全國中小學科展

第三名

「力」爭上「油」--破解撈油網終極密碼

撈油網可以撈油,主因網格上形成水膜支撐住油,推論有五種力影響水膜,分別是內聚力、附著力、表面張力、重力、不同分子間的作用力。撈油網的網目很小(約為0.04mm2),形成的水膜較強韌可撐住油,大網格的水膜,水量較多,容易破裂;溶液成分可降低水的表面張力,內聚力變弱,對網子附著情形較好,有助撈油;網子弧度越大,網格邊緣所需的支撐力較小,而水膜中央又夠強韌可以抵抗油的重量,因此有助撈油;溼度越高水膜較不易蒸發,溫度越高水膜蒸發效率越快導致水膜易破裂,無法支撐油;靜置時間越久,蛋白質有足夠時間破壞水分子間的氫鍵,使水膜更易附著網格,提升撈油效果。撈油網應用於撈海洋油汙效果更佳,油品及海水的性質皆有助於撈油。

『先下手為強』……嗎?

一、介紹一個簡單好玩的小遊戲。二、小遊戲進行時,有人先下;有人後下,但先後兩方對下的勝算卻不同!三、研究分析小遊戲先後兩方對下的勝算為何不同?四、根據研究分析小遊戲先後勝算所得的 4 個發現來推算先後兩方對下真正(實際)的勝算!

草履蟲攝食與消化實驗方法之改進

「老師!我們已經花了快兩個鐘頭的時間,而且標本片也換了三、四片了,就是看不到草履蟲的食泡由紅色變成藍色,怎麼辦?」當我們做「草履蟲的營養與調節」的實驗時,若依照實驗指導的方法,用剛果紅粉末加酵母菌懸浮液一起煮沸,經草履蟲攝食後,形成鮮紅色的食泡。我們觀察了數十分鐘,食泡依然呈現紅色,並沒有變成藍色或其他顏色,與課本的理論不相符合。所以同學們都抱怨實驗做不出來而白白浪費時間,難道這是理論有錯誤嗎?因此我們懷疑這個實驗的設計可能有不妥之處,需要加以改進。

重力加速度的測量,拋體運動的分析,以及機械能的轉換和摩擦力的討論

學習了力學之後加速度及能量的問題不停的圍繞著我們,但課本中所有的力學實驗大都由於計時裝置的不夠精確,而無法很完整的來滿足定理的要求,因此在寒假期問我們幾個同學換在一起,企圖自己設計出-套準確的計時工具和力學實驗裝置,來驗證課本中所告訴我們的力學性質。在計時工具方面,水鐘車以及微量天平的裝置,給了我們不少的啟示。加上電磁鐵的瞬間開關,我們終於設計出一套可以計時到千分之一秒以內的計時工具了,在力學裝置的儀器部分,我們想藉由二粒鋼珠在空問碰撞的相對位置關係上,找出運動學中所必須遵守的法則,進而探討位能與動能的轉換以及摩擦力所發生的效應:這樣我們不但能更充分的瞭解了課本中所斂述的力學原理,進而在自己動手的原則下,達成了學以致用的目標,並且在做過實驗後所得到的完整數據及資料中,我們又得到了豐碩的討論題材,從這些題材中,所獲得的寶貴知識,不但在開始時出乎我們的意料之外,其結果也確實讓我們興奮。

養殖新選~微泡泡水機

水產養殖場以打水車攪動液面,目的為增加溶氧量,然而有下列缺失:1 .打水車只在液面翻動,養殖池底部無法充分得到氧氣。2 .空氣氣泡體積大,氧氣停留在水中的時間很短暫。3 .打水車機械裝置易損壞,常常需要維修。4 .水車要不停轉動才能維持高含氧,必須消耗大量電能。為改善以上缺失,我們利用白努利原理,讓水流快速通過「微泡泡水機」中,在管內產生負壓將空氣吸入,並經由漸擴的管子使空氣與水混合生成細微泡泡。而且水的流速越快,「微泡泡水機」內的壓力越小,形成的氣泡就越細緻,除了溶氧量增大之外,氧氣存留在養殖池水中的時間也越長,就越能節省電能。

