全國中小學科展

佳作

聲音的槓桿原理

槓桿原理的運用廣泛,但在物理學鮮少和聲音聯結在一起。至少在國中生很少人會將兩者聯想在一起。我們卻從人耳的生理結構,突發奇想,想打造一套能傳遞聲音的槓桿結構,並研究其特性。在克服了重重困難後,我們果真成功從零到有自製出獨一無二的實驗系統,藉由不同支點、不同抗力臂、不同施力臂的調整以及不同平衡質量的調校,我們在仿生的世界,發掘未知的奧秘並享受實驗的樂趣。很多生理學的教科書都說人耳的三小聽骨類似槓桿結構有放大作用,但我們的研究卻發現槓桿結構對聲音的傳遞並無明顯放大作用,反而是過濾作用。欲知其詳,且看我們的研究分析。

疾風冷氣-新式變頻

本研究乃針對一般常有之分離式冷氣,做無段變頻控制(A.F.C),與管路系統調整。提高運轉效能,並可避免因外氣變化造成之冷凍能力下降,達到節能、省電、低成本效果。有別於現有冷氣變頻方法,改採M.I.O 控制方式: (1)、以溫控器-變頻器,調整冷媒流速,(2)、藉新式感溫膨脹閥,調整冷媒流量,內外交攻,達到系統內冷媒維持恆溫、恆壓之最大效能。於恆溫、恆濕室內,經適切設定調整與配合實證比較之後,可知改良疾風變頻冷氣較同型分離式冷氣機:1. 省能-----能源效率比(EER)值可提高至 3.62,節省電費48%,(且較同容量變頻冷氣高)。2.恆壓----壓力變動平順,變動率(S.R)低於3%。3.恆溫----冷房效果快於一般冷氣50%。

再造生生不息的世界—鹽化植物大作戰

鹽害及乾旱是限制植物生長和分布的重要因素之一。據估計全球三分之一以上的灌溉土地均有鹽害的問題存在,肥料的使用與海水倒灌一直是土壤鹽害的兩大元兇!鹽害對植物的傷害到底多大呢?若以不同濃度的鹽水培養植物,則因植物耐鹽性的差異,仍可發芽,但發芽率很低。若先以清水催芽後,在以不同濃度的鹽水培養植物,則可大大提高發芽率。可見催芽對植物的重要性!然而,鹽化的傷害在初期最嚴重,中期與後期因植物較能調節使傷害降低,但不論初期、中期或後期在模擬海水的濃度下生長都有抑制!植物對鹽害的生理反應是:首先葉片開始變形、捲曲,莖部失去水分而枯萎,到萎縮而死亡。根部吸水量的減少,細胞的溶質相對提高,使細胞滲透壓提高,雖然提高滲透壓,仍無法吸收外界的水分,所以植株會因吸不到水而響生理作用,走向死亡的命運! 在水耕植物鹽化的即時處理的實驗中雖然初期的生長有所抑制,但仍可恢復生機!而其決定關鍵在鹽化後5-6小時之內!另外,在模擬土耕環境下土壤鹽化的恢復對植物的影響,得到了很好的結果,決定關鍵在鹽化後4-5小時之內,對植物而言仍可恢復生機,且生長良好! 雖然如此,我們仍希望能搶救垂死的植物,實驗證明促進植物的呼吸作用可促進植物長出新根。電解水的灌溉可救活更多更嚴重的植物。而我們找到一些吸收鹽類的植物,在不影蠻生態平衡下,以最經濟的做法解救他們!相信未來能有所貢獻於社會!

製備奈米銀之最佳條件與性質探討

本實驗是使用各濃度硝酸銀水溶液以檸檬酸鈉作為保護劑、氫硼化鈉為還原劑,製備奈米銀粒子。使用紫外光/可見光光譜儀依其特徵峰與顏色變化做探討,發現不同濃度會影響奈米銀之生成穩定性。從TEM 圖中可得知,在使用不同光源照射下所製備的奈米銀粒子形狀會有所不同。而將不同濃度的鹽類加入奈米銀溶液後顏色會改變,且大部分奈米銀粒子之特徵峰進行紅位移,濃度越高的鹽類紅位移程度越多,應為奈米銀粒子聚集所造成,且當硝酸銀濃度增加時,所生成奈米銀粒子的粒徑有變大的趨勢;在找出最佳製備條件後用於殺菌實驗結果可得知有奈米銀試樣確實具有殺菌效果,且照射UV 光者的殺菌能力較未照UV 光者的殺菌能力更佳。

翻滾吧!跳豆

哇!沒想到在彈珠外面加上一個紙盒後,運動方式即由滾動變成翻轉,真是神奇,於是我們從斜面材質與跳豆的材質、長寬比例、重量、形狀方面來探究如何使跳豆走得更直、更快以及更有變化。結果發現:斜面及紙盒的材質要有適當的摩擦力才能走得穩又直;紙盒的長寬比會影響運動的速度;重心不在中心的跳豆則使跳豆行進偏向一方;八邊形的跳豆會產生用側面行走或翻轉的現象。將生活中取材容易的珠子與紙張加以設計,也能變化出許多有趣的實驗。

