全國中小學科展

佳作

莫攻-莫拉克颱風驚人雨量因素之探討

影響颱風雨量之因素在侵台颱風路徑預報專家系統中已有詳細的分類,卻未有颱風降雨型態的研究。為探討莫拉克如此驚人雨量的原因,我們自歷史颱風資料庫選出與莫拉克路徑相似的颱風,用各種統計法分析這些颱風之兩種降雨型態,由兩種降雨型態的差異探討颱風降雨因素之間的相關。將分析結果與各項氣象資料統整,找出由綜觀環境到颱風內部結構等和莫拉克相近之颱風,分別和莫拉克作比較來探討影響雨量之因素。由以上分析過程我們找出莫拉克的降雨型態及超大雨量與下列因素有關:暴風環流通過臺灣時間、西南氣流效應、颱風路徑及綜觀天氣條件。這些因素中,最顯著的因果關係為暴風環流通過臺灣時間越長,則颱風擺盪越明顯,強烈季風槽長時間供應水氣,於是中尺度對流不斷發展使測站累計接受降雨時間長,導致中南雨區百分比越大,造成莫拉克颱風全臺累計雨量創三十年來的最高記錄。

絕不「廁」退

雖然現今科技一日千里,但是仍有需要改善的地方。例如捲筒衛生紙,別以為是一條長長的紙捲在一個其貌不揚的紙筒上就很方便使用。當需要扯斷廁紙時,人們必然用雙手才能做到。所以對於手部肢障的人來說,這個動作便變得困難了。因此,我們因應日常使用雙手扯斷廁紙的原理,運用手邊所能獲得的資源,從各項實驗活動的進行中,製作出一個能協助手部肢體障礙人士使用的自動給紙器。將生活中常見的現象做科學化的實驗和解釋,讓師生們不但可以得到解決問題的能力,更能將團隊合作的精神發揮到極致。本次的研究活動為發現日常生活周遭問題、找出解決方法。希望能藉由探究的活動,嫻熟科學探討的方法,並經由實作過程獲得科學知識和技能,進而結合科技來解決生活中的問題。

微量過氧化氫之檢測

本研究目的在找出檢測過氧化氫含量的新方法,並以此檢測待測物所含的過氧化氫含量。我們首先找出能與雙氧水呈現明顯反應的物質──紫質,以UV-vis分光光度計檢測不同紫質加入定當量數之過氧化氫後的吸光度變化,結果顯示CoOMTPP之靈敏度最佳,且呈現線性變化,可用於定量極微量的過氧化氫。 而另一紫質CoOETPP被氧化後會產生明顯的顏色變化,故可嘗試用來定性分析過氧化氫溶液。我們將CoOETPP製成試紙,觀察其吸附效果及滴加過氧化氫後的顏色變化情形。結果顯示,此試紙可檢測濃度3.54ppm以上的過氧化氫溶液,優於市售碘化鉀澱粉試紙之檢測極限25ppm。

Easy Come,Easy Go!

本研究是利用各種不同的粉末和溶液,來做吸附油污及溶解油污效果的比較。

『紙』上談『冰』

如果單純只用報紙不加水去結冰,報紙卻不堅固,只用水去結成的冰也很脆弱。可是將兩者合而為一,卻可以製造出超堅硬的而且保冷度較久的報紙冰。是否也有某種物質加水後也可以產生類似的效果呢?我們使用各種吸水性良好的物品來做實驗,例如:洗車海綿、普通黃色海綿…等。進而發現到許多不可思議的現象,而我們更利用它們獨有的特性,開發出全新的產品。像是利用黃海綿吸水結冰後仍然保持柔軟的特性製作出神奇柔軟冰敷袋;插花海綿的超強吸水性製作不滴水的冰塊;以及白海綿細緻的纖維不僅可以吸水結冰後提供冷源,更可以隔絕外界的熱持續保冰而製作出冰鎮涼杯。

±10℃的秘密

廢棄乾電池之碳棒可為惰性電極之材料,鋅殼材質可當作一般鋅片使用,電解質經純化過程所得之錳氧化物,與一般實驗室之二氧化錳對雙氧水之分解催化能力相當。以電子天平連接電腦紀錄重量隨時間之損失量可用來定量一些化學反應之反應速率。反應溫度每升高10℃,則反應速率增加2倍之說法有活化能大小及溫度適用之限制,利用阿瑞尼士方程式可計算出MnO2催化H2O2之活化能值約75 KJ/mole,鋅片加鹽酸活化能為60KJ/mole,大理石加鹽酸之反應活化能值41 KJ/mole。碘鐘反應微量化實驗有其實際執行上之困難,而以改良型光敏電阻實驗可得到此反應速率定律式為r=k [IO3-][HSO3-][H+],且該反應之活化能為34.7 KJ/mol,而在溫度20.4℃升高至29.4℃時,理論與實驗皆證實其反應速率增加為1.5倍。

踏步機 好神!

