全國中小學科展

佳作

河川中的彩虹光譜-製作行動光譜儀分析河川水色

本實驗採集流經基隆市的三條河川,包括田寮河、基隆河、西勢溪三條河流上中下游的河水,進行河水的透光度分析,以了解河川的濁度和初步判斷河水被汙染的類別。我們製作以光碟片、手機組合而成的行動光譜儀,分析河川的水質光譜。發現平均透光度最高的測站是西勢水庫0.97、平均透光度最低是田寮河金雞橋 0.47 。河川的平均透光度:西勢溪0.81 > 基隆河0.75 >田寮河0.69。分色透光度分析:基隆河的紅光透光率較低,田寮河的紅光透光率較高,西勢溪則各顏色的透光率接近相同。 根據實驗結果,這三條河川中水源地的西勢溪最為乾淨,其次是沿岸有工廠的基隆河,而流經市區住家最多的田寮河汙染最嚴重。希望以後利用行動光譜儀持續的監測河川,關心我們的生活環境。

底泥出清-阿基米德螺旋汲水器在水庫清淤上的運用

為探討阿基米德螺旋汲水器汲取淤泥的效果,我們設計出四組長為50 公分的螺旋,分別以螺旋內外半徑比、葉片數、裝置傾角、泥水比例和轉速為操縱變因,進行實驗。 實驗結果顯示,螺旋內外半徑比以 1/2 的汲泥效果最佳;葉片數以三葉片螺旋的效能較高;汲水裝置傾角則是傾角愈大汲取量愈少;泥水比例以泥水比為 2:1 的汲取量高於泥水比 1:1 的;轉速以120 rpm的汲取量優於60 rpm,且能突破傾角 40° 無法汲起淤泥的限制。 實驗中亦發現,只要水位高過螺旋前端的第一個腔室,即可順利汲取泥水;以汲泥效果最佳的數據估算,每24小時可汲起8公噸左右的淤泥。若利用本實驗成果進一步研發,有望成為在水庫積淤區域進行抽淤的利器。

「絕對不偏心」-酒架平衡重心的探討與廣用酒架的設計

在旅遊時看到一座特殊的酒架,上面的酒瓶看似漂浮在空中,而感到好奇藉此深入研究酒架。 影響酒架平衡的變因有,包括酒架的穿孔角度、傾斜角度、側面底面寬度和正面底面長度、酒瓶的長短大小、瓶中裝的內容物多寡等。在研究中,發現不同的酒瓶,會有不同的平衡範圍,酒架是有一個掛重的範圍的而不是一個固定值,當酒瓶越輕時,酒架的水平夾角要越大甚至接近90度,較易達成平衡;當酒架傾斜角度加上穿孔角度,如果大於或等於180度時就一定不能平衡,當左右力矩大約相等時,重心落點就會落在酒架的底面範圍中而平衡。 我們利用齒輪來改變穿孔角度,與可拆換的傾斜角度控制板來改變底面積及水平夾角,成功做出一個能置放多樣酒瓶的廣用酒架。

代代相傳-迭代勾股數之猜想

這份研究旨在探討「勾股數迭代公式」的問題,並驗證「由『勾股形』可得到三個相似的矩陣來生成『勾股數迭代公式』」的猜想。研究的結果是以『勾股形』得到不同的勾股數關係式,接著以這些不同的勾股數關係式作迭代運算,得到了七十八個不同的勾股數矩陣迭代公式,再將具有相似矩陣的公式歸為同一類,則這七十八個公式共可分成二十六類,每類皆有三個公式,由此證明了勾股數迭代公式的猜想。在研究過程中,我得到了一般的勾股數矩陣迭代公式。

