全國中小學科展

第三名

懸「移」浮現-聲懸浮變因對懸浮效果之研究

我們從網路發現超音波居然能讓保麗龍粒懸浮在空中!對聲懸浮產生興趣後,我們自製能調整高度的檢測裝置,進行聲懸浮變因和移動的探討。 我們歸納最適合MiniLev聲懸浮裝置的換能器是上T下R頻率40 kHz、直徑16mm、開放型、收發分體,最佳懸浮高度為15mm,第二節點承載效果最佳。當高度改變,新節點是以「上下交替」方式增加,造成保麗龍粒上升距離為拉高高度的一半。 我們發現焦距15cm凹透鏡適合當反射板,防水且懸浮效果更佳,可取代不防水的換能器R。薄片適合當懸浮物,懸浮穩定且因「下大上小的順時針螺旋形力道」造成自動旋轉效果。色紙經手工或雷射雕刻機設計與切割,能製作可懸浮與旋轉的美麗造型,藉由控制高度還能改變轉速,是值得推廣的科普活動!

支離破「碎」~探討兩互溶流體間形成碎形圖案之機制

本研究主要想了解兩互溶流體間形成碎形圖案之機制,並找出實驗證據,經由將不同濃度的染色液滴滴到不同濃度的壓克力顏料溶液上,並使用iphone 8 手機以240fps拍攝液滴擴展過程,得知酒精液滴因表面張力小,而向外流動,且因流體間互溶之緣故,造成流速的不連續性(虎皮紋的流痕),而在外圍產生不均勻的堆積(島紋),當堆積過多時,便會發生突破(顯微攝影拍到突破瞬間),而長出手指,同時堆積會由突破口轉移到手指指尖,當堆積夠多時,指尖又會再分裂出新的碎形手指,如此往復下去,就形成碎形圖案。 此外,碎形手指的圖案,跟利希滕貝格圖極為相似,經使用方格覆蓋法,計算出碎形維度約為1.82,與利希滕貝格圖的理論值1.71接近,確實是碎形圖案的一種。

Siebeck-Marden定理的推廣--凸四邊形之內切橢圓的焦點問題

「Siebeck-Marden」定理是複數平面中一個關於三角形之內切橢圓的定理。本研究主要是利用歐氏平面幾何性質應用在複數平面上推廣到複數平面中任意一個存在內切橢圓的凸四邊形上,我們和Siebeck-Marden定理「獨立地」找到了一個相對應的二次複數方程式進而可以利用配方法解出凸四邊形之內切橢圓兩個焦點的一個全新的定理。 另外,主要結果的應用的部分,歐氏平面幾何中另一個著名的「Newton橢圓問題」,藉由我們的主要定理的結果,可以直接推得關於「Newton橢圓問題」之「加強」的結果,並且提供「Newton橢圓問題」一個全新的幾何證明。

「嗅」聞是虛,眼觀為實—蓋斑鬥魚之攝食行為研究

為了探討蓋斑鬥魚的攝食偏好以及找出主導攝食行為的感官系統,我們採用了3種實驗槽,17隻蓋斑鬥魚,設計9項實驗來進行證明我們的假設。結果發現,蓋斑鬥魚偏好吃顏色鮮艷味道濃郁紅蟲 (48.3%)明顯高於顏色灰黃、味道較淡的乾燥紅蟲(22.5%)。蓋斑鬥魚無法正確分辨真假餌(1:1),假餌偏好紅色>棕色>白色。只要有微弱光線就能成功攝食,達78.64%。但只靠嗅覺的黑暗中只有10%成功率,而明亮環境中找到有味道水體的比例為68%。在只能依靠視覺的情況下確有更高的正確攝食率,選擇顏色鮮豔卻未無味道紅假餌有82%,且在近距離時主要依靠視覺攝食,遠距離時,則會加入嗅覺輔助。綜合以上,蓋斑鬥魚的攝食行為主導感官是以視覺為主,嗅覺為輔。

頂心三角形誕生的奇蹟

在第59屆科展作品(中華民國第 屆中小學科學展覽會換心手術)有給定了一個新的名詞(頂心三角形):平面上給定△ABC及一點D,分別以A、B、C三頂點為圓心,¯DA、¯DB、¯DC為半徑畫圓,三圓交於三點E、F、G,再以三交點E、F、G為頂點作△EFG,則新△EFG稱為△ABC在D點的頂心三角形,本篇作品主要探討原三角形與其頂心三角形邊長與面積比例關係及頂心線相關性質。

