全國中小學科展

地球科學科

「滂沱汗似鑠、微靡風如湯」-宜蘭也有熱島效應嗎?

近年來,全球均溫持續上升,是重要的環境議題。本研究在分析宜蘭地區主要兩個行政中心,即宜蘭市、羅東鎮的熱島效應UHI值。我們利用中央氣象局觀測資料查詢網站CODIS所提供的氣象資訊,來探討各個時間點上宜蘭溪南與溪北的UHI值變化與其關係。根據研究結果發現:宜蘭市、羅東鎮於2011~2020年間的年均溫均有逐漸上升的趨勢,最高可達1.3°C。整體來說,兩地區春夏兩季的熱島強度較高,其次是秋季,冬季則最小;受到海陸環流的影響,使得白天的熱島中心偏向陸地(西)側,晚間則偏向海洋(東)側;羅東鎮的熱島效應較宜蘭市區明顯。

太陽的時鐘 日晷研究

根據科學家的推算,太陽生成已經六十五億年了,地球的生成也已經四十六億年了,在這漫漫的時間長河中,太陽對地球的影響自然是不言可喻。古代的人類早早的就發現了太陽對地球的重要性,所以全世界古老的文明中,太陽都佔據了最重要神祗的位置。在那個沒有時間概念的年代 太陽日復一日從東邊升起西邊落下,這簡單而自然的規律也建立的人類社會發展最根本的基石,而在太陽日復一日東升西落的規律中,遠古的人類也建立了最基本的時間概念。 自然科學五年級的課程中介紹了太陽跟影子之間的關係,在課程中也提到了利用太陽來觀測時間的方法,但是因為課程進度的關係並沒有太深入的研究,所以我們希望通過這次的科展研究,以最基礎的方式來了解古人如何通過太陽規律的升落,建立了最基本的時間概念。

「塑」人之亂-探討萬年溪塑膠微粒及人口數的關係

基於對鄉土關懷,我們選定生命之河~萬年溪,此為唯一通過屏東市商業區、生態公園和住宅區等之特殊溪流,利用傅立葉轉換紅外線光譜儀,調查溪流中塑膠微粒種類和含量,並透過TGOS系統探究人口數與塑膠微粒之相關性發現:廣東橋流域塑膠微粒量最高,推論位於『住宅區』之民生排放汙水有關;長春橋流域濃度次之,與位於『商業區』有直接關係。環境指標生物~大型水蚤濾食中會攝入塑膠微粒,相較於控制組、塑膠微粒汙染下會明顯降低水蚤活動力、心跳數;且繁殖力驟減,有顯著性差異。本研究重大發現,水生植物確實有效吸附水中塑膠微粒,另生態工法及汙水地下化系統處理,均可降解排放至海洋塑膠微粒含量,進而讓環境減塑、環保及生態系恢復榮景。

「晷」迷心竅-三種日晷的探討

本研究想透過製作三種不同日晷與實際測量,了解日晷如何運作。第一種為赤道式日晷,製作上較容易,形如時鐘,時間刻度也都一樣大,晷針須和晷面垂直,晷針和地平面的夾角須和當地緯度吻合,分為北面和南面,兩面的刻度順序相反。第二種為水平式日晷,晷面和晷針夾角的角度為當地緯度,晷面的時間刻度大小不同,需用特定三角函數公式計算,刻度越靠近十二點線的越小,越遠離的越大,每個刻度單位是小時,測量容易產生誤差。第三種為圓弧式日晷,製作較複雜,但使用上能更精確、更方便。研究結果發現,日晷時間和手錶時間有差異,除了要考慮磁偏角、時差和經差補正之外,若能將刻度做到最小,則測量數據將會更精確。

實察截彎取直後的基隆河~珍惜家鄉的生命之泉

昔日的基隆河,以惡臭聞名,有「黑龍江」之稱,今日的基隆河,歷經截彎取直及河川整治等工程,水色漸清,河岸大片的新生埔地闢為科技園區,建有水岸豪宅及公園綠地,又設置自行車專用道,水岸風情已完全改觀,昔日的灰姑娘,如今已成秀麗的淑女。所以我們也想去實察去體驗基隆河,感受今昔的變化,沿基隆河做生態調查,污水程度檢測,並繪製河流位置,標出採樣點。