節能減碳一直是全球持續發燒的話題,臺灣研發的「軟實力」更把環保節能的精神發揮得淋漓盡致。我們發揮創意提出結合運動器材與發電模組的構想,透過完整的探究過程,理解基本電學、發電機的結構與追求高發電效能的關鍵。最後付諸實現,巧妙結合好神拖(踩踏式脫水拖把)與踏步機,製作出「好神踏步發電機」。最大功率可達到15瓦特。運動同時不但能支援照明、風扇,也能提供手機、音樂等的電力來源,真的太神了!

進擊的螞蟻—螞蟻繞圈的終極奧義

本研究源於參加Power Tech科技創作競賽,螞蟻雄兵的機械獸要兼顧「接力賽」與「繞圈賽」,因此進行研究。結果發現: 一、不同驅動方式:以馬達並聯、四輪驅動、交換後齒輪排列方式,是最佳速度組合。 二、不同輪子設計:平面輪、輪長17.1cm、間距2.1cm、輪直徑17.1cm和14.25cm的組合、 全止滑,是最快速的設計。 三、不同摩擦力:以止滑墊黏貼四輪,走得最快,繞圈也比較好。 四、不同身體設計:彎曲角度55度、連桿2公分,繞圈圈數多。 五、不同重心位置:重心在內、車軸偏內,繞圈圈數多。 六、兼具速度與繞圈的條件:馬達並聯、四輪驅動、平面輪、全止滑、彎曲角度55度、重心在內、車軸在內,調整原型齒輪排列、輪長11.4cm、間距3.6cm、輪直徑11.4cm(2:2)的組合,在競賽中會有較佳效果。

『蒸』有學問! ──智慧化水煮蛋之冷凝物理機制與電鍋節能技術探討

本研究運用電鍋加熱過程中之冷凝物理機制來操控水煮蛋熟度,既節能又可同時蒸製多種熟度水煮蛋。研究分析電鍋內溫度變化、斷電時間、盛裝容器內之冷凝水量、水煮蛋熟度等資訊發現:電鍋容量和外鍋水量會決定鍋內升溫速率和加熱時間,進而影響水煮蛋熟度。此外,雞蛋數量會影響水蒸氣之冷凝循環利用,因而延長加熱時間和提高熟度;若將雞蛋以容器盛裝,則會因容器大小和雞蛋堆疊方式阻礙部分冷凝水之循環利用,縮短加熱時間和降低熟度。若要節省電能和時間來蒸製同熟度水煮蛋,可選用小電鍋、減少外鍋水量、以燜鍋替代。最後,以不同方式堆疊雞蛋、包覆鋁箔,再搭配適當外鍋水量和燜鍋時間,可以同時蒸製出多種熟度水煮蛋,進而達到智慧化之效果。

螢光水影—水生「條背螢」生態探索

「螢火蟲」是所有螢科甲蟲的統稱,條背螢(Luciola substriata)在分類上屬於昆蟲綱、鞘翅目、螢科,一生歷經卵、幼蟲、蛹、成蟲四個階段,是屬於完全變態的昆蟲。由於幼蟲水棲的特性,被歸為水生螢火蟲,在所有螢科中屬於較為罕見的習性,以台灣五十餘種螢火蟲中,僅三種屬水生,因而具有生態上的獨特性。此外,幼蟲雖生活於水中,但其外型構造、呼吸方式等,與另兩種水生螢火蟲有顯著不同,也較晚為人所認識。 幼蟲期的條背螢以水中螺類為主食,約經過四、五個月的成長,歷經多次蛻皮後,終齡幼蟲會上陸準備化蛹及羽化。成蟲約在五、六月間出現,並在棲息地水域附近活動、交尾及產卵。就文獻記載和資料查詢,條背螢在北部、中部、南部及金門均有分佈,惟數量不多,生態及習性仍有待更深入的研究。