全國中小學科展

佳作

有多「極」,滴滴看就知道

本實驗是利用極性分子的電偶極矩(p)在不均勻電場中,受到淨力不為零的原理,自製造成水平方向均勻與不均勻電場(變化率?E/?x 固定)的裝置,探討一些極性不同的液體在均勻電場與不均勻電場作用下,利用滴定管滴下,測量其在電場與重力作用下,自由落下相同高度後的側位移,探討側位移與極性的關係,由我們的實驗結果顯示,極性物質在均勻電場中因受合力幾乎為零,無法產生明顯的側偏移。在不均勻(變化率固定)電場作用下,極性不同的液體其側偏移與分子極性呈現一定的相關性,幾近正相關,且重複多次均得到相同的結果。所以,推論應可由此方式得知液態極性物質的分子極性強度

當我們同在一起"滾蛋"!!

在此次的研究中,藉著製作動態幾何構圖(GSP)來觀察橢圓夾在兩軸間滾動、橢圓在平面上滾動、橢圓繞橢圓所形成的圖形,以期發現其中的規律及性質。

不勞你手-秒收的神奇捲傘機

摺疊傘在市面上並無合適的裝置作整理,本研究研發手動及自動捲傘機,將傘葉收拾整齊,縮小體積來集束,並將其捆紮,解決雨天雨傘的收拾問題。手動的是設計傾斜支撐板和矩形閘門,讓雨傘在其上旋轉,以整理雨傘骨架並刮除水分;參考束口機的設計,研發用以捆紮的裝置。考量手動操作較難,因此改良為自動捲傘機,改裝部分為:製作固定傘的裝置,利用馬達、齒輪和皮帶,機械化旋轉與移動以達到集束與捆紮,全程以微電腦控制,使其自動化。手動捲傘成功率為88%,自動的也可以順利捆紮,經過兩者捲傘後,刮除水量 0~29c.c.都不會滴水。目前修改並打橫裝置,使馬達提升移動速度,並減少摩擦力、增加支撐力,操作模式改為同時轉動與移動,縮短捲傘時間。

變色杯的祕密~感溫變色材料的研究與應用

本研究來自於對便利商店兌換贈品~「阿朗基變色杯」的好奇,欲探究變色杯變色的機制與原因。研究透過資料蒐集,發現變色杯原理為感溫變色材料之應用,故針對各類變色杯及感溫變色微膠囊粉末的變色狀況、時間、溫度範圍進行實驗,了解變色杯的變色機制為感溫粉達特定溫度以上褪色的反應。研究進一步利用各色感溫粉的混色,及與顏料的混合,形成包含「新顏色感溫粉、二階段變色感溫粉、長範圍變色溫度感溫粉」等成果,使感溫粉變色應用更為多元。研究最後嘗試以各類溶劑混合感溫粉形成塗料,並探討在各類材質附著面的附著情形,發現利用白膠或膠水最適合作為感溫粉塗料的溶劑,將其運用在衣服及奶瓶上,形成生活中的感溫變色用品。

『流』『鹽』追追追 ─ 海洋密度流之探討

本實驗藉由調整溫度差及鹽度差來模擬密度流在三維海洋空間下的分段時間流動,利用簡易器材模擬不同變因下的流動差異,可應用於地球科學之洋流模擬。實驗後發現溫度差或鹽度差增加使密度差加大,則洋流流速加快;且溫度差主要影響不同緯度間的水平橫向運動,鹽度差主要影響不同海層的鉛直交替運動。其中還發現低溫的下沉水團產生崩湧現象,會因堆積崩毀產生一陣陣加速潮。另外觀察到混合增密現象,發現此現象由兩密度相近的水團混合產生,混合後水團密度增加而呈三角結構下沉,但若密度相差太大則不發生,且溫鹽度差越小越易混合,但溫鹽度差越大則密度增加越多。在綜合模擬中看到,由於溫度分布變化較大,故海底的水流多屬溫度控制的水平流動。

