注意焊錫加入與其碰觸位置,以避免對焊接操作速度及焊點品質造成影響。二、焊接操作時,宜注意電烙鐵焊接工作溫度的掌控及與被焊元件碰觸時間的長短。三、研究製作之焊接輔助進錫裝置作品,確實達到輔助焊接工作順利進行,並改善焊接操作時,焊錫接觸位置不穩定的情況;操作簡單,具便利性,因具備獨創性且實現性高,已經提出發明專利申請。

微型壓電陶瓷散熱模組設計與應用之探討

本研究創新設計微型壓電葉扇散熱模組,並系統化以實物量測及模擬分析探討壓電葉扇物性及優化結構設計,達積體電路元件散熱應用。首先改進研究文獻中既有單葉壓電薄片振動散熱,設計雙片型壓電葉扇,以張合振動形成小型噴流式散熱。繼而設計壓電葉扇結合特殊導引散熱夾層,以金屬片傳導元件熱能至夾層空間,配合壓電葉扇驅動氣流致冷,達散熱效能。 實驗測試結果,與相同散熱能力軸流風扇比較,雙片型壓電葉扇耗電功率減低為2.3%,散熱空間減小為30%;優化微型壓電散熱模組,耗電功率減低為4.5%,散熱空間減小為13%,並較既有單葉壓電風扇散熱能力提升至311%,且具有在小空間導引熱氣散逸能力,可作為3C器件散熱之應用。

〝紙〞不住的轉

運用界面活性劑會破壞水的表面張力之原理,找出能讓紙蛇轉動速度最快之條件,並從日常生活中尋找也能使紙蛇轉動的液體。利用同一原理,發現其他有趣的小遊戲。

藍牙方程式賽車--繪圖車設計

為增加數學課程的互動性,我們設計了一台可遙控的「方程式」繪圖車,可以依所輸入的座標來移動,精準的繪出所有的二次函數和其他圖形。 這台繪圖車裝備兩顆步進馬達,透過Arduino微控制器,指揮繪圖車的行進路徑。如果把所有圖形都看成是平面上點的連結,我們的構想是將座標系套用在平面上,而繪圖車在座標系裡從點到點之間行進的過程中,車上的筆就可以描出不同的圖形。我們自己寫了一個App,讓使用者可以用手機與繪圖車連線,增加了無線控制的方便性。此一裝置,可讓教學者只需拿起手機,就可以輕鬆又準確的呈現各種二次函數圖形,而學習者也可以藉由操控繪圖車,更清楚掌握數學函數的原理。此種繪圖車的原理,可以廣泛應用到各種圖形的輸出與展示。