全國中小學科展

佳作

降溫有妙招!自製環保冰包!

我們從市售的果凍凝膠冷/熱敷袋得到靈感,一般冰凍包只能使用一次,內容物呈液態,在延伸研究中,我們以「尿素冰包」為基礎,設計「複合凝膠態環保冰包」,使它更具有應用的價值。: 1. 自製環保冰包,可降溫達15.2℃,最低溫度可達7.8℃,體感溫度約5℃,保冷時間可以達到40分鐘(≦15℃以下)。 2. 我們發現最有趣的應用是置放於過熱的手機或平板後方降溫,實測可在5分鐘內使過熱手機降溫10〜15度。 3. 使用過後的冰包,可以冰凍後,再放入冰桶或者是攜帶式保溫袋中當成「保冷劑」使用。 4. 使用過後的環保冰包,可加水稀釋100倍,當作肥料澆灌植物,約兩周後即可以促進植物葉子的生長。 5. 自製環保冰包成本低廉,小型環保冰包製成一包成本只要4.35元。

Jump!彈跳泡泡!-泡泡拍打原理與變因之研究

我們發現手套能拍打泡泡,進一步探討原因和變因。研究過程中,我們自製拍打泡泡檢測裝置,延伸研究全反射和泡泡接觸角。經過實驗得出下列結論: 1. 泡泡拍打變因有「布料材質;布料毛的長短、角度、平整、密度、濕度」。 2. 泡泡拍打主要原因推論是「泡泡疏水性」(泡泡接觸可拍打布料時內聚力>附著力,使泡泡維持接觸面積最小的「球形」,便容易脫離布料)。 3. 「可拍打布料上的球狀水珠,底部有白色痕跡」,命名為「水珠白色現象」,是全反射造成!推論布料上有空氣層,能減少泡泡和布料接觸,幫助拍打泡泡。 4. 可藉由泡泡接觸角判斷泡泡拍打狀況。泡泡接觸角越大,拍打效果越好。 5. 泡泡拍打可應用於檢測拍打泡泡效果、泡泡拍、代替空氣壓縮實驗。

Sinker的秘密

我們因被伸卡球吸引著,而開始這次的研究,它的偏向原理,可由翰林版自然與生活科\r 技第五冊9-1 節的白努利原理解釋,首先我們從影片中分析王建民的投球動作、風格及各種\r 球路的特性,我們也量出球體的偏向距離,並估算出偏向力的大小,接著進行了下列三個研\r 究。一是球體旋轉方向和飛行偏向的關係,我們將球體和小馬達結合,並固定在彈簧上,讓\r 旋轉球體在有風流動的風洞中,即可看出球體的偏向。二是簡易發球器的製作,我們利用波\r 蜜果菜汁鐵罐、強力馬達及轉盤,讓快速旋轉的轉盤摩擦保麗龍球體的邊緣,球體可以快速\r 飛行並旋轉著,改變旋轉方向的角度,即可模擬各種球路。三是偏向力的測量,我們利用風\r 洞、電子秤、棒球和強力馬達結合及鐵架,可以找到偏向力的大小和風速及球體旋轉速度有\r 關,最後用得到的數據進行伸卡球進壘位置的分析。

波霸珍珠神秘的外衣

傳統的粉圓煮法相當耗費能源,因此我們針對粉圓烹煮方法進行探討。生粉圓之澱粉粒大部分未糊化,彼此間結著力弱,粉圓放入冷水時會散裂。若經78℃熱水處理1min後,粉圓表面澱粉糊化,此層結構較疏鬆,水分子較易進入粉圓內部,經掃描式電子顯微鏡拍攝粉圓之澱粉結構,驗證我們所提出的假說。實驗結果顯示,粉圓烹煮前最適處理條件:粉圓烹煮前以78℃熱水處理1min,再浸漬冷水4小時。熱水煮滾後,放入處理過的粉圓,間歇式加熱循環10次 (每次加熱循環:加熱1min、悶1min),可大幅縮短粉圓烹煮加熱時間。此外,利用PLC連結加熱器,有效控制粉圓間歇式加熱循環,並透過電能消耗測試,發現改良後烹煮方式與傳統粉圓烹煮方式比較,可大幅節省耗費之電能。

拿破崙三角形與畢氏定理的聯想

以任意△三邊為直徑的半圓,依相同圓心角所畫出來的三切線相交所成的△必與原△相似,不論這些半圓同時向外畫或同時向內畫或內外混雜著畫,所作出來的△一定都與原△相似。對任一直角△,若兩股的半圓往外畫,斜邊的半圓向內畫,取圓心角為30°時,所作出來的切線△與原△的邊長比值恆為 ? ,本文掌握它的逆向作圖法,因此對任一直角△,若按此法連續作n 次,即可得2n 倍的相似△,反之可得(? )n 倍的相似△。 外拿破崙△與內拿破崙△ 的面積差恆與原△的面積相等,這是一個著名的拿破崙△性質,本文發現了一個同樣有趣的性質:在同圓心角的條件下,向外與向內切線△的對應邊長和,恆為圓心角是0°時的邊長的兩倍。

