全國中小學科展

佳作

隨「晶」所欲,從「核」開始

我們已經知道,過飽和醋酸鈉水溶液可以產生結晶放熱反應,之後再利用過飽和醋酸鈉水溶液放熱特性,製作出了一些簡易的暖暖包,經過詳細的觀察後,測量出它的多種性質:不同過飽和醋酸鈉水溶液濃度與質量,它們分別的溫度、持久時間等。除此之外,為了要使自製暖暖包更迅速、更簡易的產生出結晶,所以我們便將長尾夾、髮夾、彈簧等各式各樣不同的觸發介質丟入自製暖暖包裡面,或是利用在袋外敲擊、按壓、音叉震動等不同的方式來使它產生結晶,並探討與延伸結晶之位置及結晶困難與簡單的程度。最終,我們期望能做出一個能重複使用、不會發生低溫燙傷、又可以維護大自然的自製暖暖包。

正多角柱內皂膜的形狀與對稱性破缺

本研究旨在探討正多角柱內所產生之肥皂泡膜形狀,以及改變正多角柱長高比時所發生的對稱破缺的現象。在我們的初步研究中已經發現,正五角柱內的肥皂泡膜確實存在對稱破缺的現象,因此我們希望進一步確認並理解此中奧秘。我們的研究將以實際的實驗觀測做基礎,然後在理論上以最小曲面的近似解來分析。為了將實驗以及理論結合,我們並透過免費的數學軟體GeoGebra來進行數值模擬計算以及圖形展示。

運用2003至2011年海溫資料預測臺灣強降雨可能性探討

近十年降雨變異性增加,強降雨事件引發災害。本研究希望由異常海溫值預測異常降雨發生,以減少災害的損失。 分析 2003 至 2011 年臺灣 19 測站雨量分為 5 區進行統計,臺灣全區雨量以 7 至 9 月平均雨量、變異性最大,可能與颱風強降雨有關。除部分區域外 1 月雨量、變異性均最小,可能和冬季吹東北季風帶來乾燥空氣有關。臺灣附近海溫值,發現臺灣西南部海域變化較大,東南部海域變化最小;海溫以 6 月及 11 月差異值最大,可能與季節轉換有關。海溫距平標準差值則有逐年增加的趨勢。利用海溫異常預測降雨,經檢驗有 4 個情況完全正確預測臺灣異常降雨發生,可做為雨量預測的參考。本研究試圖找出強降雨發生時海面高度、海面風場特性,但並無共通特徵。

校園藍色小精靈---沖繩小灰蝶 喜愛的蜜源植物與紫外線溫度對斑紋變化的探討

本研究主要在探討沖繩小灰蝶喜愛的蜜源植物,以及溫度和紫外線對翅膀斑紋變化的影響。首先確認小灰蝶在校園的生存條件現況:種類及數量會依季節變化,活動區域多在空曠日照充足草地,產卵喜愛離地30cm左右陽光充足花壇,食草充裕有季節性,蜜源植物數量不穩定,會受割草頻率影響。其次設計以不同花色與花冠形態的花朵,進行蜜源植物喜好實驗,得出小灰蝶喜好的蜜源植物種類為黃色管狀花、舌狀花,研判與小灰蝶口器長度有關,提供學校作為植栽規劃參考。另外設計溫度升高、仿日光照射及雙重條件,小灰蝶冬日型腹面翅膀,在實驗條件下經過兩小時,下翅斑紋稍微變清楚,確認溫度升高與紫外線燈照射,都能使小灰蝶明顯產生行為活潑與展開翅膀的動作。

護脊行不行!搖一搖就知道

我們的研究主要在於自製出一個可以檢測脊椎側彎的工具,用來檢測各種形式的護脊書包的護脊效果,並使用壓力感測器測量各式書包,它在我們人體各部位的壓力值,從中我們可以探討出造成脊椎側彎的關鍵因素為何?最後我們找出了最佳的護脊背墊,也研究出可以將普通書包改良成護脊書包的方式。

