全國中小學科展

佳作

1021世紀洪災

本研究探討宜蘭縣蘇澳地區颱風或超大豪雨來臨時,地形對淹水程度的影響。結果顯示,蘇澳地區地形中心位置較低,一旦下雨,就會形成平地部分區域的淹水。蘇澳地區於2010年10月21日當天梅姬颱風帶來強大豪雨,造成土石流情況嚴重;水深最高達400cm,研究範圍內1/2的區域淹水。廣泛而大規模的土石流及山崩,導致流水宣洩不良,減緩排水速度是帶來災害的第一個原因;單日的雨量逐年增加,驟雨情況發生的機率提高,顯示出極端氣候是第二個原因。加上東北季風和颱風所帶來的共伴效應,潮位對較高的9.10月,在滿潮時期加上足夠的雨量就會造成淹水。我們所製作的模型選用油土做出平地,用ㄧ般的土做出丘陵,模型縮小比例1/5620(89/500000)是我們認為較準確的模型條件。

讓變頻現形吧!─四極馬達實驗看變頻意義

本實驗主要探討變頻的意義,利用廢棄風扇設計轉子和線圈互感實驗中發現轉子上渦電流存在的事實。台灣交流電的頻率為60Hz,故四極馬達極速為30rps在實驗中觀察到,本實驗觀察到轉速越大則線圈和轉子上渦電流互感值越大並導致線圈電流變小,進而降低線圈電流熱效應佔輸入電能比例。在分析轉子處消耗能量實驗中發現如果轉速越接近極速則磁力在轉子切線方向分力做功比例會減少,且大部分輸入電能轉變成渦電流熱能,線圈與轉子間的平均磁力和轉子切平面的方向夾角(θ值)會決定線圈熱效應及渦電流熱效應佔輸入電能比例,實驗中發現最佳轉速(最佳θ值)下運轉馬達會達到最佳能源效益比,實驗結果顯示本次實驗採用馬達在轉速約25(rps)時能源效益比最佳。

接二連三─拼剪「海倫三角形」

面積是正整數的整數邊三角形就是海倫三角形;整數邊的直角三角形就是畢氏三角形。本研究先透過圓點方陣得到兩組基本的畢氏三角形的邊長生成公式,並且證明這兩組基本的畢氏三角形都是海倫三角形;接著,取其中一組基本的畢氏三角形加以複製,成為有一條公共邊的兩個相同畢氏三角形,接著拼接成四組三角形,並且證明這四組三角形都是海倫三角形;更進一步,把這兩組基本的畢氏三角形各放大到適當的倍數後,成為有一條公共邊的兩個不同的畢氏三角形,接著拼接成六組不同的三角形和剪接成六組不同的三角形,並且證明這十二組三角形都是海倫三角形。因此,本研究總共得到十八組海倫三角形的邊長生成公式。

當紅不讓-洛神葵花青素萃取及果凍製作

洛神葵是台灣台東地區粗放栽培的一種耐乾旱植物。文獻證明洛神葵萃取液富含花青素、多酚、維生素C等具有抗氧化活性的物質,對預防醫學甚有助益。實驗結果發現:固液比1:20、加熱萃取溫度100℃、萃取時間30分鐘(pH 2.26),為洛神葵花青素萃取之最適條件,可萃取出最高之總花青素含量為119.8 mg / 100 ml。在100℃加熱萃取60分鐘可萃取得總多酚含量為449.2微克/毫升、DPPH之清除能力為30.18%。由此可知洛神葵萃取液不僅富含花青素且有極佳之抗氧化能力。 為了增加洛神葵之加工應用性,實驗選用吉利T粉為膠凍材料、以吉利T及細砂糖之添加比例為變因製作洛神葵果凍。官能品評得知:細砂糖15%、吉利T 4%及細砂糖20%、吉利T 4%的果凍成品喜好度最高。

一「頁」菩提--菩提葉造紙全記錄

雖然數位化時代,用紙需求下降,台灣每人每年的用紙量還是高達190.5公斤,使用的紙漿就來自熱帶雨林。 造紙一定得砍樹嗎,熱帶雨林孕育了地球上50%的生物,雨林是地球之肺,雨林消失,除了大量物種滅絕之外將加劇全球暖化速度。 本次實驗採用菩提葉來造紙。運用四種添加鹼劑的熱煮方法獲得紙漿,且都能順利造紙。但熱煮法耗能,強鹼使用有危險性,廢液的處理很麻煩。 我們以微生物分解法來分解菩提葉纖維,製作添加酵母菌、乳酸菌、土壤益生菌、生態池底泥等常見微生物製作分解液,發現短短14日,微生物就能將菩提葉分解出纖維了,也都能順利造紙,樹葉造紙能依地區特有植物來製作獨一無二的紙張,再運用天然染染色方式讓紙張的用途更廣!

