全國中小學科展

佳作

由克拉德尼圖形探討會變的波速

本實驗以銅板、不鏽鋼板、壓克力板、膠合木片與塑膠瓦楞板,以雷射雕刻機切割不同直徑圓板來實驗,並以高中物理方式簡化克拉德尼圖形理論,並由各種材料的同心圓板振出克拉德尼圖案,找到與理論相近的實驗結果。 實驗中發現許多與高中物理課本中理論的矛盾之處: (1)若要用高三物理的直線駐波公式找到材料波速,需要經過重力的修正項。 (2)壓克力片只能振出同心圓的克拉德尼圖案,木片和塑膠瓦楞板則無法振出同心圓圖案。 (3)不論任何材料,頻率的改變皆會影響波速。 本次科展的過程發現,網路上多為金屬板的克拉德尼圖案,極少壓克力與同心圓板材的實驗數據,實驗後發現,各式板材的速率與圖形的變化與銅板稍有不同,可做為不同材料間的比較依據。

利用二微米巡天資料與青藏天文臺觀測資料對英仙座雙星團性質的探討

本研究的目標天體為「英仙座雙星團」NGC869和NGC884,利用線上資料庫取得二微米波段巡天計劃(Two Micron All Sky Survey, 2MASS)之資料,分析該天體的年齡、距離、星際紅化及運動等性質,輔以青藏天文臺取得的觀測資料,進行兩者的分析比對後,顯示出兩種數據在於天體年齡及紅化值的差異,進而探討此差異的可能原因。同時,也分別從兩種方式挑出該天體成員中的變星,期能藉由分析變星的性質,對該天體能有更深入的理解。

忽快忽慢的彩虹彈簧圈

本次研究主要想針對各式的彈簧圈進行波動的相關研究,因為彈簧圈本身的彈力常數小,因此以懸空方式施以擾動來探討波的特性實在不易,若置於桌面上拉長則因摩擦力的緣故也不易實驗。經過多次的實驗嘗試,我們把塑膠彈簧捲成圓圈,平放在平台上以旋轉式振盪器振動,發現有些彈簧會在特定的外加頻率下,不論何種材質的平台,可以讓轉動及旋轉的運動能量大幅降低,進而以物理原理推論捲起來的彈簧自然頻率與彈力常數的相關性。金屬彈簧圈與塑膠彈簧圈於本研究中有非常創新的發現,除了在自然頻率時彈簧的旋轉與轉動明顯下降外,還有發現彈簧圈的順轉、逆轉與內旋、外旋,在接近自然頻率前後,運動會有明顯的方向改變。

探討葡萄糖氧化吸光度之化學動力學研究

本次實驗結合了高中的氧化還原及反應速率兩個章節,選擇在不同濃度以分光光度計測量較準確的吸光度,並且以過錳酸鉀滴定葡萄糖,求葡萄糖氧化過程中的準確級數。在實驗過程中,我們分別以濃度、溫度、催化劑為操縱變因,探討其對葡萄糖氧化還原速率的影響。 我們利用不同濃度下所測得的實驗數據來求出準確的反應速率定律式;並求出了在不同溫度下的反應速率常數。而本次實驗著重於溫度及催化劑的部分,我們選用了兩種不同的催化劑,分別為氯金酸及二氧化鈦,由於氯金酸的價格較昂貴,因此我們希望能找出氯金酸加二氧化鈦之間的最佳比例以節省金錢達到最佳的催化效果。由於本次的實驗,使我們對葡萄糖氧化還原之化學動力學有更深入的了解。

硯裡乾坤—螺溪石與端溪石的比較研究

端硯為中國四大名硯之首,螺溪硯則是台灣特有的珍貴硯石。本文以濾紙過濾、墨液在宣紙上的擴散,觀測兩種硯石磨墨的顆粒大小;以imageJ軟體測量墨液的灰階值;並從硯石的密度大小、墨液被宣紙吸附的高度、水分蒸發的快慢、硬度的大小與研磨後硯石的耗損量,比較兩種硯石的特性。研究發現,端溪石比螺溪石的質地更為縝密、不吸水,水分不易被蒸發,墨液的碳粒也比較細緻,成色更黝黑,而且易被宣紙吸附。至於螺溪石的硬度則比端溪石大,久經研磨不易耗損。雖然端溪石比螺溪石更適合磨墨,但兩種硯石的性質差距不大,而且螺溪石具有獨特的針鋩,在研磨圈數達400圈後,磨出的墨液品質與端溪石一樣黝黑油亮,都是非常優質的硯石。