日夜熱電共舞

「致冷晶片」是種將電能轉換成(高溫與低溫)的設備,如果反向操作,致冷晶片內半導體材料會拉大其電位差,變成具有提供電動勢的發電設備,進一步研究自製一台靠太陽熱能發電的系統。 研究內涵: (一)瞭解致冷晶片其結構與功能。 (二)「溫差→發電」實驗,進行發電量之研究。 (三)進行白天與夜間溫差實驗,溫差時間加長讓發電量增加。 (四)設計出構造簡單、體積小、又能長時間維持發電的機構。 我們的研究重點是將太陽能蓄熱之熱水加至於致冷晶片的受熱面,在背面進行散熱,形成穩定的溫差進行發電。白天使用致冷晶片系統供電,晚上仍應用熱水槽內剩餘的熱水繼續發電,同時也達到24小時的供電系統。

拉丁「圍」機

每行每列恰有m個格子填入1,其他的格子皆填入0的方陣,稱為m–(1,0)拉丁方陣。本研究要探討以下問題:求最小的非負整數a,使得所有n階的m–(1,0)拉丁方陣中,都存在一個k×k正方形,其內數字和不超過a。 藉由程式得到答案之後,再針對不同的n,k值討論。k整除n時可經由簡單的估計和構造得到答案,但k不整除n時,經由估計得到的上界,和構造得到的答案卻不盡相同,因此必須再配合壓界的方式得到最後的精確值。目前解決了m=1和m=2的情形,未來將繼續著手處理更一般化的結果,也就是當給定任意n,m,k時,都能得到答案。

花開花飛花滿天-以手機應用軟體色差計探討植物色素對酸鹼與重金屬之色差值可行性

本實驗首創以手機應用軟體:”色差計”與ColorMath 測Lab值,並計算色差值。在自紫甘藍菜、菠菜及甜菜萃取的花青素、葉綠素和甜菜色素液中加入不同pH值酸鹼液及各種不同濃度重金屬水溶液後,將色素放入自製標準光源觀察箱中,使用手機應用軟體測量Lab值,並分析其色差值,發現高、低濃度色素液對酸鹼水溶液及不同濃度之各重金屬液皆有變化,且濃度可偵測準確至1/50ppm。此證明了:使用植物色素檢驗重金屬和溶液酸鹼度為可行之方式。本實驗植物三種色素皆可自生活中之蔬果萃取而得,提供大眾簡便環保又低成本的檢驗方式。

石破天驚要「住益」~海岸山脈北段岩石特性之探討與應用

本研究期望能找出花蓮海岸山脈北段地區,可以取代矽藻土的岩石材料。首先,我們選擇海岸山脈北段主要溪流出海口進行岩石認識,並帶回實驗室進行觀察描繪及密度分析,藉以認識岩石的種類及特性。接著,我們進行岩層考察,瞭解不同岩層的種類與特徵。最後,我們從密度適中的火成岩類(具有氣孔)與沉積岩類(多孔隙)中,挑選出安山岩、凝灰岩、砂岩以及和矽藻土(生物沉積物)類似性質的珊瑚礁做為實驗的樣本。 研究發現:凝灰岩的除濕能力優於矽藻土,珊瑚礁、凝灰岩、砂岩的抗升溫能力等同於矽藻土,砂岩的降溫能力優於矽藻土,而安山岩的保溫能力等同於矽藻土。在不同的室內條件下,這些岩樣可以進行適性應用,為我們打造出健康節能的生活環境。

「綠癌」生「綠金」-生態危害植物再利用研究

本研究針對同為世界百大生態危害植物小花蔓澤蘭與香澤蘭進行水蒸氣蒸餾後,利用其蒸餾提取物及殘留物進行再利用研究。實驗發現,小花蔓澤蘭與香澤蘭的精油收率分別為2.32 mL/kg 及 1.48 mL/kg,每克精油還原力與總酚含量分別為13.56±0.90mg Vit.C、7.58±0.77mg G.A. 與17.65±1.28mg Vit.C 、21.48±0.67mg G.A. ;每克精油清除12.25%自由基相當於0.23克與0.52克維他命E;每克精油減少50%油脂中過氧化物能力相當於0.20克與0.19克維他命E,如此好的抗氧化活性可應用於天然抗氧化劑功能的使用。提取物可配製成驅避台灣鋏蠓的防蚊乳液可有將近4小時完全驅避時間;另蒸餾後殘留物也能成功應用於天然植物染及DIY手作紙。經本研究成功的讓原本摘除後只能焚燒的廢棄物有完全的利用價值,真正的讓『綠癌』生『綠金』。