全國中小學科展

佳作

「珠」思泉湧

本研究為更加了解珠鍊噴泉現象,而以塑膠珠鍊、銅製珠鍊進行模擬,其中銅製珠鍊又分為施放高度、杯子深度、珠鍊重量、杯子口徑四大變因作為探討內容。我們推測噴泉現象的產生與珠鍊緊繃程度無關,但可能與不同材質珠子的恢復係數有相關聯。我們由實驗發現珠鍊上升高度與施放高度成正相關、與杯子深度成負相關、與杯子口徑成負相關;噴泉總上升高度與珠子質量成正相關,並得知沒有杯壁銅製珠鍊也可發生噴泉現象。

探究草酸亞鐵加熱產生奈米鐵粉之方法及其應用

一些有公信力網站記載加熱草酸鐵 Fe2(C2O4)3‧5H2O 或草酸亞鐵 FeC2O4‧2H2O,經脫去草酸根與結晶水後,能生成接近奈米級鐵粉,此鐵粉在空氣中撒落時能看到自燃現象,想重複此實驗卻發現困難,開啟本研究動機。購買台灣製草酸鐵與草酸亞鐵,重複數十次都無法成功製造自燃現象的鐵粉。重購日本製草酸亞鐵,卻能輕易製成具有自燃現象的鐵粉。網路資料重複檢查,發現應只有草酸亞鐵能產生自燃鐵粉。但用台灣製草酸亞鐵仍無法成功,用顯微觀察後發現日本製比台灣製粉末顆粒較細且乾燥。台灣製草酸亞鐵經溶解過濾再烘乾研磨後,可提高自燃鐵粉成功率,用顯微鏡確認鐵粉接近奈米級。進一步利用奈米鐵粉與氧氣反應的特性,成功設計出一個簡易量測空氣中氧氣含量的實驗裝置。

物聯網(IoT)教室投影機網路控制App程式

現在的教學模式漸漸走向數位化,老師在課堂上時常需要使用投影機輔助教學,使用投影機時,常常要使用遙控器來開關,但萬一沒有遙控器或是遙控器故障,會相當麻煩,所以我們開發了一個不需遙控器就能輕鬆開關投影機的程式──iProject。 現在很注重環保議題,使用塑膠外殼的遙控器,是間接傷害地球的行為,因為製造塑膠會排放二氧化碳,造成全球暖化加速。此程式具有環保、操作簡單及可攜性高等優點,只要輸入投影機的IP位址,就能控制想要開關的投影機,不需要遙控器與電池,除了達到節能減碳愛地球的功效,也不會有想要開啟投影機時,卻不知道遙控器放在哪裡的問題。

又「吸」又「溶」-探討甲殼素的吸附與溶解

本實驗主要探討甲殼素與金屬離子的作用,經過初篩後,選用Cu2+為實驗的主要金屬離子,探討在不同變因下甲殼素吸附Cu2+的能力,改變的變因為CuSO4(aq)濃度、甲殼素的克數以及環境的pH值。 接著探討甲殼素與Fe3+的作用時,發現不溶於水的甲殼素很特別地會溶在Fe3+溶液,因此深入探討Fe3+濃度對甲殼素溶解的影響以及溶解的原因。推測甲殼素應與Fe3+有錯合現象,而甲殼素與Fe3+錯合的結構應與Cu2+不同。 結合以上兩部分,比較甲殼素與Cu2+、Fe3+的結合作用。發現吸附Cu2+達飽和的甲殼素,置入FeCl3(aq)中,有部分溶解的現象。 最後參考文獻(林等人,2012)製作甲殼素膜,實驗發現甲殼素膜對Cu2+有吸附及通透的現象。改變製程,在甲殼素膜中摻雜鐵鹽,發現會增加甲殼素膜對水的溶解度。

簡易版4D浮空投影

浮空投影是將想要投影的物體的影像藉由裝置反射到人的眼睛,四面的透明板可把物體完整的投射出來,產生像是憑空出現的影像,亦真亦假,如同沙漠中的海市蜃樓一般。 這種顯示方式的獨特之處,在於能跳脫一般螢幕的框架限制,是一種需要高度特殊技術與高規格投影相關設備的影像呈現方式。浮空投影獨一無二的無框感以及在觀看時的投入感,將能在觀眾面前呈現令人驚嘆不已的最佳效果。但是市售的浮空投影裝置大部分為3D裝置,而4D的浮空投影價錢驚人,且影像需經過後製才能呈現,無法達到即時播放的目的。 本實驗的研究目的希望利用簡單的家用電腦及網路攝影機將浮空投影裝置的製作過程簡化,以及材料來源的難度降低,將整個裝置的價格降低。

