全國中小學科展

佳作

扶搖直上─固態粒子的流體化現象

本實驗是探討振動方式、振動的頻率、大小顆粒的直徑比、不同材質大顆粒、不同直徑的背景顆粒等對大顆粒被推到表面的時間的影響。實驗結果顯示:垂直振動時,大顆粒與背景顆粒之直徑比愈大,大顆粒上升所需時間愈短;而水平振動時則與垂直振動之發現相反。垂直振動時,不論在固定頻率或變動頻率情況下,大小顆粒的直徑比愈大(ξ 愈大),大顆粒露出表面的時間愈短。當ξ 從3 增至3.5 時,大顆粒露出表面的時間變化最明顯。而大顆粒的密度愈大,露出表面所需的時間愈長。背景顆粒愈小,大顆粒上升至表面的時間愈短。

品油論煮

國際癌症研究總署指出,暴露在空汙中,將導致肺癌及增加膀胱癌風險,並已正式將PM2.5列為一級致癌物 [1]。肺癌一直高居國內女性癌症排行榜的前三名,廚房油煙應是重要原因。本實驗對七種油品進行了基本理化性質實驗,並找出油品保存的變因。為減少油煙對人體的傷害,進行影響PM2.5值的變因探討,並設計一簡易的實驗方式來呼應PM2.5值的粒子量。結果顯示:精煉油發煙點較未經精煉油高且飽和脂肪酸的比例會影響發煙點及密度;光線及空氣是影響油脂酸敗的變因;油温及加熱表面積對油煙PM2.5值有正相關的影響。本實驗得出一個方便又有效可減少油煙的方法—在烹調過程中戴上噴水口罩並把抽油煙機打開,其減少值可達40%!

金皇石斛對UVC照射的HaCaT細胞防護能力之探討

皮膚是身體主要的保護器官,以對抗外界環境所造成的傷害,尤其是紫外線會誘導DNA斷裂及氧化應激而加速細胞衰老。現今許多防曬霜的成分大多使用A酸做為主要用藥,可以預防且修復細胞損傷,但具有刺激性,容易引起皮膚過敏。本研究選用來自農委會種苗場雜交選育出得的金皇石斛 (Dendrobium taiseed Tosnobile, DT)作為實驗對象,金皇石斛的多醣體含量很高,具抗腫瘤及抗老化的功效,生長期短且產量高。本研究使用人體永生化角質細胞(HaCaT細胞) 以不同濃度的金皇石斛萃取物處理後,再照射不同強度的紫外線,利用細胞存活率分析(MTT assay)以及西方墨點法(Western Blot)實驗金皇石斛的防護效果。結果顯示金皇石斛萃取物增加HaCaT細胞在照射過UVC後的存活率,並防護UVC損傷。

旋轉皂膜之厚度變化

本實驗改變水平皂膜對應的容器材質、形狀、大小及轉速,觀察其對皂膜之干涉圖案影響。另外皂膜轉動時圓形、方形皂膜會產生同心圓環狀之干涉條紋;而長方形、橢圓形皂膜則產生近似橢圓形干涉圖案。而轉動圓形皂膜可將其分為初期、中期及末期。初期之干涉條紋與牛頓環類似,中期環狀條紋會因皂膜變薄而減少,末期皂膜中心出現黑圓區域。 三種不同轉速下,皂膜厚度會由內向外逐漸變薄。而皂膜內微胞流動堆積導致皂膜厚度有固定、沿徑向往外連續增厚、往外突增三種情形。轉動皂膜初期,其表面近似水平,此時皂膜藉由表面張力梯度提供向心力來源。而中後期出現大區塊厚度相等的皂膜,此時皂膜表面需凹陷以提供向心力,且轉速越快凹陷越劇烈。

「沙」氣騰騰 –流體化床變因與自製沙箱之研究

我們看到網路影片,一位工程師製作了流體化床浴缸,人埋在沙中玩沙像玩水一樣!影片中透過空氣就能產生固液態轉換的模式引起我們的興趣,讓我們想自己製作流體化床沙箱。首先我們以電動鼓風機替代影片中的高壓氮氣瓶,並找到連接電動鼓風機和PVC水管的方法,製作出水管流體化床沙箱,並研究影響沙箱噴沙的各種變因與水管鑽孔的最佳方式。 我們察覺「表面產生越多沙泡」,流體化效果越好!也研發出流體化效果更佳的製作方法「氣泡石流體化床」,也就是利用透氣陶瓷氣泡石當作隔層,下方保留氣室,讓空氣切割更細、噴氣更均勻。同時歸納出流體化床四種特色:流體化、減少摩擦力、改變沙體密度、固液體轉換,根據特色想出許多應用於生活中的點子。

