全國中小學科展

佳作

蔬中求螢-蔬果中螢光物質的探討與應用

透過實驗知道各色蔬果富含螢光物質,只不過有些蔬果的螢光物質並不是特別明顯。蔬果去皮、不去皮並不影響實驗結果,蔬果的螢光物質與其果肉有關,而和果皮無關。且相同顏色的蔬果,其螢光物質的顏色並不相同,可知螢光物質所呈現的顏色和蔬果的顏色並無直接相關。接下來,我們找出萃取蔬果螢光物質的最佳條件是泥狀份量:水量:沙拉油為1:1:0.5、加熱時間為水加熱二十分鐘、油加熱十分鐘,且蔬果要新鮮並磨成泥狀、加熱時需攪拌。我們利用蔬果螢光物質只有在UV燈照射下才會顯色的特性,設計出隱形墨水。在未照射UV燈時,並不能明顯看出所書寫的字,但在照射UV燈後,就能看到發亮的字體,且書寫在白色紙張上的效果最佳。

彭巴之鑰—科學解密

對水而言,氫鍵是彭巴現象最重要之因素,過冷現象次之,過冷時,因高動能水分子更有機會到結晶之位置,一旦結晶形成,則固態冰之氫鍵更易觸發結晶之進行,到4℃左右時會受到水的熱學性質而影響溫度曲線,此現象在其他純物質皆未觀察到。具有氫鍵之乙二醇及甘油,亦容易觀察到過冷及彭巴現象,無論起始溫度為何,到達過冷時都會同時到達同一過冷溫度,顯然溫度與分子之運動控制了結晶之進行;多數實驗亦觀察到不具氫鍵之分子會因為分子量造成凡得瓦力之大小不同而出現彭巴現象;在酒精水溶液亦可觀察到溶液凝固點之依數性質,總結影響彭巴現象之因素以氫鍵最重要、過冷與分子量次之,其他如環境、蒸發、對流及氣體溶解度等亦可能皆是影響因素。

探究直流電加熱不同金屬產生燃燒條件及其改進教材中有關空氣中氧含量之實驗設計

本研究探索鎂、鋅、鋁、鐵四種金屬通直流電加熱燃燒的可能性後,巧妙設計出一個鎂帶與鋼絲絨組合的方式,透過乾電池點燃鋼絲絨再加熱鎂帶產生燃燒現象,可用以檢驗空氣中氧氣的含量,實驗結果發現空氣的氧氣含量約19.6%,與理論值21%相當接近。若將鋼絲絨換成電熱絲,通直流電加熱鎂帶也成功在純二氧化碳中燃燒。我們修改課本教材中蠟燭燃燒水面上升實驗,經由通電加熱鋼絲絨成功點燃密閉空氣管柱中的蠟燭,我們證實水面上升約79.7%因素是空氣熱脹冷縮造成的。本實驗設計出一個簡易金屬組合裝置,在密閉容器中能高溫點火,這將可以重新應用於許多有關密閉氣體反應的實驗,並可進行定量氣體化學反應前後總體積變化,具有實驗教學上的價值。

八隻青蛙與停車場的邂逅

本作品從解決科學研習月刊中的一道題目著手:《八隻青蛙》,給出了「有幾片荷葉有青蛙」與落點的一般式。而且我更延伸原題,定義出新的「停車場問題」,不但找到Cycle的一般式和落點的快速演算法,還發現了原題與新題分別欲求的解答,兩者之間存在數種對射。最重要是發現了停車場問題Cycle和巴斯卡三角形的關係!

車輛廢氣排放發電系統之研究

本研究目的為針對汽車引擎排放廢氣能量損失浪費,建置一個二階段雙渦輪發電系統的裝置,並透過排氣管徑的改變、渦輪功率研究、提升傳動裝置的效能及控制排氣通道回壓降低燃油消耗量的影響,探尋最高效率能量轉換的設計。雙渦輪發電機系統在排氣管路中改裝成為大小渦輪的裝置,利用引擎轉速作適時的改變排氣通道,有效將引擎排放氣體能源再生之裝置。實驗結果顯示,在最不影響引擎燃油消耗量下,讓低引擎轉速小渦輪發電機,能夠在微量排氣能量下電能輸出反應良好;高引擎轉速時,大渦輪發電機增加高排氣能量之充電能量。進一步發現,二階段雙渦輪發電機系統能夠抑制引擎排放廢氣的噪音,也可取代消音器的功能。

