全國中小學科展

最佳創意獎

『珠』步高升---利用容器成功取起彈珠之研究

本研究主要探究哪一種容器可以成功轉起容器內的旋轉物,在實驗過程中以塑膠容器為主。容易成功取起旋轉物的關鍵技巧為先把旋轉物轉到容器的最寬處再立刻將容器轉180 度,可以增加成功取起旋轉物的機會。 成功取起旋轉物的關鍵因素為:內縮瓶口的傾斜度、容器最寬處的高度和旋轉物的轉速。內縮瓶口傾斜度達 6.7 度就有機會成功取起旋轉物,但內縮瓶口傾斜度越大成功率不一定越大;容器最寬處高在 2.4cm~6.5cm 都容易取起旋轉物。旋轉彈珠時,發現瓶口越小所需轉速較快;而使用相同容器,發現旋轉物體積越小所需轉速越快。 利用自製的機器手臂控制轉速可以推論當容器的轉速夠快就愈容易成功取起旋轉 物,且實驗發現傾斜度 30 度以上的自製容器成功取起彈珠機率達 80%以上。

移「形」換「位」-多邊形移動邊數關係之探討

本作品主要在討論給定一個n邊形,在移動一個邊或是兩個邊後可形成的幾何圖形,並設法找出其一般式。在此研究中的圖形經翻轉、旋轉或撓折後相同的圖形視為同一個,在此定義此種圖形稱為─幾何算數形,簡稱「算數形」。 我們觀察圖形之規律,進而發現經定義移動邊數後的幾何圖形內部必只會出現一個封閉多邊形,以此特殊性質為基礎推導公式的形式。得知n邊形中移動1個邊後,當n為奇數情況下,算數形總數的公式為(n-3)(n+1)/4 ;n為偶數情況下,算數形總數的公式為[n(n-2)-4]/4 。在研究移動兩邊時發現規律過於繁雜,因此將其分類為3種情況來討論,分別為在封閉多邊形上有 (1) 二分支 (2) 三分支 (3) 四分支,並加以分別討論,推導出上述情形之公式。

旋舞者---陀螺旋轉軌跡之探討

學校的課程中,我們製作紙陀螺來觀察陀螺旋轉時間及混色現象,但我們想更進一步了 解陀螺旋轉時的軌跡為何,因此分別以陀螺盤面大小、陀螺軸高、陀螺的幾何形狀等因素為 操縱變因,製作不同的陀螺來探討陀螺旋轉時的軌跡變化,並探討不同的陀螺對轉動軌跡的影響。

紅外線滑動式開關

假如您的手碰觸到眼睛看不到的細菌,您會知道嗎?而您又能記得常常去洗手嗎?現有的電燈開關,都是接觸式的,在許多公共場合,往往因為碰觸的人多,造成細菌附著,成為病菌的溫床,因此,本組想要改進現有的開關成為非接觸式,如此就可以避免感染到細菌。 本組所設計的作品,是利用紅外線感測,只要手勢向上或向下滑動,即可達到開關的目的,如此非接觸式開關,能降低細菌的接觸。此外,除了開啟與關閉外,也能依據不同的手勢,具有開啟多盞電燈及定時關閉等功能,而為了預防紅外線感測故障,本組也還是裝有一般的開關,仍可使用觸碰式開關。

環保窗簾---光之轉運站

教室的投影機投射影像很不清晰,且第一排靠窗邊的同學也被陽光照得很不舒服。因此,我們希望將太陽光阻擋,並且善加利用太陽光的熱能。 我們先了解回收資源中的鋁罐具有遮光效果,於是製作「瓶子窗簾」,並且希望能以方便又有趣的方式利用太陽光的熱能。本實驗探討在不同條件下影響鋁罐水溫上升的各種因素,及如何維持吸收陽光熱能後水溫的方法,最後製作「環保熱能窗簾」。改良後的「環保熱能窗簾」水溫明顯提高了,對清除油膩的餐具有很大的幫助。 我們也運用「冷水增溫器」改良製作「環保節能牆」,型式分別為「節能降溫牆」和「節能增溫牆」。節能降溫牆之前、後方的溫度差異明顯;而節能增溫牆會影響其前、後方的溫度差異,但差異並不大。