行動代號 駭入3D Printer

3D列表機(3D Printer)的出現,對於許多工程師、及創客們是一大福音,因為3D Printer從設計到產品開發完成,比起以前用開模的方式,降低了許多成本與開發時間。然而,有些3D Printer的作品列印時間可能長達數小時甚至數天,而且在列印的過程作品損壞率頗高,一般的工程師與產品開發人員不可能有這麼長得時間能監控3D Printer,列印失敗後也無完善的機制自動偵測並停機,使得3D Printer持續的浪費材料,還有可能造成3D Printer零件損壞。於是,我們更改市售3D Printer韌體程式和部分機構,研發出一台新的3D Printer來解決此問題,稱之為【行動代號 駭入3D Printer】此機台採用〝互聯網〞的技術來遠端監控,讓使用者在世界各地能觀看3D列表機的列印進度,發生問題時能隨時停止3D列表機,減少零件和材料的損失。

「塵」風盡堊–探討空汙粒子擴散特性及口罩對其防範效果

近年來霾害對台灣影響嚴重,南臺灣又因各種因素而使霧霾擴散不易,影響我們的吸呼品質,因此決定了解空汙粒子的特性,以及口罩對其的防範效果。本研究中,我們利用紅外線反射偵測的空汙感測器和電阻式溫溼度感測器來探討空汙粒子的擴散運動。透過布朗運動的原理了解空汙粒子的傳播情況,並加入濕度參數來做討論,其研究結果發現若空汙粒子濃度越高,其單位空間的擴散速率越快,而所需的平衡時間越長。從實驗中,我們也證明布朗運動中的擴散係數D值不隨著初始濃度和濕度而改變,可視為一個定值。最後我們測試了不同口罩對空汙粒子的阻隔性,發現對空汙粒子的防禦力為:活性碳口罩=外科口罩=口罩中層>>布口罩>口罩內層=活性碳碳層>口罩外層。

電來水走──探討電場作用時水珠的電濕潤現象

本研究透過自製電路板及實驗裝置,結合程式碼控制電場,探討不同電濕潤的裝置、水量及電場與水珠運動速度的關係,並探究使水珠運動速率最大化的條件。 研究發現水珠運動方向與所加電場方向相同,且增強電場、增加水量、減小電極間距、降低疏水材料的表面粗糙程度、先行分離水珠內部正負離子以及在3200μm以下增加電極寬度,皆使水珠運動速率變快。 透過探討影響水珠移動速率的變因,可提升電濕潤顯示器單位時間內的幀數(張數),亦即流暢度,並期盼將此研究結果應用於各式表面的自我清潔系統中。

色視差眼鏡的3D影像成像原理

為什麼色視差眼鏡能將平面圖案變立體,因鏡片為穿透型光柵,光束射入鏡片時,會在紙箱上形成多個等距的干涉點,其中以m=+1最亮,為主要影像,其他較弱的光點會形成數個鬼影。當轉動180度時會得到另一個鏡像,因此左右眼會看到相同影像卻在不同的水平位置,而造成3D效應。以紅、綠、藍光雷射射入鏡片時,以紅光的m=+1點偏移最多,綠光次之、藍光最少,因此來自電腦螢幕的光,不論前景或背景光,單色或混色光,都會由個別的單色光獨立繞射偏折後,混合出各種效果。因此才有不同背景時,繞射後最突出顏色不同。同一種顏色的線條在不同背景色下,會繞射出不同顏色的線條。這些複雜的顏色變化都可以顏色位移模型說明,約90%的準確度。

三角形西瓦線上的點到兩頂點的距離極值

我們推廣九十五年國中基測數學試題,給定三角形 ABC 與其西瓦線AD,在直線AD上取一動點P,分別討論四種函數 |PB-PC |、PB+PC、PB/PC 與PB×PC的數值變化,並求出四種函數的極大值與極小值,其中相除與相乘的難度很高。本研究特色是分別以雙曲線、橢圓、阿波羅尼奧斯圓、等腰梯形刻劃四種函數的極大(小)值,並特殊化到高、中線與角平分線。有趣的是,在三角形 ABC 的中線上滿足PB⁄PC 的極大(小)值點,是以 BC 為直徑的圓與中線的兩個交點,而角平分線上滿足 PB⁄PC 的極大(小)值點分別是內(旁)心。另外,角平分線上滿足PB×PC 的極小值點落在內心與角平分線截點的線段上。