全國中小學科展

地球科學科

「陽」「仰」得「意」-探討太陽能板擺設最佳角度

本次報告旨在針對受世界矚目之再生能源「太陽」的分布與太陽能板的最佳吸收角度進行研究。首先我們發現了看似複雜的太陽方位可區分為「仰角」和「方位角」。為了使太陽能板的熱量吸收能達到最佳化,我們透過中央氣象局鄭振豐研究員的協助,了解太陽的移動規律及軌跡,進一步找出公式來協助釐清太陽能板擺設與吸收的關係。我們使用了繪圖法與水平模擬器兩種方法,設定太陽能板的仰角與方位角的兩個變數來推導出兩種太陽熱量吸收公式,計算出太陽能板吸收值公式=cos太陽入射角×cos方位角差,最後將中央氣象局提供之2015年嘉義逐時太陽移動方位角與仰角套入公式,計算得太陽能板擺置的最佳角度為朝正南向上仰37~40度。

趕上潮流

因著對潮汐的好奇,我們透過到海邊的實際觀察,請老師幫我們申請外埔、淡水、東港及花蓮等潮位站的海象資料來進行數據分析,最後根據研究時的推論設計實驗,加以驗證。研究結果發現: 一、剛開始退潮時的前三小時,海水水位下降速度會越來越快。二、海水水位會在地球背月處鼓起的可能原因為地球自轉產生的離心力、月對地與對海水的引力不同、及地月繞共同質心旋轉時產生的離心力。三、一天中的海水水位,以月過中天的時刻較高。四、農曆初一、十五附近,滿潮水位比較高。五、在外埔地區,農曆日期(x)與滿潮時刻(y)的關係可用方程式 y=0.8404x-2.4759表示。六、不同的海岸地形會使得水位產生高低不同的變化。

大家來看太陽的高度角

五年級下學期自然科學裸程的第九課─「太陽與季節」中,講到太陽在照射地球時,會隨著月份及季節的不同,而產生方向及高度的改變,而在五年級下學期第一課做過「太陽高度角」的測量。為了延續這個實驗,驗證說法,我們就動手做這個實驗。

黑暗的活動指標

本研究從最基本的天文觀測著手,記觻每日太陽黑子變化,藉由同一黑子群在太陽表面移動嘗試計算出太陽自轉運動週期,並探討太陽表面差動自轉的情形,亦即自轉週期隨緯度的增加是否有逐漸增加的趨勢。結果顯示太陽各緯度的自轉週期並非為一定值,其速度隨緯度的增而增加,從4 度22 度會合周期由27.1 天增加至27.8 天,證實較差自轉的現象。此外,紀錄結果顯示太陽輻射通量的變化隨太陽表面黑子群數而改變,黑子相對數增加時,當日的太陽輻射通量值與日珥、閃焰活動亦會增強,呈現高度正相關。因此,我們推論太陽黑子數量的多寡能反映太陽大氣活動情形,可以作為太陽活動的標誌。

蚵殼心、離岸情 --探討蚵殼生態人工礁作為離岸堤之可行性研究

本研究實驗探討,海水經過各式消波塊及各種形狀蚵殼生態人工礁,用不同形式排法之離岸堤,來觀察沙灘流失變化及流失量最大值,進而了解離岸堤上消波塊與蚵殼人工礁應如何排列,提高蚵殼生態人工礁來當離岸堤之可行性。 首先自製起波器,波浪週期5秒、沙灘斜角10度來實驗,實驗過程發現,一字堆疊排法離岸堤以協克塊消波效果最好;天允塊一字形、弧形堆疊排法離岸堤效果差不多;分段堆疊離岸堤以協克塊圓形堆疊效果最佳。各式消波塊,離岸距離較近,消波效果較好。 最後協克塊與蚵殼人工礁消波比較,蚵殼人工礁效果較佳,若要以一字排法來當離岸堤,以圓形蚵殼人工礁消波效果最佳,若要以分段排法來當離岸堤,以斜45度橢圓形排法消波效果最佳。

