全國中小學科展

佳作

「像」由心生-人臉門禁系統

描述未來時空的科幻電影中,人類從來不帶鑰匙、卡片等額外提供機器辨識身分的工具,只要站在門前,機器就會很智慧的反應出是誰要進入,然後決定是否讓行。這種系統是透過在人類身上一些天生的特徵作為鑰匙,例如:臉、指紋、視網膜、腦波等。本次研究就是要實作用「人臉」來開門的「人臉門禁系統」。其實其他公司已有已量產化的人臉門禁系統,但是卻不普及,其中很大的原因就是「造價不斐」。但是其實此系統需要的設備很簡單,如果能大大降低此系統的造價,可以普及的裝設此系統在許多地方。這次科展所開發的系統經過測試之後,數據顯示辨識成功率最高有96.43%。算是一個還不錯的數據,而且造價降低許多,說不定以後出門不用帶鑰匙不再是個夢。

彈珠檯-彈彈入洞,百發百中

彈珠撞擊釘子的運動方向與四年級力與運動的課程相關結合五年級的資訊課Scratch的程式,將實體的運動方式,以虛擬的程式呈現。我們發展多元釘板的彈珠檯,以便於觀察與討論彈珠在受力後運動的情形。實驗中藉由牛頓運動定律改變檔板弧度、彈珠彈射力道等變因來操控彈珠的方向,設計五種不同弧形檔板;利用彈力公式,彈簧在不同伸長量會產生不同的力,找出最佳的中間型鐘形分配圖。 以我們現今最方便的手機彈珠檯遊戲切入,再進行實體的探究。我們先以文獻的討論,了解彈珠的落孔情形,進而分析、比較彈珠的進洞機率,以研究中間型鐘形分配為主,改變釘子排列與檔板的弧度配合不同的力量找出作符合實驗期望模式,再以Scrath依探究結果設計出彈珠檯遊戲。

剰食傳說-水果米飯麵包的製作與探討

本研究之目的在緩解營養午餐之剩食問題,以剩餘白米飯(台梗14號)、水果(蘋果、香蕉、奇異果)製成水果米飯麵包。首先以米飯加入麵包中,實驗得出米飯添加之最佳比例為43%。再者,將水果研磨成水果粉,減少冷藏之體積,並比較添加新鮮果汁與水果粉之差異,發現蘋果米飯麵包(包括新鮮果汁或水果粉),在密度、口感均優於香蕉和奇異果米飯麵包。此外,本研究亦採用品評分析,得知同學對蘋果米飯麵包的喜好度極佳。最後探討影響奇異果和香蕉米飯麵包成型不完全原因,得知Actinidin為香蕉米飯麵包成型不完全原因,奇異果則受Actinidin和酸鹼值影響。

分水的藝術

分水遊戲是一個許多同學都聽過、玩過的遊戲,許多科展競賽(註1)或科學叢書也常能看到相關的命題出現。它的玩法很簡單,主要是利用二個不同的水桶,在反覆的傾倒後,產生我們要的水量。剛開始,我研究的目的,本來只是想考倒同學,哪知道同學比我厲害,反而是我被考倒了,因此激勵我做更深入的研究。於是在改變許多外加的條件後,對該命題作加深加廣的研究,也獲得了許多嶄新的發現:1. 在加廣部分:我改變了桶子的數量及種類,也改變了內容物的種類及判別性,並且求出相對應的解。2. 在加深部分:我詳細的探討了水池大小與總水量的關係,以及總水量的不同,造成解的變化情形。3. 在創新發現部分:一個是”虛擬刻度”,一個是跳格子解法,而這二個全新的發現,使這類問題變的簡單且有趣,這是讓我感到最自豪的!

通關不「卡卡」—可讀取多重RFID感應卡之皮夾裝置

RFID 是「Radio Frequency Identification」的縮寫,中文稱為「無線射頻識別系統」。RFID目前廣泛的運用在交通運輸、門禁管制、物流管理及商業儲值上,甚至未來的學生證都會使用RFID。隨著RFID的運用越來越多,皮夾內將會同時有好幾張RFID卡,使得刷卡時必須將卡片拿出單獨刷卡,非常的不方便。本實驗目的即為發展出可讀取多重RFID感應卡之皮夾,對多種常見材料的RFID屏蔽效果及讀取影響作一系統化的探討。實驗結果顯示,屏蔽金屬會大幅降低RFID的讀取距離,且讀取距離與間隔厚度成正比。在可屏蔽材料中銀箔具有最佳之讀取距離,而搭配軟性電波吸收材(FAM)的測試中,銀箔紙具有最佳的讀取距離。本實驗最後成功的利用不同的材料組合,設計出只需刷皮夾的不同面,就可以只讀到特定的卡片。

遇熱則發!