廚餘In,臭味Out

本次研究利用自然與生活科技上課所學的過氧化氫經催化產生微量臭氧,針對廚餘的各種臭味作除臭效果的研究,並結合光觸媒消臭方式,以達到雙效除臭效果。 研究結果顯示,在高濃度過氧化氫(28﹪,20mL)及6克二氧化錳的催化下所產生的微量臭氧,便足以有效去除多數的廚餘臭味。 在實際應用上我們將二氧化錳製作成伏打電池,讓二氧化錳同時扮演催化劑與伏打電池正極的雙重角色,設計出既環保且可以重複使用的雙效除臭裝置,本裝置最大特色是,不需插電就能同時擁有臭氧與光觸媒兩種除臭效果,我們將它稱為:自動發電雙效除臭廚餘桶。

賣油翁

現在大量運用化石燃料,易造成大量環境汙染且其存量有限,所以引發我們對生質柴油的好奇。查資料發現:其可以大幅降低柴油引擎所排放的黑煙、未燃碳氫化合物、一氧化碳、以及多環芳香烴等毒性物質。生質能符合永續經營的理念,並非僅以處理為滿足,而是把生質物資源化與能源化,兼具能源與環保雙重貢獻。因此我們設計了幾個實驗想對生質能源有進一步了解。我們利用日常生活中易取得的油品,試著用其製造生質柴油,並尋找一個比例使反應最有效率轉換,使反應能有最明顯的轉酯化效果。接著依不同油種燃燒找出最好效能的油,再改變醇與油的比,提升反應產率,並測量產出的生質柴油熱值與價格,以方便我們未來可以運用。

「蚓」藏潛機-以蚯蚓處理食品污泥的研究

本實驗以食品工廠的廢棄活性污泥飼養蚯蚓(大平二號),並分析經蚯蚓處理過後的土壤觀察其變化趨勢並討論蚯蚓對土壤的影響。 實驗結果顯示,四週後pH值由弱酸性漸趨中性;總氮含量下降;總磷含量則上升;污泥內的有機碳含量下降。蚯蚓活動的孔道及蚓糞堆疊形成的非毛細管孔隙,增加土壤的通氣及透水力,以同樣條件測試,原污泥較處理過的污泥吸水時間高;小白菜種子發芽率的試驗中,處理過後污泥發芽率遠高於沒有處理過的污泥。由以上可知,蚯蚓及其所產生的蚓糞,再加上微生物的作用,能夠轉化廢棄污泥,增加其通氣及透水性,並促進碳、氮、磷等元素的循環,適合種植作物。讓蚯蚓轉化無直接利用價值的污泥為確實是個簡單又環保的選擇。

外觀微變

透過簡易的實驗裝置1、2 的操作﹐觀察紅色毛細水柱移動及U 型管澄清石灰水液面高低變動等外顯性的訊號﹐配合顯微鏡檢視酵母菌數的微變觀察﹐經由實驗裝置1、2 觀察結果﹐進行交叉比對、分析﹐間接瞭解、認識酵母菌與環境間互動的面貌。

翻鄉導語

本研究針對市售翻譯大聲公進行缺陷改良、創新,並作實驗,比方在大型開放場合有諸多的限制,針對這些加以改善並結合雲端翻譯之實驗結果進行製作,利用快速圖形開發方法,且經過數次循環實驗為目前市面上之產品不具備特色。 如: 1.透過物聯網技術連接群組內所有翻大聲公,進行整合及同步支援,也能相互傳送訊息做為實用遠距對講機。 2.可以切換大聲公為「母」大聲公或「子」大聲公。 3.未來可以用在許多大型場合與校內英文課程之語言訓練,非常實用。