流水的「傑作」~探討河道中曲流的形成及其影響

本研究藉由學生對大自然中河流的現況感到好奇,透過實驗了解曲流的形成,並探討曲流對河道的影響,提出改善曲流對河道沖刷的方法。 實驗探究發現:河道坡度和寬度、水流量大小、流水沖刷時間及泥沙顆粒大小都會影響曲流的形成。河道坡度、水流量及泥沙顆粒越小或過大時,都不易出現明顯的彎曲水流。也發現寬度越大、坡度適中、水流量適中、泥沙顆粒0.42-1mm或1-2mm、再加上沖刷時間越久,曲流越容易形成。 實驗中發現彎曲度較大的曲流或是曲流位在坡度較大的河道中,曲流對河道沖刷的影響特別大。 最後發現在曲流凹岸設置防護措施,可以明顯減少泥沙被侵蝕的量,也可使水流改變流動的路線,不但能改善曲流彎曲度避免擴大,還能使原本彎曲的河道慢慢變直。

「堤」心吊膽----突堤效應之強弱變因與減緩之方法

臺灣,是一個四面環海的島國。對於我們,海外的貿易是十分重要的一環,於是人們便發展了許多對外的港口和捕撈海洋資源的漁港。而在這一切看似美好之時,嚴重的保育議題如雨後春筍般,不斷的浮現出來。只是人們一直忽略它,直到一發不可收拾之時才重視,時至今日,全台西部的海岸線除了經長期規畫的都有明顯的縮小幅度,尤其突堤效應更為明顯,所以我們注意到了此議題,便想藉由此次實驗,來深入研究有關此議題的問題所在與解決之道。 大致上我們從實驗知道了幾點: 一、只要在岸上有突出之海堤,突堤效應是無可避免的,我們只能減緩之。 二、突堤在不同大小、角度等等,實驗出來都是不一樣的結果。 三、消波塊在對減緩突堤效應並不是完全無效。

鬼斧神工─觸口附近的小褶皺探究

提起觸口,不禁令我們想起 ─ 天長地久。因為假日,爸爸常常帶我們到位於觸口的這兩座吊橋下遊玩。\r 有一次在無意中,發現岩壁上砂頁岩互層的地層中間,有許多彎曲的小褶曲,有的呈現 U 字形,有的是倒 U 字形,其至有的像躺下來的 U 字形。這些岩層,一會兒向東彎,有的一會兒向西彎,各種奇怪的形狀都有。回想去年上到「地層」這一課時,在課堂裡老師曾經提到「觸口斷層」,更引起我們強烈的心願,想研究這些奇形怪狀的東西。

酸溜溜的海水-海洋酸化成因和影響探討

港口附近的海水比較酸,比重也比較重,可能是受到人為廢水的汙染。濃醋酸使海水pH下降,但是幅度沒有R.O.水大,可能是形成醋酸鈉等化合物使海水變鹼。稀醋酸加入海水使海水的pH越來越鹼,可能是形成醋酸鈉等化合物而使海水變鹼。同樣的,我們找了鹽酸、檸檬酸等酸性物質,都使海水呈現鹼性。加入洗碗精等稀鹼溶液,還是讓海水變為鹼性,因此家庭及工業廢水應該不是使海水變酸的主要因素。當我們用吸管吹入二氧化碳氣體入海水時,海水的pH緩慢降到6.1,因此我們推測海水酸化的極限應該在6.1左右,但是搖晃22分鐘後,酸鹼值又回到pH7.6。我們將牡蠣殼浸泡在5.0-6.8的鹽酸溶液中,發現珊瑚礁、珊瑚砂和貝殼大都是減重狀況,而牡蠣則是出現增重狀況。在pH6.8時,不論珊瑚礁、珊瑚砂和貝殼還是牡蠣都有出現被侵蝕的狀況,尤其是從許厝藻礁區取得的珊瑚礁,海水酸化對珊瑚礁的殺傷力很大!

水土比一比

因為桃園區會稽里轄內靠近虎頭山具有2條土石流潛勢溪流,透過實地考察與資料收集,瞭解桃園區土石流潛勢溪流之成因。模擬「降雨時於表土土壤石礫空隙下產生之水流」觀測土壤含水量與水流侵蝕土石量之關係,與模擬「發生部表土狀態」,觀測土壤含水量與發生部坡度之關係。實驗結果發現,當土壤含水量越達飽和時,此時土壤黏性越高較不易因水流而沖刷,發生部崩塌坡度也大,較不易崩落與滑動。但土壤含水量一超過飽和,黏滯性下降,大量崩塌滑落的發生部坡度快速下降,表示此時的土石因泥水下滑力容易滑動且造成土石流。