為了不辜負太陽光的美意,也為了讓地球能增能減碳,更為了綠色能源(太陽能發電)可以落實到台灣的每一個地方,我們結合了太陽熱動力、煙囪效應、凸透鏡聚熱與風力發電技術,設計製作了一個「小而熱」的小型太陽能發電器、這個裝置只要有陽光就能發電,而且是愈熱愈發的太陽能發電裝置,同時也能將電能轉成化學能儲存到電池,使沒有陽光時也有電可用。

生死一環間──斷金鍊的問題研究

本研究主要是由文獻中〝巧斷金練〞一條二十三環金練一天付一環之斷金問題延伸探討一條有k 環的鍊子,依假設每天需給付m 環,給付環數不同情況下,推導出在每一假設條件下之項鍊最大環數、切開環各段環節的環數、被切開環的序號等公式,進而再推研一條項鍊與一圈項鍊之差異性。首先我們先由一天付一個環、兩個環、三個環、四個環進行實驗、尋找規律、驗證推導公式,進而推導出一天付m 個環之情況。其次我們又進一步研究若為一圈密合項鍊在與一條項鍊假設條件相同之情況變化為何進行研究。總結我們研究推導出許多可行的公式,統整後歸納於結論即討論中。

絕佳默契-光複合材料與D.S.C之改良

色素增感型太陽能電池是利用光觸媒原理成的,因為光觸媒(ex.二氧化鈦)接受光子而產生電子躍遷,但單一基材光譜吸收範圍狹小,因此使用單一基材的電池轉換效率並不高。在此將帶入「複合光觸媒材料」的概念,混合各種基材並擴展其光譜吸收範圍,然而價格昂貴的奈米級基材(除了奈米級二氧化鈦較為平價)提高電池的製造成本,導致普遍性不高,因此將研究奈米級與非奈米級基材搭配,以降低成本並且達到提升轉換效率的效果,藉由複合光觸媒,減低電子再複合的機率(電子進入非正確電路方向的機率),將以奈米級二氧化鈦與非奈米級氧化鋅、二氧化錫、三氧化二鐵為基材,混合並找出提升電池的轉換效率之最佳比例。

超細粉體之特性

本研究以自製滾動式研磨機,將蛋殼和氧化鋁粉研磨成超細粉體(小於 10-6m)。在蛋殼方面,研磨時間愈長,粉體粒徑愈小,與冰醋酸(3)之接觸面積愈大,故CO2排水速率愈大,並由此推算出不同研磨時間之粉體總數比。在30℃ 時,由不同鹽酸濃度之CO2排水速率可求出反應速率定律式(5)為 r=4.85x10-3 [H+]0.34,同理可求出5℃、60℃之速率定律式,再由阿瑞尼士方程式作圖(10),求出活化能Ea=4.85 10-3J/mol。在氧化鋁粉溶液,以雷射光照射,產生一條光通路;加入食鹽產生凝聚現象;靜置一段時間後,無沉澱現象,證實已研磨到膠體溶液範圍(10-7m~10-9m)(7)。最後在相同粒徑下,將蛋殼粉體與市售碳酸鈣的CO2 排水速率做比較,算出蛋殼中碳酸鈣成份為97.02 %,與文獻97% (9)相近,更說明本實驗之正確性。

黑糖蛇~糖類燃燒變化之探討

黑糖蛇的製作原料是糖與小蘇打粉。糖含大量蔗糖燃燒受熱後容易燃燒不完全產生大量碳粒;小蘇打受熱產生二氧化碳的速度再配合糖燃燒不完全產生碳粒的速度,使得燃燒後的糖產生空隙,將剩餘的碳逐漸推出,看起來就像產生一條黑蛇。從實驗結果,我們發現產生黑糖蛇的三個關鍵---糖加熱的溫度要高、產生的碳粒要多、膨鬆劑產生氣體的速度要適中;因此糖和小蘇打粉的比例為4:1、配合酒精燃燒加熱的溫度就能製作出最長的黑糖蛇。