一機在手、任意遊走~雲端NFC鎖

市面上的智慧手機,不管是 Android 或 iOS系統,愈來愈多支援讀取 NFC 標籤功能,已提供現代生活廣泛與便利的應用。本研究即以NFC技術出發,探討結合物聯網(IoT)與手機的應用,成功完成雲端智慧門鎖產品。研究的成果有:(1)透過LinkIt 7697的Wi-Fi 無線網路功能,可雲端記錄、管理、通知與開關門鎖;(2)可利用網頁、手機及NFC感應器等多種方式操作;(3)透過 LinkIt Smart 7688 控制版, 抓取Webcam影像,可遠端監看門鎖開關動作;(4)門鎖開關有異常情況時,可發出類似汽車警報器的警告效果;(5) 運用3D列印機提高產品製作效率,產品可快速組合且具美觀效果,適合應用於家庭或學校教室等場地。

利用摺紙藝術製作發電裝置

本研究利用噴蠟印表機印製特定圖樣製備隔膜型紙電池。利用蠟本身具有疏水的特性,將可簡易的製作出紙流道。在紙電池中分別滴上硫酸銅、氯化鋁溶液,並利用玻璃紙當作隔膜,黏上銅片和鋁片,最後利用摺紙的方式將紙電池組裝起來。鋁片就會形成電池中的陽極,銅片將成為陰極,而玻璃紙就能取代鹽橋作為離子交換的介質。在紙電池的頂端,進水口的地方滴入幾滴水,水就能藉由紙流道進入電池內部,數秒鐘內即可測量到電壓,最後經過不斷的優化電池的設計,此電池的開路電壓能夠達到0.915伏特。

「石」來運轉,神奇「墨」測-利用廢乾電池製成石墨烯口罩及其PM2.5、甲醛去除效率探討與應用

本研究利用廢乾電池中碳棒製成石墨烯,並探討去除PM2.5及甲醛最佳條件,最後成功應用於生活中製成多效合一的口罩。研究發現:①電壓愈高石墨烯生成量愈高、粒徑大小與工作電壓呈負相關、1.5M 硫酸為最佳電解液②石墨烯、氧化石墨烯去除粒狀汙染物PM2.5及PM10效應均優於活性碳,可取代傳統吸附劑③擴散吸附實驗中氧化石墨烯對甲醛去除率83.89% ④石墨烯:氧化石墨烯=1.5:1為最佳混合比例⑤呼吸箱模擬測試石墨烯-氧化石墨烯口罩濾片對PM2.5去除率,91.32%;甲醛去除率,92.06%效果良好⑥自製口罩滙集環保、健康、效能於一身。展望未來:為了永續生存,石墨烯口罩濾片及口罩應繼續開發研究,讓它能推廣使用,使台灣以環保著稱,成為名符其實的福爾摩沙,讓民眾更健康。

圓外切四邊形的多「圓」發展

1. 對於任意三角形都會有一個內切圓,但不是每個四邊形都會有內切圓。具有一個內切圓的圓外切四邊形其兩組對邊長度和是相等的關係;此圓外切四邊形的面積也是該四邊形半周長與內切圓半徑的乘積。 2. 本研究藉由原本可能沒有內切圓的四邊形的一組較長對邊上的點,連接成一條對邊連線段,將四邊形分成兩個有內切圓的小四邊形,或是推廣分成三個、四個甚至更多個具有內切圓的小四邊形,嘗試找出這樣分割的對邊連線段長與原四邊形的四邊長的規律關係。 3. 只要有內切圓存在的四邊形,不管該四邊形分割成一個或兩個或更多個,則此原四邊形面積與諸個小四邊形半周長和內切圓半徑之間的關係式也有一定的規律存在。

多功能電力壺~自製環保電池之研究

本研究利用銅鋅導電原理,探討水果汁或泥、酸鹼值等,影響導電的情形。而後測試家中常見水溶液,發現小蘇打水導電效果最好;接著更換金屬配對,從21種組合,找出鋅和不銹鋼的導電效果最好。 發現最佳的組合後,我打算以鋅和不銹鋼做為實驗材料。歷經五代的改良,以金屬串聯方式,克服電壓不足;以USB插頭及充電電池,達到充電效果;以鋅條纏繞不銹鋼筷的方式,結合環保與便利,設計出多功能電力壺。 我的多功能電力壺,只要調好鹽水倒入杯中,交叉放置不銹鋼筷和鋅條,接上USB插頭或是充電電池,就可以充電了。實測結果發現,多功能電力壺不但能讓蜂鳴器發聲,做為緊急求救所用;更厲害的是,能成功將手機充電,讓我覺得好有成就感!