自製濃度觀測工具及其在高中化學實驗的應用

在高中的化學實驗中,有許多實驗設計是以肉眼觀察,常因個人辨識力的差別產生誤差。本實驗利用光敏電阻,連結數位電表與電源,自行製作了一個觀察溶液濃度的裝置,應用在許多高中化學實驗上: (一)化學反應速率實驗,以自製的濃度測量工具,測量硫沉澱一定量所經過的時間,可輕易判斷出反應速率與硫代硫酸鈉的濃度成一級反應、與鹽酸濃度成零級反應;(二)酸鹼滴定實驗,當溶液變色的時候,自製濃度觀測工具的電流會有明顯變化,以電腦紀錄反應過程,繪出電流-時間關係圖,當電流迅速下降時,即為滴定終點。依此方式可以讓機器自動滴定,不必擔心滴定過量的問題;(三)氧化還原滴定實驗,如同前述的酸鹼滴定,依電流讀?發生明顯變化時判斷滴定終點,未來可以應用在設計自動滴定計;(四)平衡常數的測定實驗,當溶液的透光度相等時,觀測到的電流值應該也會相等,由機器判的結果使得實驗結果的精確度提高甚多。

迴圈迷宮探索-一筆劃問題

排列組合的題型有千千萬萬種,其中就屬一筆畫問題為最有趣的了!在學排列組合時,老師曾經提到一筆畫走法數的算法。我們看著這麼多種類的圖形,心中頓時產生了一股強烈的慾望想要去研究它。於是,我們就挑了一些圖形來算看看,有的像〈圖一〉:走法數須討論到各系統間的組合數──來回走法。 接著,我們便想到如果將圖形改成其他的連接方法又會如何呢? 一開始,我們基於好奇的心態畫畫寫寫的作了一些圖形,沒想到幾個出乎意料的答案竟然引領我們走向更深入的研究。

潮汐來電

雖然由水壓公式,可以由水位,計算底部的水壓,但是我們經由實驗,以針筒製作活塞,以及減重法方式來測量水壓,成功地直接量測到不同水位時,底部的壓力。由截面積不同的活塞水壓量測實驗,證明壓力與水位為線性關係,分析實驗數據證明,相同水位,有相同壓力,但是底部承受總壓力與受壓面積成正比。經由實驗證明,水壓並無方向性,垂直向下及轉彎橫向所測得壓力,結果幾乎相同。 依照我們的構想,成功製作自動虹吸管裝置,模擬潮汐變化,可以充分應用水位差產生的能量,而且漲潮與退潮皆可利用來發電。規劃潮汐發電應用,經由發電量計算,將可提供675 公尺碼頭岸邊的安全照明,只要1?2 座發電蓄水池,就能達成漁港保護人車安全的目的。

不亦「躍」乎—黏滯液體彈跳的探討

用非牛頓流體做實驗時,由於落下流體較高的剪切速率,會造成所接觸流體的黏滯度減少,當流體落下的高度夠高時,擊中平面時所受反作用力的影響大於黏滯力的影響,而使流體彈跳出去,稱為Kayeeffect。本次實驗結果,發現當斜面角度越大時,恢復係數越接近1,當角度大於某一值後,幾為彈性碰撞。原因為角度大時液體被流體擊中時產生的凹陷越淺,受黏滯力的影響越少。而當流體下落的高度不足時,其剪切速率不夠,所以流體黏度大於正向力的影響,並不會產生彈跳效應。當變換不同黏滯性的液體所產生的恢復係數e1、e2,差異並不大。原因是非牛頓流體下落時擁有較高的剪切速率,造成黏滯度減小。又因市售洗髮精黏滯度差異不大,造成實驗中黏度影響力不顯著。

火焰之舞

國慶煙火在天空綻放時,顏色斑斕炫爛,不禁在想,火藥裡頭究竟加了哪些物質造成這些五顏六色的絢麗光芒?於是開始搜尋資料,發現這些多彩的色光,是因為電子在不同的軌域中躍遷時放出來的光芒,稱為焰色反應。於是我們開始動手作實驗,發現在酒精膏上填充不同的金屬離子會出現不一樣顏色的火焰,而且在火焰的外部加入電場,竟然能使火焰產生偏折的現象!這個現象更引起了我們的好奇,火焰中是否含有帶電離子,以致於被電場吸引?又添加不同價數的離子,是否會因為價數的不同而造成偏折角度的差異?於是我們經過了反覆實驗後觀察到失去電子的正電離子,確實會因為電場的影響造成不同角度的偏折,且正電離子本身的價數越大,造成的偏折角度越小。