共邊三角形的內切圓

本文主要研究共邊三角形的內切圓半徑,如圖,給定任意∆ABC,D為BC邊上的任一動點,分別用r1,r2表示∆ABD,∆ACD內切圓的半徑,則r1=r2時,r1+r2有最大值。若將此圖看成在一個公園裡有四條路AB,AD,AC,BC,今興建圓形湖泊並利用木棧道連接湖的中心與馬路,若要求湖的中心到路的距離和3(r1+r2)最大使遊客們能充分欣賞美景以促進光觀效益,則此時r1=r2。最後也將此性質推廣到多圓的情形。

不詳之「罩」-口罩對都會區主要空氣汙染物攔截效率之研究

台灣汽機車密度居世界之冠。汽機車排放之直接與間接形成懸浮微粒與臭氧,為都會區空氣主要污染物,並危害民眾健康,相關議題亦是全球關注的焦點。在法令規範未達一定成效時,戴口罩為保護呼吸道簡易的方式。口罩款式甚多,民眾認知甚少。本研究利用手持式粒子計數器、掃描式氣動粒徑分析儀與分光光度計等儀器,量測各式口罩對懸浮微粒與臭氧的攔截效率。結果得知機車廢氣之懸浮微粒主要粒徑落於「最易穿透粒徑」範圍,粒子不易攔截又易深入肺泡造成傷害。研究發現熔噴不織布層為口罩高攔截效率之關鍵因素,清洗後,短期效率無明顯下降,但因結構破壞仍需更換,藉此我們組合出高效率且可替換內層的布口罩。本研究結果可做為民眾選擇口罩之依據。

回收油肥皂

一、 使用回收油來做肥皂,油、NaOH 和水的最佳比例為:固體回收油:油 100g、NaOH 15g、水 50ml油:NaOH:水 = 20:3:10液體回收油:油 100g、NaOH 17.5g、水 50ml油:NaOH:水 = 20:3.5:10二、 不論使用哪一種油來製作肥皂,一定要充分攪拌,製作過程中適度的攪拌是必要條件。加入 NaOH 的量不足時,肥皂表面會出現多餘未反應的油;NaOH 過多時,肥皂會變脆。三、 水量以 50ml 來溶解 NaOH 最佳。四、 加入酒精非必要條件,但加入適量的酒精有助於肥皂的硬化程度。五、 使用回收油製作肥皂,過程中不管加不加熱,肥皂都可以順利成型。六、 回收油肥皂去污力相當強,適合用來去除醬油、蕃茄醬、鞋油等污漬,而且去油力比洗碗精強,顯示回收油肥皂是很好的清潔劑代替品。

921 地震,房子倒不倒有關係

本作品主要是探討「建築物的底面形狀和耐震程度的關係」及「建築物輔助支撐和耐震程度的關係」,最後進而由學生自發性的提出問題來討論,最難得的是小組的成員主動提出88年729大停電、921地震,都是因為高壓電塔倒塌,造成全台大停電,而要求要拿出小組經過討論後,認為最耐震的建築及支撐和高壓電塔的支撐一決雌雄,在實驗的過程中,我們發現建築物的底面形狀確實和耐震的程度有關,我們推論豐田大樓(底面L形)倒塌的原因,發現921大地震的搖動方向為東西向,而豐田大樓在這個方向卻沒有對稱軸,而產生較大的扭力(由附件4、5頁線形圖)可看出除左右的振幅,其前後的晃動也很嚴重,而文化廣場(底面長方形但接近於正方形)在921大地震的搖動方向為東西向時,它的南北方向有一條對稱軸,這是否就是同為12樓公寓建築,豐田大樓梁柱嚴重受損,被判定全倒,而隔壁的文化廣場卻掉幾塊磁磚的原因。實驗過程我們也發現,在建築物加上輔助支撐,可以大幅度改善建築物的耐震性,其中不同的輔助支撐,改善的程度也不相同,其中又以X形輔助支撐,在大地震來臨時,最能改善建築物本身的耐震性,甚至最後我們小組把它和高壓電塔支撐做個震動幅度比較,我們也發現,X形支撐優於高壓電塔支撐,這是本小組引以為傲的事,更重的是X形支撐,所使用的材料比高壓電塔支撐,幾乎節省一半。

鈣多晶球

本研究主要在探討海藻酸鈉與鈣液交聯作用形成的晶球所具有的特性與應用。發現影響晶球成形及晶球膜厚度的因素是含鈣物質的種類、濃度及作用時間。並驗證晶球的構造以及研究正向、反向晶球的方式與差異性,藉以研發不同型態的分子料理。此外探討膜的通透性,尋找晶球的保存方法。也發現做為海藻酸鈉促凝劑的鈣液,除了氯化鈣之外還可以用乳酸鈣、自製的檸檬酸鈣、自製的醋酸鈣、牛奶、優酪乳等較適合食用的含鈣溶液取代。這些鈣液的鈣離子越容易解離、鈣離子含量愈高,愈容易使海藻酸鈉晶球化。因此可以晶球化程度做為測試乳品的含鈣量,也可以利用晶球的結構與特性製作各式分子料理和變色晶球飲品,並利用蛋殼水果醋等天然鈣源製作晶球。