全國中小學科展

第三名

把新鮮包起來-非塑料環保薄膜之研發

本研究採用海藻膠糊液製作出薄膜,得知甘油、醋酸是關鍵成分,可控制糊液的流動性或軟硬度,以2%海藻膠糊液,添加2%甘油、1.5%醋酸之配方比例來製作薄膜,本研究稱之「自製新型保鮮膜」,藉由不透明度、穿刺強度、抗拉強度、拉伸長度等物性測試,驗證「自製新型保鮮膜」初步具有商品化之水準。在實際應用上,「自製新型保鮮膜」包裝功能特性、包裝視覺效果甚佳,並具備優良的冷藏保鮮效果,而且不用擔心因保鮮膜接觸油脂、蒸煮或微波加熱處理所衍生的食安問題。「自製新型保鮮膜」之水活性值遠小於0.6,因此,常溫下具有相當好的貯藏性。最後,經3週掩埋測試,證明「自製新型保鮮膜」之腐敗性甚佳,是一種對環境十分友善的環保材質。

智能教室

由於全球溫室效應的問題及能源耗竭的危機,促使環保節能意識的覺醒。在學校時常聽到老師百般叮嚀,離開教室時,要確實將門窗、電器設備關閉,但偶爾還是會有遺漏;也常在新聞報導中聽聞,有關地震災害問題,以及市面上尚未發現有PLC及HMI監控系統應用於學校教室,因此本文為了改善教室用電及防災的問題,對此設計出一套教室監控系統。 本文結合了PLC及HMI,並搭配工業配線及電子電路,製作出一套智慧型教室監控系統;並實現地震防災應變、規劃課表排程、負載使用之歷程記錄、自動換氣及燈光節約裝置、使用者權限管理等六大功能。經由實驗結果顯示,本文所設計之系統,可大幅改善教室安全及用電問題,達到節約能源及防災之功效。

「蛋」妝素抹 - 探討植物蛋白製作天然塗料之可行性

傳統塗料使用大量的重金屬與溶劑,影響著大家的身體健康,所以我們探討以自製天然的塗料來取代傳統的塗料。我們取四種豆類:黃豆、黑豆、米豆與花豆,以加酸改質,比較發現以黃豆蛋白質沉澱量最高,所以取黃豆來製作出天然塗料,使用四種抑菌材料硼酸、硼砂、小蘇打粉和薑汁比較抑菌效果、以硼酸效果最好。再將黃豆蛋白分別加入碳酸鈣、硫酸鈣和對照組、放入酸、鹼、中性清潔劑水溶液中做比較、因此實驗證明,黃豆蛋白可用於天然塗料的製作。

蝶豆花與風茹草萃取製備抗氧化抗UV乳液

本實驗探討以蝶豆花及風茹草的萃取液,以不同比例混合調配成防曬乳,並以儀器測量各混合比例的防曬係數,以及比較各混和比例的抗氧化活性高低。市售的防曬乳多半會加入化學添加物,皮膚在短時間內雖能具有阻擋紫外光效果並可產生光澤,但也會加速肌膚老化,長期使用可能會累積這些物質於皮膚上,實驗目的是希望以自然的素材,例如以蝶豆花及風茹草萃取物中的天然成份,調配出同時可具備抗氧化活性及防曬(抗紫外線)效果的防曬乳,搭配分光光度計以及自製的紫外線強度檢測裝置測量出兩者混合的最佳比例,並將最佳比例製成的防曬乳與市售防曬乳進行抗氧化活性及抗紫外線能力的比較,如能接近市售防曬乳的上述效果,即達到本實驗的探討目的。

「泉」變了!? - 礁溪溫泉泉溫的時空變化初探

我們想要透過查閱、分析礁溪溫泉區監測井資料,探討礁溪溫泉泉溫在時間、空間上的變化。從監測井資料分析的結果,我們發現:淺部溫泉隨著深度增加,溫度也跟著升高,以停車場監測井溫度變化最大,高達8.5度;而大忠路的溫度變化則最小,僅有3.08度。而深部溫泉的溫度,則幾乎保持不變。在本研究分析的六口監測井中,最高溫出現在位於溫泉核心區的香檳井,最低溫則是位於溫泉區邊緣的大忠路井。從幾次點井開發後,六個溫泉井的水位均明顯下降,同時也造成四個溫泉井淺部的水溫下降。最後,我們也發現,奇立丹、溫泉公園的泉溫出現長期下降的趨勢。

