全國中小學科展

第三名

「觸」水「浮」「能」-探討漂浮太陽能板之效能提升

為了提升太陽能發電功率,我們設計出能將光熱分離的蓄熱器,裝置包括:一、雙層壓克力板的底層,有效降低太陽傳到太陽能板的熱;二、微傾斜的側邊設計,在木板上黏貼具隔熱且環保的厚紙板;側邊致冷晶片熱端貼上塗黑鋁箔將蓄熱發電;三、利用菲涅爾透鏡當成上蓋,具聚集太陽能量的效果,也能阻擋向上的熱對流,使致冷晶片發電量提升。 實驗中利用四片串聯的致冷晶片,將太陽能板發電時背面產生的廢熱用來發電,能有效降低太陽能板溫度並大量提升太陽能板的發電功率。 我們製作出的漂浮複合式發電裝置,整體發電功率與原先太陽能板相互比較,發電量可達到2.05倍,有效增加綠能發電效率,同時具有節省水資源、環保素材再利用、節省佔地面積等多項優勢。

海氏掠蚊(Lutzia halifaxii)獵捕白線斑蚊的行為研究及運用於生物防治的評估

小學在採集過程中幸運地採集到身體呈魚骨狀,較白線斑蚊大1.5倍的大孑孓,發現其會攻擊並掠食白線斑蚊(Aedes albopictus)孑孓。經病媒蚊專家鑑定為國內少見,但因不傳播疾病,以致較少文獻探討掠食行為的海氏掠蚊(Lutzia halifaxii)孑孓。本研究為國內首次對海氏掠蚊生活史及掠食行為進行之調查研究,結果有三:(1)海氏掠蚊孑孓的棲地與白線斑蚊等多種孑孓重疊並掠捕其為食;(2)海氏掠蚊的孑孓期為14~21天,公蚊壽命為25天,母蚊為40天;(3)海氏掠蚊可掠捕白線斑蚊孑孓,為功能反應曲線П型,捕食量隨獵物密度增加可高達177隻,並可明顯降低白線斑蚊羽化數量達90%。結果顯示利用海氏掠蚊進行生態滅蚊具有高度潛力,可進一步發展成為未來疾病與病媒蚊控制策略的工具。

「少一色的蠟筆」 --- 自製植物色素蠟筆的改良

日本公司因為沒有找到藍色的蔬菜與水果,於是公司命名為mizuiro(藍色)。本研究希望可以找到與市售藍色蠟筆最相近的青黛自製粉蠟筆。研究中發現: 一、藍色調整 (一)、符合△RGB介於0-277之間與藍色系列的B/R值達1.2倍以上,B/G值應達1倍以上且B>G>R的配方有: 1.吸色介質:無添加、硬脂酸、滑石粉。 2.溶質:去光水、糖。 3.染色次數:3~15次。 (二)、增加染色次數可降低△RGB,若重覆曝氧6次以上染色後的蠟筆,成品的△RGB與市售品相當。 二、蠟、油、與吸色介質配方 (一)、油5ml,15公克蜜蠟,5公克大豆蠟,滑石粉3公克,青黛粉3公克為自製蠟筆配方,其硬度與出蠟量與市售品相當。

水中的移動城堡

本研究主要探討毛翅目鱗石蛾科幼蟲的築巢行為,實驗對象為錐黑長節石蛾,學名為Goerodes corniger Ulmer。幼蟲會利用水中枯落葉片築巢,亦會利用部分植物的新鮮葉片來築巢。葉片巢型可分成「長柱狀」及「長錐狀」兩種。築巢過程可分成咬巢片、修巢片及黏巢片三步驟並反覆進行,築一個巢的平均時間約為7時40分。築巢時會利用後肢來測量巢片的寬度,黏合巢片時不同側面的巢片會錯開排列,巢片形狀的前、後緣呈圓弧狀,左、右緣則凸出成「ㄑ」狀,讓巢片能緊密黏合。各齡期幼蟲的巢內部均具有淡黃色薄膜,可使幼蟲的巢結構更加堅固。 推測鱗石蛾科幼蟲有4~5個齡期,各齡期頭殼寬範圍由小至大分別為(1)<0.18mm(推測值) (2)0.18mm至0.2mm;(3) 0.29mm至0.35mm;(4) 0.45mm至0.55mm及(5) 0.65mm至0.9mm。

