全國中小學科展

最佳鄉土教材獎

環保小園丁

陽光、空氣、水是構成生命的三要素,人們以萬物的主宰自居,為追求生活的舒適,不斷的破壞生態,大自然在面對人類的無情也開始反撲,如:氣候異常,發生所謂的聖嬰現象。為延續後代子孫的生存空間,人類必須自我反省,珍惜有限的資源。其中水資源是我們研究探討的重點,人們飲用水早期取得於山泉水、井水,但隨著工業的發展,污染的問題越來越嚴重,廠商也發展出各類的飲水設備,其中逆滲透過濾(R0)飲水機是學校最喜歡安裝的機種,希望獲得最乾淨的飲用水。當同學們補充大量的飲用水時,那飲水機將排放掉大量的廢水,若能加以回收,應用於澆花、沖廁所....等,這樣不就更加環保嗎?因此開始規劃研究太陽能驅動飲水機及其排放廢水的再生應用。

爆米花屠龍記

人類為了方便製造出可以當作填充物的保麗龍,但這一項發明卻變成生活中普遍使用的東西,但如果每個人一年用一次,哇!那數量可真是驚人。我們為了找到可以取代保麗龍這種千年都分解不掉的大垃圾,於是我們決定把外型長的很像保麗龍的爆米花拿來跟保麗龍做比較,經過了22 個實驗,發現爆米花有19 項都能達到跟保麗龍功能一樣好的標準,甚至有過之而無不及。如此一來,不但可以減少保麗龍的使用量,爆米花更是容易分解、易再生的天然材質,百利而無一害。

造反有理 力的量測

本作品參考97年統測機械類專業一第28題,題意為三桿結構件承受一外力形成靜力平衡時,在忽略桿重情況下,求二力構件反力大小,根據此一目標我們希望設計一力的量測機構同時可以測量到力的大小及方向。 在機構的設計方面以壓力型荷重元(Load Cell)為基礎,以銷接接頭裝置於二力構件之一端,搭配一蝸桿蝸輪組的減速機構,以手輪慢慢微調,使能調整荷重元的量測方向,並將力的大小顯示於荷重顯示器上。 選擇可程式邏輯控制器(PLC)作為角度轉換運算的平台,接收光編碼器(Encoder) A、B相輸出脈波信號至PLC內部之高速計數器C251,經由PLC運算,將脈波數轉換成角度值顯示七段顯示器上。 透過我們設計的反力量測機構能精確地測量出加計桿重的情形下二力構件的反力大小及方向的變化情形,讓抽象的力得以變的平易近人。

濾藍光?到底濾了什麼光?

本研究以濾藍光鏡片為研究主軸;測量各色光在不同鏡片下的光譜以及光強度是否有所變化,利用「imageJ」分析手機為光源的光譜中各波長的強度以及光譜顏色的飽和度和在濾藍光鏡片下波長強度的變化。利用「DataStudio」和「光感應器」記錄三原色LED經濾藍光鏡片、一般鏡片與無鏡片情況下的光強度差異,計算兩種濾藍光鏡片及一般鏡片的穿透率。研究結果顯示濾藍光鏡片是將光線的穿透率降低,尤其是藍光的穿透率降低最多,證明濾藍光鏡片確實有「濾藍光」的效果,而紅光的穿透率增加可能是因鏡片鍍膜的材質所造成的。

土石流不流-探討土石流成因、對橋墩的破壞及預防機制

利用自製河道、坡度控制板、沖擊力測量器、灑水器研究影響土石流的三大因素:1.豐富鬆散的堆積物、2.充足的水分(地表水及地下水)、3.足夠的坡度(重力影響大)。發現土沙層為底層、土石比例為2:1時,越容易產生土石流。土石比例為1:2時,土石流的沖擊力最大。橋墩與土石流的接觸面積、橋樑間隙、重心位置、河床淤積皆會影響土石流對橋樑的沖擊力。梳子壩裝在上游,攔砂壩裝在中游、發生區打樁編柵,能降低土石流的沖擊力。壩體前出現淤積會導致土石流爬升,沖毀壩體。雨量是影響土石流的關鍵因素,依此因素來製作簡易土石流預警器,我們把它分成三個等級,黃燈警戒,紅燈警告,蜂鳴器響危險,趕快撤離。