等一下!第一名的結論對嗎?-有關凹陷乒乓球如何復原的研究

59屆國展國小組物理科第一名作品提到「球殼內空氣受熱膨脹而造成的壓力增加效果,對凹陷乒乓球的復原產生極小的作用」。實際經驗:凹陷乒乓球一旦有孔就無法遇熱復原,所以想確認實驗。 用自製壓球器確保凹陷的深度與形狀後,確認相同凹陷乒乓球遇熱後沒孔的球可復原,有孔的則不能。利用自製氣壓計確認了59小物作品中球殼內部空氣受熱產生的壓力被嚴重低估、讓凹陷乒乓球恢復所需壓力被高估。 我們重要實驗的結論有二,第一:「氣體受熱膨脹是讓本研究中凹陷乒乓球復原的重要原因」此與59小物的結論不同。第二:我們體驗到同稱作"凹陷乒乓球",差異可能非常大(材質、厚薄、凹陷形狀…),因此還是可能在某些狀況下59小物觀察的現象存在。

淨「塑」撤離 「鐵」定「油」效

水中塑膠微粒嚴重危害生物的生存,本研究擬探討清除水中塑膠微粒的方法與原理,以制定清除的參考流程。先用油料吸附水中塑膠微粒,再利用鐵磁性吸油劑吸附含塑油料,最後用磁鐵吸起清除。研究分為兩部分探討,一、油料與塑膠吸附的情形與影響因素;二、吸油劑與油料的吸附效果。為了放大觀察塑膠微粒與油吸附的情形,用塑膠小圓片模擬塑膠微粒,並作為吸附效果的量化數據;用油層高度比例法來量化吸油劑的吸油效果;以燃燒法和促鏽法自製鐵磁性吸油劑,與市售鐵氧化物比較。結果發現,塑膠種類、油酸價、水溶液種類會影響塑膠與油料的吸附。以燃燒的鋼棉、鐵粉、四氧化三鐵作為吸油劑,進行三階段多層次處理可以節省成本,也減低水汙染。

「瓜」熟酵弱 – 木瓜蛋白酵素天然美白牙膏

研究木瓜樹的木瓜蛋白酵素活性及萃取、純化方法製成的自製木瓜蛋白酵素牙膏。以氫氧化鈉滴定法測量酵素的活性,本研究發現,木瓜樹未成熟的果實,木瓜蛋白酵素活性最高:氫氧化鈉平均滴定體積 3.93 (mL)。以純水萃取後再過濾的上清液,經超音波震盪、pH 7緩衝溶液浸泡、烘箱50 ℃ 乾燥,活性是置於室溫25 ℃ 的2.11倍。以硫酸銨純化,活性為未經純化酵素的1.63倍,最後以豬腸膜分離硫酸銨。自製木瓜蛋白酵素牙膏,能分解口腔內的蛋白質表膜層,除去最難去色的咖哩粉色素,增加自製木瓜蛋白酵素牙膏與咖哩粉唾液混合液間的反應時間為5 分鐘,以自製木瓜蛋白酵素牙膏0.5 g添加市售木瓜蛋白酵素牙膏0.5 g,潔牙後的色差值ΔE 1.49最小,優於市售木瓜蛋白酵素牙膏ΔE 2.05。

「囊囊」上口-新型水膠囊之研發

本研究首創「新型真雙層膜水膠囊」製法:「先製膜再裝水」改良舊式「冰式水膠囊」的限制和缺點,並發現最佳製作濃度為3.0%海藻酸鈉與1.0%氯化鈣溶液組合。此組合製成的水膠囊耐重力為1830gw,是冰式水膠囊的 4 倍之多,耐拉力755.8gw、耐摔力188cm,都遠優於舊式水膠囊,TDS 總溶解固體量19.6mg/L,符合飲用水標準,且其抗穿刺力測試明顯優於市售手搖杯的封膜。至於耐冷熱測試,可耐冷至-18oC、耐熱至100 oC,非常適合冷熱飲之應用。尤其是國內首創之「創意形體膠囊」–三角體膠囊及方形體膠囊的開發,成功包裹各種飲料、佐料與防疫用品。我們的新型水膠囊,無論在雙層膜的創意設計、性質、形體及應用各方面,都提供食品「囊囊上口」、生活環保減塑新契機。

扇扇「模」法師-探討影響沖積扇外形的環境因素

本研究藉由文獻探討和實地探勘了解沖積扇的外觀特色,並以模擬實驗探討影響沖積扇形成的環境因素。研究結果發現沖積扇的形成過程包含了堆積與擴散的過程,河流帶來的沉積物顆粒較大時,堆積作用較明顯;而沉積物顆粒較小時,沖積扇的擴散作用較明顯。支流坡度的增加與降雨時間拉長都會導致沖積扇的堆積與擴散作用明顯提升,而降雨強度的增加會明顯增加沖積扇的擴散作用。本研究也發現沖積扇上的建築物,須遠離河岸、扇頂、扇端,才可大幅降低未來災害的危害。希冀透過本次研究更了解造就沖積扇外形的因素,也能應用於土石流發生前的防災與離災工作。