酵母鎂味

本研究提高酵母菌電池放電方法有:1.活性酵母2.碳紙(-)-石墨(+)3. pH=7.73葡萄糖混液 4.需空氣5.大透膜6. 溫度40℃7. 出芽菌數增多;單一電池接近1.00 V。 當研究電極材質時發現鎂帶(-)-石墨(+)放電值高(2.368 V),滿足負載LED的目標,因此製作鎂帶酵母-硫酸鐵石墨電池,單一電池接近2. 20V,四次負載LED中解決提高電能方法: 1.蒸發結晶法使石墨內長硫酸鐵結晶 2.豎立起酵母菌濾紙包能接觸空氣,裝箱保溫,讓酵母菌活得活躍易導電 3.盒底裝pH=7.70的葡萄糖溶液藉由濾紙毛細現象不斷提供糖液給酵母生長。 每次串聯4顆德製酵母鎂味電池,第一次點1顆藍LED 45分續接3顆LED藍紅藍,點亮1524分,第二次亮2788分,日製酵母鎂味電池,亮1076min。第三次1顆藍LED 45分續接3顆LED藍紅綠,亮1430分。

運用聲音判別後車相對速度之行車警告器

根據102年國道事故分析A1類事故肇事原因第2位為「變換車道或方向不當」,市面上車道變換輔助系統有雷達、攝影及雷射等方式,但在大雨時雷達除電磁波能量的衰減及散射作用之外, 亦會引起電磁波互極化干擾等缺點,使用影像及雷射也會受影響。由文獻得知,高速行駛車輛輪胎噪音佔約91.1%,而且車輛高速行駛在雨天的較濕路面時,輪胎噪音是高於行駛在乾燥路面,研判不受雨天影響,因此我們決定運用聲音判別後車相對車速,設計去除風切頻率的收音放大,再檢波取出放大聲音之平均值作為判斷依據,當tn+1時的電壓高於tn時,表示後車快速接近送出警示訊號,反之則表示後車車速較慢送安全訊號,經實際測試效果良好,期盼本研究對降低高速公路A1類事故有貢獻。

會做仰臥起坐的葉子──記憶彈性葉脈的加工

看過噴水後會舒張的葉脈人造花手工藝產品,我們試著重現並透過各種研究來找到SOP標準製造流程,達到又快、又有效果的量產目的。研究發現「桂花葉」用強鹼煮爛葉肉,保留葉脈的效果最佳、選擇「中年葉」搭配「泡水搓揉法」成功率最高。在「未加工的乾燥情況」下,葉子因為形狀記憶回彈60%角度,「噴水後」葉脈纖維吸水、恢復形狀,額外伸展1/3角度。 在「強鹼環境」加工,吸水恢復角度提高3度、速度沒有明顯差異。「強鹼且加入雙氧水」再次加工後,乾燥情況自然回彈率大幅降低,吸水恢復角度可達90度以上,吸水延伸速度快未加工組3倍,有顯著效果,證實「強鹼有氧環境下,纖維素成為鹼化纖維素達到『絹化』,柔軟度提高、吸水力增強」的效果。

沙拉油與介面活性劑之混合液於水面上產生震盪行為之物理機制

偶而發現待洗碗盤上的油漬,在遇到洗衣粉之後,外形產生縮小擴大不間斷的震盪現象,猶如心臟般的跳動忽大忽小。我們配置沙拉油與洗衣粉的混和液來進行濃度控制,結果發現,濃度在5%及混和液滴在較高溫的水面上時,產生凸起、破裂及縮小擴大不間斷的震盪現象最為激烈,進一步探討混和液滴大小的變化頻率,發現並沒有一定的規律。我們設計一個密閉-開放可交替的實驗方法,發現一開始先處在開放環境時,震盪現象明顯而激烈,但改為密閉環境,則震盪現象消失,緊接再變為開放環境,則混和液的震盪現象變回明顯而激烈。我們因此推論,水蒸氣是造成油滴混和液產生凸起、破裂及縮小擴大不間斷的震盪現象的主要原因。

夕陽無限好,「散射」知多少

在開始做實驗之前,只是想拍出美麗的夕陽,後來,提出了疑惑,想要找出是否有規律性質,開始收集相關資料。討論後,受到老師的鼓勵,決定開始作一篇完整的研究報告。原先只想探討為何夕陽顏色的變化有這麼大的差異性,但做了之後才知道,還有很多知識是自己所欠缺,需要去補齊的。隨著收集到的資料從雜亂拼成一幅清晰的地圖,猶如砌牆一般步步築出踏實的感覺,產生了莫大的成就感。 這篇研究或許未能證明出新的理論架構,但卻了解散射為何不在高中教材中,是因為其需要討論的因素是如此多元且難以控制。期待自己未來可以持續進行探討,並希望能利用簡單的量度表瞭解天後氣象與大氣狀況的關係,將它反饋於生活中。