全國中小學科展

佳作

音速小子─神奇電動小馬達

本研究一開始是針對兩種不同規格的強力磁鐵做立體及平面式的磁力線觀察。較特別的結果是:在磁極正面的磁力線集中分布於邊緣處,在中央部位則磁力線分布較少。在研究二(二)中,電線以並聯方式連接,電線數越多條聚集時,其磁針偏轉角度幾乎都沒有改變,不符合歐姆定律。後來每條電線再加裝一顆燈泡重做並聯的實驗,結果發現:電線數越多條聚集時,其磁針偏轉角度就有增加的趨勢,符合了歐姆定律。研究三中,我們利用自創的駐波個數法及雙星錐擺法,都可驗證:強力磁鐵數越多時,其旋轉速率都有增加的趨勢。研究四中,我們改用浮力裝置來進行實驗,結果發現:強力磁鐵數越多時,其旋轉一圈所需時間有減少的趨勢,即轉速有增加的趨勢。

雨後精靈現形記

本研究調查校園與鄉野的菇類分佈,並透過栽培觀察菇的成長;另設計觀測箱,觀察孢子的彈射及影響因素。研究發現:一、我的校園發現菇類共13種,地點多在草皮。二、鄉間發現菇類共15種,墾丁海邊6種,地點多在枯木。三、四種食用菇從出菇到成熟約數天,且採下後還會再長出,以簡易方式栽培,維持高濕度也可長出美味的菇。四、柳松菇的孢子彈射約持續2-3日,濕度高可增加彈射距離,菌傘會傾斜增加彈射的高度。五、柳松菇孢子彈射利用水的表面張力,彈射前菌傘充滿水份,彈射時間愈久,菌傘變薄變寬,逐漸傾斜,蓋緣皺褶,由豐厚鮮潤變為乾癟凹陷,菌褶變長。由於野菇平常不易觀察,因此我們請專家協助鑑定,並製作網頁及發表分享研究成果。

神秘的方格規律

我們的研究是試著從最簡單的2×2 方格看起,先探討數字填入方格裡的所有情形,再看方格裡的數字經過一定規則(對任一行或任一列進行同時的更動)變化後的所有情形,找出最少步驟的變化方式,並試著去探討在方格中數字變化相關的奧妙。我們把2×2 方格及3×3方格所有情況列出,發現2×2 方格有16 種變化情形,3×3 方格有512 種變化情形,同時把變化的表格及圖形畫出,找出最少步驟的變化方式,也發現利用奇偶數的性質,可以用來判斷二個方格是否是可以互相轉換的方格。

Espresso 茶-全自動智慧泡茶機

沖泡咖啡的機器種類五花八門,並且隨處可見,愛喝咖啡的人可以隨時在家中或是辦公室使用咖啡機來沖泡咖啡享用,而讓咖啡的文化很快的進入世界各地;然而,喝茶文化歷史悠久的我們,卻一直停留在泡功夫茶的階段,卻沒有像咖啡機一樣的產品,讓愛喝茶的人也能在家裡或辦公場所透過簡單的步驟就能沖泡出一杯好喝的茶品。因此,我們期待能設計出具有像咖啡機一樣訴求的泡茶機,使泡茶變成一個簡單便利的事情,而使得繁忙的現代人或年輕人也能很快地接受茶的文化,進而也讓西方歐美國家也能體會台灣茶的美味。 為達此目的,我們使用壞掉的咖啡機依其原理加以改良,藉由機械組與電子科專業科目的合作,完成一個自動控制水溫及泡茶時間的自動泡茶機。

圓柱積木的遊戲設計概念及其解的尋找

本研究從圓柱積木遊戲的「位置數、盤數、洞數、柱高、柱數」數量開始,第一部份反思遊戲的設計概念。在盤數的關係中採用代數的觀點探討;在洞數、柱高與柱數的關係中,根據遊戲規則找出關係式,最後得到給定位置數時,盤數與洞數就能被決定,而柱高僅有有限種選擇,柱數則跟隨著柱高改變。第二部份則尋找位置數為6的圓柱積木可行解:首先利用洞數與盤數的關係列出洞數解,並定義何謂相同解;再利用二元記錄法,畫圖找出所有的空間解(也就是實際可行解),並在附錄中揭錄詳細的排法。透過這些一般性方法,往後我們也能藉此尋找更多洞數的圓柱積木遊戲可行解。