鋁寶寶的天堂

日常生活中,隨處可見被拋棄的廢鋁罐,這些廢鋁罐若任其自然分解反應,約需一百年的時間才能完全分解,是一種不易被分解的廢棄物。在這次實驗中,我們試著利用很簡單的方法來回收廢鋁罐,並探討不同環境因素(例如表面積大小、溫度高低)溶液的種類(例如酸、鹼)對明礬產率之影響及探討明礬可否有淨水之功能。結果發現影響明礬速率快慢及顆粒大小有:1冰水浴溫度的高低2溶液是否達到飽和3放置時間的長短4加入晶種。尤其明礬結晶之冰水浴溫度在-6℃時,結晶析出量可高達8.2605g;硫酸濃度再12M時,鋁的回收率最好,為85.51%。另外我們也觀察得到的明礬結晶,發現它為透明多邊體型。混擬劑試驗中我們發現pH值控制在4~5之間,會產生膠體顆粒,且明礬量只要加100mg/l於染料廢液中;它的處理量就非常驚人,另一個發現明礬對重金屬(硫酸銅、二烙酸鉀及過錳酸鉀)是否有潔淨之功能,濃度分別降低原來的7.683%、3.466%及6.470%,其中我們做出來的硫酸銅溶液顏色有變淡,證明明礬對硫酸銅也是有淨化之功能。

靈「計」一動-探討噶瑪蘭族童玩-風向計的靈敏度

從噶瑪蘭族童玩及風向計的轉動原理,我們製作出檢測微風的風向計。實驗分別對「尾翼」及「風車」兩部份進行測試,在尾翼部份發現將5×5cm2半圓形護貝膜材質的尾翼放在距離支撐軸8.5㎝處的平衡點,再與軸心3㎝的保麗龍球、扇葉長4㎝、寬1.5㎝、軸承長5㎝製成的風車組合,此風向計測風向的靈敏度最高,能在一般市售風速計無法計量微風的情況下,仍然能感測指出正確風向。本研究發現能讓自製簡易風向計在微風就能觀測到風向的原因,讓我們能更方便的觀測空氣的流動。

「接」大歡喜

一、三角形內接最大長方形面積是三角形面積的一半,且長方形的底是其所在三角型底邊長的一半。 二、三角形內接最大正方形 (一)銳角三角形的三個內接正方形中,與三角型較小邊共邊的較大。 (二)直角三角形只能畫出二個內接正方形,且與兩股共邊的較大。 (三)鈍角三角形只有一個內接正方形,既與最大邊共邊的內接正方形。 三、三角形最大內接正方形邊長公式為 四、單位正三角形最大內接正方形的邊長等於單位正方形最大內接正三角形的面積。(這裡單位所指的是各邊長長度為1)。

“蜂“雲在“棋“─蜂巢棋盤遊戲與階梯三角立方體的聯想

在「葛老爹數學推理遊戲叢書」中發現,蜜蜂們下棋的棋盤很特別,棋盤中每個格子的形狀像極了蜂巢的六邊形,我們就稱它為「蜂巢棋盤」。針對葛老爹的遊戲玩法,我們發現只要知道蜂巢棋盤的層數,就可以很快算出正六邊形個數總和;知道城堡數(棋子),可以很快算出擺法總數。我們又發現其擺法總數與排列組合的計算結果不謀而合。因為我們喜歡下棋,於是就嘗試著發明出一種可以兩人對抗的蜂巢棋遊戲,並從各種棋步的紀錄裡,找出立於不敗之地的秘訣。同學無意間在正六邊形中加上Y 字,使得平面的蜂巢棋盤成了擬似立方體的圖形,這個新發現,激起我們再探討「階梯三角立方體」圖形,最後找到了立方體個數總和可由階差級數求和的方法中得到快速的計算式子。

關燈遊戲

一、遊戲規則 (一)規則一:下圖中每一個方框都是一個房間,每個房間亮暗雜然無序,現在有位管理員欲將所有的房間燈關掉,但每次改變一個開關,相鄰兩個房間的開關也會跟著改變,目的是將所有房間的燈關掉。(圖中黃色區域代表燈亮著,無色代表燈暗著) (二)規則二:遊戲規則類似第一種規則,但此時若改變某個房間的開關,則只有相鄰的燈泡亮暗會改變,而本身的亮暗不變,目的同樣是將所有亮著的燈泡全部關掉。