灣裏地區空氣污染對榕樹氣孔的影響

有一次電視“強棒出擊”節目中,有科學家把苔蘚種在市區及郊區的樹皮上,經一段時間後,他們發現愈近市中心,苔蘚死亡率愈高,而證明愈近市中心,空氣污染愈嚴重。因此,我也想是否可利用植物來表示我的家鄉──灣裡地區──空氣污染在那些地方較嚴重?上生物課時,老師講到蒸散作用及光合作用,氣體及水份都由氣孔進出,因此,植物對空氣污染的反應,應該可出現於氣孔上,我們就請教老師,可否利用植物的氣孔變化來作為空氣污染指標?同時我們也發現,灣裡地區存在有許多四合院磚造老社區及廟,有許多榕樹且樹齡相當老,依我們日常觀察,這些榕樹葉表皮上經常佈滿類似碳或膠的灰塵,因此,老師就建議我們以榕樹葉下表皮的氣孔作研究,找出氣孔受空氣污染的影響,再進一步以單位面積平均氣孔數作為灣裡地區空氣污染的指標。

會漂浮的水滴

我們發現水滴大小、滴落的高度、液面振動與否以及表面張力大小等因素都會影響水滴是否會彈離液面的結果,我們把撞擊的過程給攝影下來並進行分析。水滴會漂浮於液面的原因是因為空氣層與表面張力的關係,當水滴接近液面時,兩者之間會形成一層空氣薄膜,若再加上降低水滴和液面兩者的表面張力,水滴會變扁狀且液面較柔軟,容易形成凹槽而包覆更多的空氣,因而更不易發生黏合。在振動的液面中,水滴撞擊波浪的波谷位置時會產生漂浮,而撞擊波峰位置時卻會與液面黏合而消失,這也與空氣層有關。為了證明空氣層的影響,我們把滴水的環境改成真空時,發現水滴在接觸液面時會被吸附進入液面,而相同滴落高度與顆粒大小的條件下,在常壓下卻會彈開。

背叛地心引力~尋找球往上滾的秘密

本實驗的目的在尋找球往上滾的秘密,到底球為什麼能由低的地方往上滾?剛開始我們先利用木桿當軌道,分別改變軌道的形狀、粗細、材質、表面摩擦力,來找出讓球往上滾最容易成功的軌道;接著,我們試了各式各樣的球,並且探討了球的大小、重量、重量分布及重心位置對球往上滾的影響, 最後找出了球往上滾最容易成功的器材條件及人為條件,並建議可應用到教學、益智遊戲,或訓練手眼協調及復健之用。

健康取向紅蘿蔔蜂蜜蛋糕之開發

為提高紅蘿蔔利用價值、增加農民收益與農產品利用率,本實驗以採收後規格外之紅蘿蔔為主材料,將其添加在蜂蜜蛋糕中,同時改良製作及烤焙方法,開發健康取向的紅蘿蔔蜂蜜蛋糕。為了找出最佳配方,本研究主要探討蜂蜜蛋糕的製作方法,而以烤焙流程的改良為輔,改良基礎配方,將紅蘿蔔添加於蜂蜜蛋糕中,賦予蜂蜜蛋糕新的風味。結果顯示:以雙層鋁箔盒中間加水,可以取代傳統木製框架烤焙;利用分蛋打法可以取代添加乳化劑的全蛋打法;添加烘焙百分比70%冷凍紅蘿蔔、38%蜂蜜及9%沙拉油,可以得到最佳風味。同時喜好性官能品評結果顯示:本實驗開發的健康取向紅蘿蔔蜂蜜蛋糕,在外觀、形狀、大小、顏色、口感、甜味、蜂蜜味、紅蘿蔔味、黏牙度、濕潤度、彈性等整體接受度達81%以上。

機器學習──即時車輛影像辨識

本研究使用OpenCV作為影像處理之基礎,主要以OpenCV之影像辨識、機器學習方法,嘗試辨識道路上所有的車輛影像。由於不同方向車輛的特徵不同,本研究將車輛分成八個方向,分別蒐集樣本,並嚴格篩選、限制樣本特徵,進行Haar特徵檢測的訓練。以訓練所得的分類器,寫出能即時辨識車輛的程式,並用新的計算方法進行分類器測試,可達95%車輛整體辨出率,84%平均正確率及2.4%誤判率。雖然訓練過程費時,但Haar特徵檢測之測試結果有平均正確率高等優點,顯示其適合做即時的車輛辨識。未來將優化辨識,並以此為基礎,建立一能協助交通的系統,如紅綠燈秒數調控、車輛追蹤、自動化駕駛、交通指揮系統等等。