菜園裡的黑芝麻-黃條葉蚤生活習性及防治方法探討

本研究以學校菜園中危害較大的昆蟲---黃條葉蚤(Phyllotreta striolata)為研究對象,分類上屬於鞘翅目金花蟲科。 黃條葉蚤雄蟲觸角第1、2節為黃色,第5節略膨大且長度約為第6節的1.6倍長;雌蟲觸角第1、2、3節為黃色,第5節無明顯膨大。體型測量發現雌蟲的頭寬、體長及體寬的平均值均比雄蟲大。卵粒呈橢圓形,淡黃色,卵長平均值為0.30mm,卵寬平均值為0.20mm。生活習性部分,發現黃條葉蚤具有趨光性,以跳躍為主要移動方式,跳躍距離平均為16.19cm,最遠可達34.5cm,約是體長的145倍。 在友善防治的實驗中,驅蟲水的室內實驗以洋蔥水、菸葉水及生薑水效果較佳;驅蟲水在菜園實驗中,則以小蘇打水、生薑水及菸葉水效果較佳。有色黏板誘捕實驗則以黃色黏板誘捕效果最好。

大地的眼淚-地震對土壤液化的影響

本研究主要探討台南市中西區某國中於2016年0206地震後校園內噴沙現象形成的原因,針對造成土壤液化的可能因素,包括土質、水、地震等因素進行實驗分析,其中取樣不同來源的土壤,探討其土壤密度、孔隙率、含水量、滲透率等對土壤液化所造成的影響。 研究中設計的不同地質組成,並透過震盪器的震盪作用,來了解造成土壤在震後重新排列、噴砂、測潰現象的成因。並透過自製水分滲透機構,來測量不同土質達到飽和所需要的時間,來了解不同地質組成對含水量的承受力。 最後設計一個固定方向的自製水平震盪機構,模擬不同角度的震波來源,對建築物的影響,進一步來推論校園中造成的噴砂現象的成因,探討相關土壤液化的防治與因應對策。

旋冷奇蹟-飲料水冷系統的開發與研究

影響飲料冷卻的因素為飲料本身、溫度,所以本研究主要實驗設計有: 1. 探討冷卻方法-我們主要利用300克冰塊+1000CC的冷水+100克鹽製造出0.4度的低溫水,並設計水平式旋轉讓飲料迅速降溫至5~8度。 2. 水冷系統的設計-利用軸承、電鑽設計出旋轉系統,塑膠管連接器、外掛式馬達、組成流水與回水系統,可節省冰塊、電力與冷卻時間。 3. 開創水溫系統-可讓600CC19.8度的冷水3分鐘後變37.3度。6分鐘讓100克的冰塊變成32.2度。 實驗後發現真的可以快速成功的冷卻飲料,將時間縮短至30秒~300秒就好,不但節省時間也節省電力,希望我們的研究可以讓大家都開心快速的喝到冰冰涼涼的飲料。

「弧」思亂想

本研究在探討一種特定類別的曲線集合 : 給定平面上 n 個點 {A1,…,An},我們想要找 n 段圓弧,使得 n 段圓弧分別以 {A1,A2 }、{A2,A3 }、…、{An-1,An }、{An,A1 } 為端點,且 n 段圓弧光滑的相連,我們將此 n 段圓弧形成的圖形稱為光滑解。主要研究發現為 : 1. n 為奇數時,這些圓弧存在的充分必要條件以及滿足條件的圓弧組數量 2. n 為偶數時,這些圓弧存在的充分必要條件以及滿足條件的圓弧組數量 3. 光滑解自交不可避免 4. 上述圓弧組不存在時,可透過增加一個新點使圓弧組存在 5. 增加新點的軌跡是圓

碳無關紙-自由基對碳粉色素之降解

由於影印紙過多而無法有效的再利用,探討以溶劑分離紙張纖維和碳粉色素,找出丁酮為最佳溶解碳粉之溶劑,但後來發現丁酮將色素析出後,無法把色素與紙漿分離。使我們轉向使用光觸媒將碳粉中的色素加以分解,並以吸光度作為濃度變化的指標。改變光觸媒的劑量以及紫外光的波長,觀察吸光度的變化,並求出分解色素的反應速率級數。 結果顯示,二氧化鈦在UVA的照射下吸光度呈線性下降(零級反應),而氧化鋅降解速率就差很多。我們把實驗對象推行至紙張上的碳粉,但紙漿含有二氧化鈦會導致無法做成再生紙,為了使觸媒再次利用,所以我們蝕刻燒杯,並鍍上二氧化鈦降解碳粉色素,結果確實可以兼具降解效果與排除溶液中多餘的二氧化鈦。