有角速度之橄欖球的運動行為分析

本實驗在探討一顆旋轉橄欖球碰撞地面時,特定情況下反跳後的質心高度增加的現象。我們主要研究橄欖球彈跳高度與初始高度以及初始角速度的關係。首先觀察到旋轉橄欖球落地後有不同的運動軌跡,並由影像分析發現轉動動能以不同比例轉換成移動動能。接著研究不同的碰撞點對於彈跳高度的影響,以力學模型推導彈跳高度大於初始高度的條件後,以實驗驗證。接著進行理論模擬,運用電腦程式求不同初始條件下的碰撞點以及落地時的角度,並擬合實驗數據。最後修正赫茲接觸理論,建立碰撞模型並得到不同角速度與碰撞點下反跳速度的熱圖與碰撞時的正向力函數。

矩形中無貫穿線之研究與探討

對於a×b的積木排m×n的矩形,矩形中不能存在貫穿線的條件是:a、b要為m或n的因數,且m、n均可表示成「ab+sa+tb」的形式,其中s、t∈N。 我們將這複雜的問題化繁為簡,分成1×2、1×b和a×b三類積木討論,而這三類共用了14個引理和10個定理,才歸納出結果。 R.L.Graham(原著) 提到,只要符合以下兩點: 「1' Each of a and b divides p or q; 2' Each of p and q can be expressed as xa+yb, x,y > 0, in at least two ways;」就能以a×b的積木排出p×q的無貫穿線矩形,但原著未解釋原因,本文給予證明。

酵母菌發電─單槽式微生物燃料電池的性質研究

微生物燃料電池的陽極是用酵母菌在混有石墨粉的低筋麵粉或糯米中培養,數天後,加水覆蓋,當底部成為缺氧狀態時就完成了。我們發現培養酵母菌的營養物質的重量、培養的時間或石墨粉的純度、質量、顆粒大小等,都會影響陽極氧化電位的高低。 用兩層玻璃紙包著石墨棒和98%的石墨粉做為陰極,不需通入空氣,就可以維持很高的還原電位。通入空氣之後,還原電位會增加。陰極泡水4天後,可以去除石墨粉中影響電壓的物質,提高還原電位。 以糯米製作出來的微生物電池最大電壓0.455V,添加適量的葡萄糖,電壓可達0.651V,如果加入鐵圈到微生物底泥中,電壓可達0.823V。 本研究獨創的單槽式微生物燃料電池,構造簡單,電壓穩定,一次可以操作多個,有利於多種變因的探討。

倒亦有道

全校93.05%的同學無法將拖地水抬起倒入花台,研究各種移動水的方法後,發現利用非密閉式抽水幫浦可以解決這個困擾。 幫浦主要由2個逆止閥構成,我們以PVC水管加上逆止閥,製做出可配合水桶和花台高度、依身高訂作的各式抽水幫浦,其中以能固定在花台上的斜抽軟管幫浦最受歡迎;改用寶特瓶為原料,也能製作出抽水量大的幫浦。我們的自製幫浦比市售手動幫浦效率好很多,能將水移動到任何想流去的地方,或是抽充空氣。 實驗後發現,進水管高度短、進水口底部不可平整、活塞與外管緊密、閥門相對位置近、幫浦口徑大,抽水效率比較好。抽動的方法也會影響抽水情形,垂直抽水、抽動活塞速度快、次數多,先短距離抽3~4下,再長距離抽動,可使抽水效率提高。

光彩奪「木」—探討不同變因對透明木特性的影響

我們查詢綠建築資料時發現可製造「透明木材」當環保建材,但相關資訊大多是介紹如何做出成品而沒有定量討論不同變因的影響,因此我們開始設計實驗探討不同因素會如何影響透明木的特性,並可將結果拓展至應用層面來推廣此綠建築材料。 實驗發現鹼性亞硫酸鈉法中的氫氧化鈉與亞硫酸鈉是以不同的反應機制分別將木片中的木質素溶解出來,濃度越高、溫度越高效果越好,但氫氧化鈉濃度或反應溫度過高都會有反效果;以極性質子性的醇類當溶劑效果最好,次佳為極性非質子性的丙酮;不同種類去木質素藥劑與木片填充物都可成功製出透明木只是成品特性不同;最後成功製出較厚的透明木得到較強的韌度與較好的隔熱率,為綠建築的應用增加更多可變性。

「換位」思考—交換座位問題方法數探討

我的研究是在m×n層的教室座位圖,每位同學只能朝前後左右移動一格的情形下,有幾種交換座位的方法數探討。我利用圖形分析方式,得出以下四個主要結論:(1)座位圖為奇數時就無法進行交換座位,某些座位圖為偶數時亦無法進行交換座位。(2)透過樹狀圖分析發現2×n交換座位的方法數為費氏數列的完全平方數。(3)利用木棒擺放的圖形方式來解釋交換座位的情形,進而推導出交換座位方法數為兩兩互換座位方法數的完全平方數。(4)找到了2×n、3×n、4×n交換座位方法數的遞迴關係及規律和2×2×2之立體圖形的交換座位方法數。