「紙」能生電?!—自製薄膜電池效能分析

本研究利用自製輕薄且方便的薄膜電池,以鋅粉及鋅膠帶為負極、二氧化錳為正極,探討影響電池電流及電壓的因素,並製備可串聯的薄膜電池。目前研發之最佳電池單顆電壓已可達1.5V,當使用酸性的氯化銨電解液時,電壓優於使用氫氧化鈉之鹼性電解液電池;而電池負極採用鋅膠帶時,電壓及電流也明顯高於使用鋅漿料之電池;電極間距所取寬度為3.5mm之電池的電壓及電流最高;而當電極本身寬度為0.5mm時,電壓於數據中顯示為最高。進一步將電池串聯後,發現兩顆電池已可驅動基本電子元件,而串聯五顆電池之電壓平均更可達7.3V,效益與市售電池相仿,但所占體積卻輕薄許多。本研究未來將繼續探討影響薄膜電池的各種因素及在生活中的可應用性。

它抓不住我-鐵片磁化的探討與研究

磁鐵會將磁性物質吸引到兩極磁力最強處,這是我們熟悉的模式,然而在實驗中我們卻發現了不同的現象:鐵片會被吸引至磁鐵側邊而非一般所認為的磁鐵的中央。因此自製了磁力測量計探討此現象,結果發現鐵片與磁鐵之間吸引力不單會受到磁場影響,還會因為鐵片不同的放置方向而有截然不同的受力結果。因此構想了一連串的實驗深入的探討鐵片磁化與磁場的關聯。實驗中看到單一薄鐵片之NS極殘磁無法分佈於上下兩面,但當鐵片增厚鐵片磁化方式又符合我們所熟悉的模式:距離磁鐵較近的一端會產生異相吸。我們從這實驗得知磁化非課本所教NS極會順著磁力線走,而是一種金屬內部相斥力和外加磁場所達成的平衡。

超級大蛤命,探索文蛤趣!

本研究以文獻探討及實驗觀察法了解文蛤體型、舉起重物能力及出入水行為,探討不同保存條件對文蛤的影響。研究發現文蛤殼寬、高、長有規律,體重與體型大小有關。文蛤被重物壓著也能打開雙殼,舉起體重十幾倍至三十倍的重物,正面舉重能力比反面強。文蛤入水管也會噴水,反面朝上時入水管噴水次數特別多。文蛤不同部位互敲聲音不同,以B區(圖13)互敲較容易分辨死活。文蛤聲音在死亡過程中逐漸產生變化,發臭前可聽出聲音漸低,死文蛤頻譜圖低頻區信噪比變大,而且可能有些高頻聲音會消失。文蛤在死亡前體重會減輕,有些會出現重覆開合的行為。低溫有利文蛤保存,若有水,有沒有換水也有不同影響。

從林邊溪地下伏流看二峰圳的神奇

二峰圳當初在日本時代,由日本工程師鳥居信平先生,為了台糖灌溉需要所建造的工程。林邊溪來義段到處是粗碎頁岩礫石地質,容易滲水成伏流,又有坡度,所以適合建地下水庫。二峰圳分成梯形堰堤廊道、拱形隧道與半圓形集水暗渠隧道、方形進水塔、導水系統。運用地勢高低落差原理來作導水,一點都不必用到電力。今年二峰圳在十月份出水量每秒約7.8立方公尺的潔淨水,最乾旱的二、三月還可出水每秒約1.3立方公尺,如果在雨季出水量肯定會更多。高屏各溪流地質都很類似:砂、礫、硬頁岩、板岩等等。進入山區,每條河川的水量土質坡度,條件幾乎都比二峰圳段優越,如不建水庫,可考慮多建幾座二峰圳,來解決大高雄與屏東縣飲水問題。

大漢溪河階地形探索之旅

大漢溪兩岸具有豐富的河階地形,是桃園縣山區景點的一大特色。本研究運用「Google 地球」軟體,截取大溪橋至復興鄉羅浮間河階衛星照片,進行階地判識,並經由野外考察實地驗證,描繪大漢溪流域河階地形的分佈情形;經由實驗證明與實地考察,發現坡度、水流量變化及地殼變動是河階地形的形成原因。此外,河階的開墾應注意地形的特性,避免在地勢低的低位河階開墾,以減少洪泛所造成的損失。