庫「蔽」了

隨著全球氣候暖化的影響,世界各地紛紛出現乾旱、缺水等嚴重問題。根據資料顯示,臺灣年降雨量遠高於世界年降雨量的平均,但卻排列在世界缺水國家中,原因之一是蒸發掉約284億公噸的水 (2014年)。因此,我們利用模擬水庫,以鎢絲燈和UV燈來模擬陽光,在模擬水庫上放入實驗遮蔽物,來觀察測量水位和水質的變化;找到最佳遮蔽物後,取水庫水進行戶外遮蔽網的實驗。 實驗結果我們發現,水面覆蓋率高的遮蔽物會使水蒸發的速度下降;黑色的遮蔽物能降低水蒸發的速度;小寶特瓶內有抗UV黑布的遮蔽物能降低水蒸發速度及對水質維護有最好的效果。 希望我們研究的遮蔽網能資源回收再利用,將來能夠成為大家日常生活上保水、淨水,最經濟實惠的好方法。

引「光」入室-探究影響寶特瓶燈泡照明表現的各種因素

本研究從菲律賓「A Liter of Light」計畫出發,想探究影響寶特瓶燈泡在室內照明表現的各種因素。我們發現瓶子的有無、瓶蓋的透明與否對空間照度表現影響很大,而瓶身顏色、曲度、瓶底紋路能在空間裡達到「以光作畫」的效果,且瓶中水位高低、平移距離、瓶身距地面高度、瓶口與燈源距離,都能因應需求而調整出適宜的照度。此外我們還研發出「寶特瓶燈泡光線射出位置檢測儀」,能準確驗證光源入射與射出位置的相對關係,更在置入白粉筆粉末的滿水瓶中觀察到雷射光源不同角度射入瓶中的行進路徑。我們用一整年的假日、週三下午等時間完成此研究,發現物理世界中的奧妙之處,付出再多的辛苦也值得。

自然界的「魯班公」-白玉蝸牛螺殼修補能力之研究

蝸牛的螺殼破損時主要是靠外套膜分泌碳酸鈣來修補,我們好奇白玉蝸牛如何修補破損的殼,所以建置溫室來觀察白玉蝸牛的修補行為,我們發現: 一、白玉蝸牛在受傷後,外套膜先製造一層薄膜,隔絕內部軟體與外界環境的接觸,再慢慢分泌含有碳酸鈣的黏液,由內至外修補破損。 二、次體螺層修補速度會高於體螺層,而外套膜覆蓋不到的殼頂破損時,無法修補。 三、白玉蝸牛受傷後會選擇進食對修補殼有幫助的食物,在食物中添加含有碳酸鈣及蛋白質的飼料,可以幫助修補。 四、在螺殼破損處貼上透氣膠帶,可以提高修補率。 五、在受傷的白玉蝸牛旁放入健康的蝸牛一起生活,可以幫助修補。 六、白玉蝸牛次體螺層的同樣部位再次受傷,修補速度比第一次快1~3倍。

圓例覺醒

平面上,P點為△ABC內部任意一點,AP、BP、CP分別交△BPC、△CPA、△APB這三個三角形的外接圓於A'、B'、C'。若△ABC為銳角三角形,則PA'/PA·PB'/PB·PC'/PC≧8,等號成立時若且唯若△ABC為正三角形,此外,並以三角形的三內角來表示P點為費馬點、外心、內心、垂心、重心時的確切比值;接下來推廣至n維空間,當P為任意n+1單體A1A2....An+1內任意一點,A1P、 A2P、…、An+1P 分別與n+1單體P-A2A3...An+1 、P-A1A3...An+1 、…、P-A1A2...An 的外接n-1維球面交於A1、A2、…、An+1,滿足Πk=1n+1PAk'/PAK≧nn+1,等號成立時若且唯若PAk'/PAK=n,k=1,2,...,n+1,其中n≧2。再藉由任意點的結論,可以應用於直接生成或快速解出許多特殊類型的三角函數不等式。此外,從主要的不等式還可以得到Σk=1n+1AkP/AkAk'=1,此時P點為n維空間中任意一點,最後,我們把圓改為圓錐曲線,再進行線段比值的探討。

翩翩起舞—旋翼球體在流體中旋轉、浮升、擺盪的現象研究

本研究利用加裝塑膠翼片的保麗龍球,觀察球體在水中浮升的軌跡、升速和轉速,並比較相同球體在風洞中的表現異同。 在水中只要二翼球體升速和轉速比值(升轉比)≦6.8,六翼球體≦8.04,便能垂直穩定浮升,以角動量穩定球體尾流產生的振動。翼玄和翼展愈大,攻角愈小,都能有效降低升轉比。我們再複合水平旋翼和側翼,以側翼破壞維持穩定的角動量,使球體以螺旋軌跡浮升,增加上升時間、改變橫移幅度和轉速,並推導出柱狀螺旋方程式。 在風洞中,展玄增加及攻角減少,也同樣可以提高轉速維持穩定性。根據前述研究結果,我們設計(1)氣體流速計:可根據振幅,量測1.5m/s到4.0m/s的風力變化。(2)潛水員定速浮升器:調整旋翼攻角、展玄尺寸和浮球大小來控制升速。