亂中有序,始終如一~正六邊形光線循環反射規律研究

本研究主要探討光線由正六邊形一邊中點出發,經反射回到出發點形成循環反射的規律。其中發展了展開圖,藉由圖形不斷向外翻轉鏡射,以光射線出發後打到的邊為對稱軸,將多邊形及反射線段作線對稱操作,使入射路徑和反射路徑成一直線,所有線對稱後所得之多邊形會接續著將此一直線路徑覆蓋。運用標定座標的方式以記錄展開圖中光線射向,並探索展開圖中完成循環反射時的終點座標。運用將反射邊依序編號,方便記錄並計算反射的規律,以首段末位邊編號及累進段數的推算出完成循環反射所需的分段反射次數之通式,並藉以研究分段跨邊數、總反射次數及總跨邊數。並紀錄分段跨距串列,跨距規律及了解完成循環反射的通過點座標之規律。

頂圓多邊形之性質研究與探討

本作品藉由研究任意三角形與任意點之頂圓三角形的性質探討,推廣至任意多邊形與任意點之頂圓多邊形的性質探討,及其相鄰兩層圖形頂點連接之夾角與圖形之內角,其邊長比值關係的性質探討;並藉由研究任意多邊形與任意點之頂圓多邊形之形狀,歸納出其形狀區域分布及性質。

被禁錮的軌跡-探討簡諧動點之中心軌跡

本篇研究主要探討角速度相同的數個簡諧動點之質量中心的軌跡。我們先從兩分別在不同線段上做簡諧運動的動點 P'、Q'之中點M出發,觀察並研究出其軌跡範圍,接著推導出其軌跡方程式。同時進一步分析不同線段相交情形之間的關聯性。另外我們討論 P'、Q'有權重的情況,此時M為P'Q' m:n內分點,發現結果與中點情況十分類似。 接著,我們研究三個動點的情況,觀察三動點重心的軌跡圖形,進而推廣為k個動點,此外我們也做了初步的三維推廣。

省電與照度的平衡-日光燈具的三維照度之實驗

在日常生活中,任何活動幾乎都離不開電能,而照明是占所有電能消耗中相當重要的一項。許多室內場所都使用了輕鋼架與日光燈箱來做照明的設計。因此我們這次便設計了一個實驗,利用智慧型手機上的光照度感應器,配合APP軟體,來研究各種的日光燈箱位置組合,與空間中不同位置照度的關係。同時,最近有許多場所為了節約能源,會將日光燈箱中的部分燈管拆除。因此,我們也以這樣的方式進行照度測量。實驗中我們得到各種輕鋼架日光燈箱組合,在空間中不同位置所產生的照度,同時探討拆掉部分燈管時,對桌面照度所造成的影響。最後再進行T9日光燈管(傳統)與T5日光燈管的照明面積、照度與用電量的比較。

磁性去塵靈黏土的重新組合及應用

市售去塵靈是一種清潔軟膠,其能有效沾黏鍵盤細縫的灰塵,但對於深層細縫的灰塵仍無法清除,於是從科學玩具—磁性黏土發想,結合鐵粉和自製去塵靈,重新組合成「磁性去塵靈黏土」,研究出更佳的清潔效果,並探討新的加值應用。 我們發現:(一)市售去塵靈加入鐵粉後,黏性、延展性和吸附力不會受影響,有一樣的清潔效果。(二)可自製與市售去塵靈一樣性質的去塵靈,並找出最適當的配方比例(三)透過磁鐵的吸力,磁性去塵靈黏土可以吸附底層細縫的髒污。(四)磁性去塵靈黏土最適合應用在管線清潔。 並研究利用電磁鐵可以發揮強效磁力與控制磁力的特性,放置在管線兩端以輔助管線內磁性去塵靈能均勻受到磁力,使其在管線內移動清潔。

淺層地熱之研究與低溫史特林發動機之應用

我們以γ構型史特林引擎為基礎,結合自由活塞的結構,再加上線性發電模組,設計出一台可在溫泉環境中發電的地熱發電機,因製作精度不良且材料選擇錯誤,第一代原型機模型僅運轉1分鐘即損毀,不過已足以證明其理論與方向的正確性,針對第一代原型機的缺失,我們著手製作第二代改良型,將引擎分為熱交換模組與動力模組2部分,解決溫差造成水凝結的問題,我們並將它命名為分離式γ-自由活塞型史特林引擎,最後我們以實驗證明「淺層地熱發電」的可行性,為綠色能源提供另一種選項。