窯烤Fe砂-探討台灣東部海岸鐵砂煉鐵之可能性

本研究延續上屆台灣東部海岸鐵砂與磁鐵砂含量分析,於2022年9月至2023年4月進行,目的是希望透過親自動手操作以探討東部海岸鐵砂煉鐵之可能性。 經文獻探討得知,花蓮崇德有煉鐵遺址並參考十三行博物館之煉鐵方法,於是進行13次實驗,實驗於每週2小時之獨立研究課進行,受時間限制,採分階段實驗,初階實驗:熟悉煉鐵觀念及實驗操作,進階實驗:探討碳粉及鐵砂之較佳比例,高階實驗:實際模仿十三行博物館建窯煉鐵。 研究發現,台灣東部海岸鐵砂(含崇德海砂),經冶煉後,都可得有金屬光澤之鐵球及鐵渣,並對比地質圖,東部海岸以火成岩為主,崇德地區屬花岡片麻岩及綠色片岩區,都含鎂鐵等重礦物,可見東部海岸鐵砂煉鐵值得進一步調查分析。

自製地震感測物聯網用於地震逃生(防災與減災)

921大地震時造成全臺大停電,在摸黑情況下逃生,容易造成重大傷亡。上科技課時,老師介紹有關智能家居的設備,我們就想到可以利用智能設備來自製地震感應器及自製模擬地震的震動平台,並且選定震度4級時讓地震感應器發出訊號。 我們利用家庭用電的配線來模擬居家環境。為了模擬停電狀態,我們將智能設備安裝在居家設備和UPS上。也透過各種通訊技術將各項智能設備進行互聯,並利用APP軟體設定條件,當地震感應器發生感應時會開啟相對應的條件,使智能燈泡和智能插座自動打開,指引臥室安全掩蔽處並發出警報聲。即使遇到停電的狀況,UPS上的照明裝置也會持續發亮指引安全掩蔽處及安全逃生的路線,以達到防災與減災的效果。

防不勝防-從得子口溪出海口南北海岸線的變遷初探堤防的重要性

本研究區沿岸流由東北向西南流動,帶來了海岸飄砂,在海岸設置結構物將導致突堤效應,而由衛星影像圖能讓我們觀測同一地點長時間的變化。 本研究是利用遙感探測技術探討自2003、06、09及12年間得子口溪南北岸的水線、乾溼線的濱線變遷。 由研究過程得知,在過去台灣堡圖與現今google地圖的疊合,發現海岸線有明顯後退的情形,但自從本區海岸設置突堤形式的堤防後,逐漸穩固本區的海岸線 遙測工具使我們得以在室內快速瞭解一地的區域現象,然而未至現場觀察將導致該現象的解讀淪於推測,為了驗證數化地圖分析的正確性,仍需透過實地考察來佐證,以得精確及令人信服的研究結論。

「立」挽狂瀾-坡地崩塌現象及防治研究

本研究主要探討短延時強降雨下,坡地崩塌現象及尋求防治崩塌的解決策略。 首先,探討降雨對於坡地崩塌的影響,發現當雨滴粒徑越大、雨滴速度越大(亦即降雨強度越大),坡面崩塌體積越大,崩塌時間則越短。 其次,就坡地角度與組成之砂石粒徑進行探討,發現在短延時強降雨情況下,坡地角度變大時,崩塌體積較大、崩塌時間變短;而砂石粒徑越大時崩塌現象較不易發生,至於分層混合粒徑時趨於粒徑越大砂石越在上方現象,但當砂石間縫隙充滿水後,均極易因細微的擾動而造成大規模崩塌與滑動,其中粒徑越大砂石崩塌現象越明顯。 最後,探討在坡面植樹及加裝立柱均有助於減緩崩塌現象,在立柱加裝收集器進行雨水收集與排水,更能有效減少崩塌及裸露現象。

探究離岸風機水下基礎之穩固度~以雲彰沙脊北側海域為例~

本研究以雲彰沙脊北側海域為對象,透過觀察風機模型的傾斜角度,來探究該震度、地層結構粒徑大小及風機水下基礎結構之間的交互關係。 我們分析實驗數據後發現,離岸風機的傾斜角度和震度呈正相關,也發現當水深大於沉積物深度時,風機模型傾斜角度會有明顯的變化。且我們發現當上層砂石孔隙率越高時,風機越容易發生傾倒的狀況。而後,我們也比較四種不同的水下基礎結構,並以單樁式為原型,優化出了三種不同的水下基礎結構,最後也透過改變接觸砂石的表面積,改善了風機的穩固度。