戴帽圍牆最ㄅ一ㄤˋ

由收集資訊知道,全國校園噪音源以公路噪音最多。 又根據我們查訪本市各級學校結果,發現本市學校遭受外來噪音干擾情形頗為嚴重,原因是教室緊鄰大馬路,而圍牆又沒採密封式建築,沒有隔音效果(放棄防噪音第一道防線)。 首先由本市各級學校的圍牆現狀調查並拍照製成卡片,再經分類、統 計、比較。 其次,利用木板,自己設計,製成型體不同的實驗用隔音牆,在實驗箱內做噪音測試。發現戴帽的隔音效果最好,可惜全市只有一所學校圍牆是戴帽子的圍牆。最後,我們根據研究二研究紀錄卡,至本市各學校(抽樣)校園進行實地測試噪音量;並選擇能夠加帽的圍牆,用準備好的材料加帽後,測試噪音量;我們發現,竟與實驗用隔音牆之實驗結果不謀而合! 總而言之,我們認為要提升國民「拒絕噪音」的共識,必須讓大家參與噪音監測工作,並就研究提出建議,以做為學校圍牆之建築設計、改進及新建校舍規劃之參考。

從平面到空間- 廣義四邊形磁磚的設計法與應用

著名的荷蘭籍藝術家M.C. Escher以手繪的方式,創作了許多豐富且極具創意的密鋪圖樣。然而,在張瑜軒的研究[6]中,以加減遞補的方式來詮釋M.C. Escher的繪圖方法,這對於結構解析與製圖的設計方法上並無太大幫助。本研究主要以正方形為基本單元,首先利用已知的4種等量變換 (Isometry) 推論出正方形磁磚邊的作用方式共有9種;再利用窮舉的討論出共有47種設計方法,其中44種可以密鋪;並對M.C. Escher的圖樣做結構解析,在結構解析下配合快速且精確的方法製圖,創作新圖樣。最後,從二維平面延伸到曲面及立體圖形上,探討正方形磁磚在各種不同曲面及立體圖形可密鋪的設計方法。如:環面(Torus)、圓柱曲面(Cylinders)及著名的莫比紙圈(Mobius Strip)和正六面體(Cube),在適當軟體的支援下,將可以在平面與曲面上輕鬆製作富有創意的新圖樣。

球中智慧,智慧之球

在日常生活中處處可見幾何多面體在我們四周,像是 1996 年得到諾貝爾化學獎肯定,英、美三位教授首次發現的巴克球(C60 Buckyball),是由六十個碳原子組成的球狀分子,經施加壓力後硬度提昇至較鑽石硬,其結構便是切角正二十面體。由上可知,在現代醫療、科學、環保環環相扣的趨勢下,我們可以把常見的幾何多面體,經過詳細的生產流程設計後,量產成為供觀賞的藝術品。為達到量產的目的,我們使用繪圖軟體將多面體形狀模擬後,進行分解,並討論面與面的夾角。在生產時會有夾持不易的問題,所以需思考利用其結構特性設計模具。當中需要配合到工程數學、投影幾何學、機械製造,設計最有效率的生產模具,以便在生產時快速夾持,避免產生角度錯誤或是偏差。

迴旋鏢

本實驗以厚紙板為原料,作各種不同的迴旋鏢,改變其長度、中心凹凸程度、傾斜程度、邊緣膠帶的圈數與纏繞膠帶的位置,以捲尺和碼錶量測其迴旋半徑及時間,觀察其飛行軌跡、週期和迴旋半徑之間的關係。由討論數據變化之趨勢,及引進白努利定律、牛頓運動定律來解釋迴旋鏢軌跡變化與力的關係,希望進而了解如何設計出適合各種環境的迴旋鏢。

動流體間阻力探討

在某一次的打掃時間,不小心將水桶打翻,所有的水都從四樓落下,看到\r 這天雨散花的一刻,我們對這些液滴有很大的好奇:在空氣阻力的作用下,她是\r 否為圓形呢?大小不同的她們是否同時落地呢?這些是否牴觸伽利略在比薩斜\r 塔上所做的實驗結果:不論輕物重物皆同時落地?\r 在一個偶然的機會,物理老師林老師在課堂上表演了一次「油水實驗※」,\r 我們因此做了聯想,可以用油水互不相容的特性來做我們的實驗,一方面可以滿\r 足我們的好奇心,另一方面也解決了下落(終端)速度過快的困難,展開了重重困\r 難的科展旅程!\r ※油水實驗:首先知道酒精、油、水的密度分別不同,又因為油與水、酒精不相\r 溶,但酒精又可以溶於水中,於是一開始放滿油,在調整水:酒精的質量比,調\r 至與油近似後,倒入油中後,再微量加入酒精或水,使得水酒精混和液滴在油中\r 上上下下,因而觀察到他的形狀非標準的球型。