螺帽轉轉---科學遊戲以小搏大之探討

本研究主要是針對科學遊戲 [以小搏大]進行探討,研究中發現,小螺帽可以將大螺帽拉住,主要是因為纏繞橫桿產生的摩擦力,當纏繞圈數越多,產生的摩擦力越大。接著進行影響纏繞圈數變因的實驗,發現兩端螺帽的比重落在1:6~8時,纏繞圈數最多,而在一定範圍內,線長越長,纏繞圈數越多,但超過範圍,纏繞圈數就開始減少,探究討論發現,線段太長導致鉛直圓周運動最低點的最低速限變大,使得纏繞無法繼續。另外線的材質對纏繞圈數的影響不大,而線的粗細對圈數的影響較大,而橫桿的材質如果太粗糙導致摩擦力過大時,螺帽無法墜落,纏繞端也無法纏繞。最後針對纏繞發生的原因及特殊現象進行探究,並以本實驗發想出未來繼續研究發明的方向。

風「升」電起-升力式扇葉發電裝置的設計及探討

風力發電是最近全球極為關心的議題,故我們決定探討垂直式風扇在升力型扇葉、阻力型扇葉和蜻蜓仿生扇葉的效能比較。經由實驗可得以下結論 : 升力式扇葉採垂直軸組裝,其啟動風速高,在受力面積較大、攻角為25度,扇葉面平行旋轉軸可以得到最大轉速,發電效能達最高。在高風速下,其發電效能提高較多,但因有力矩拮抗作用,有最高轉速限制。阻力型扇葉在受風面及背風面所受之力大小不同,當風速快時正反力矩的拮抗作用明顯,造成不轉動的現象。蜻蜓仿生式扇葉,經風洞測試,發現其升力效果與升力型扇葉相近,但以垂直式發電裝置組裝測試時,其升力效應完全消失,所表現的特性卻與阻力式扇葉相同。

謎樣雪山—東北角潮間帶雪山寶螺Cypraea caputserpentis之觀察與研究

我們的研究以東北角潮境與蝙蝠洞潮間帶為觀查地點,針對寶螺進行將近兩年的調查,除了調查出寶螺種類,更以數量最多的雪山寶螺為主題,進行數量、體長、護卵的資料蒐集,在體長資料的分析中,發現潮間帶的雪山寶螺並沒有明顯成長的跡象。另外也意外發現海溝兩側雪山寶螺數量的差異後,設計海浪沖擊實驗,實驗結果與野外狀況相吻合,雪山寶螺較不容易面向浪。再利用此海浪模組,設計漲退潮實驗,發現雪山寶螺在藻類充足下,並不會隨意離開岩塊。 接著利用不同季節的飼養結果(無成長)、卵堆出現狀況(一年四季)、母螺護卵時的體長(2.1~3.5cm),推測雪山寶螺應是陸續進到潮間帶,陸續產卵,以達分散風險,且進到潮間帶的雪山寶螺應該已經達到成熟狀態。

微型生物分子偵測器,氧化石墨烯濾紙電阻與蔗糖濃度關係

本研究根基於氧化石墨烯的物理和化學性質,發展出能隨蔗糖濃度改變的氧化石墨烯濾紙電阻。在以漢默方法(Hummer’s Method)製作出氧化石墨烯後,將氧化石墨烯懸浮液滴加於濾紙上,加熱使水分揮發,做成氧化石墨烯濾紙電阻。其電阻表現遵守電阻定律,電阻與濾紙長度有著正線性關係,且其電阻率會因所在環境不同而改變。以濕潤法測量電阻,當蔗糖濃度上升時,電阻率也隨之增加;反之,以蒸乾法測量電阻,電阻率卻會隨著蔗糖濃度上升而下降。在固態電阻中,氧化石墨烯有可能因為與蔗糖分子間的氫鍵作用而彼此靠近,使電子更容易在石墨烯分子間移動。此特性使氧化石墨烯濾紙成為一個可任意塑形、又可敏感於環境變化的偵測器。

"啡"比尋常~研究咖啡渣紙容器之環保實用表現

2020年受新冠狀肺炎疫情影響,許多店家改用一次性紙容器,用完即丟,與環境保護背道而馳。因此,我們將廢棄的咖啡渣與回收紙結合,製作可重複使用的「咖啡渣紙容器」,並將用過的紙容器再次利用,作為可自行降解在土壤裡的環保花盆,甚至延伸應用到餐墊、紡織品、防撞墊、透水磚…等產品。 本研究將咖啡渣紙團以一體成型方式塑型,過程中添加糯米膠強化塑型的穩定度,並在紙容器外層刷上蜂蠟,結果發現咖啡渣紙容器在塑型、防水、耐溫、強韌、耐酸鹼與滿意度調查各方面表現均佳且穩定。 本研究之咖啡渣紙容器不僅可取代一次性紙容器,更可重複使用,甚至用後埋入土壤,有助於菜苗生長,有效達到「藍色經濟」之零廢棄、零排放的環保理念。