全國中小學科展

第三名

三菱六計,同心「和」力

在小正三角形拼成的三角形和菱形棋盤中填入數字,使得棋盤邊長-1的三個(三角形)或四個(菱形)角落區塊總和皆相同。隨著棋盤邊長增加、填入數字越多、角落重疊部分擴大,使用了順時針接力和順逆迴轉等方式,有規律的填入數字。研究內容包括: 1.找出重疊區的圖形與小三角形的數量,並觀察圖形與小三角形增加的規律。 2.在求角落總和最大值和最小值的目標之下,如何有規律的填入數字。 3.推論角落總和最大值和最小值的公式。 接著用小正三角形設計出六邊形棋盤,依循之前的實驗過程,修正六邊形棋盤會遇到的困難,發展出星星對稱、右逆跳格和對角跳格等方法,雖然過程複雜,但都能夠找到共通性,也有了肯定的結論。

紋蜂不動-紅腳細腰蜂飛翔懸停能力探究

本研究透過形態、野外觀察及室內實驗等方式,探討紅腳細腰蜂的翅膀構造與飛翔懸停之間的關係。研究發現紅腳細腰蜂共12段體節。前後翅從第2胸節長出。翅脈各由14及8塊三角、四邊及圓形的翅區構成。野外飛行可歸納為「抬身展翅」、「離地彈飛」、「飛行懸停」及「落地降落」四階段。飛行懸停時,翅膀夾角介於135-180度之間。會使用口器及六足叼抓物體,進行負重飛行。 實驗研究發現,當前後翅張開到180度時,翅膀與空氣接觸面積最大,其抬升的高度、速度以及下降速度等表現最佳。據此推論紅腳細腰蜂飛行時,會藉由擺動翅膀角度來控制翅膀與空氣接觸面積,達成懸停之目的。翅脈紋路會影響翅膀抬升高度、速度及下降速度,有紋路的翅膀有較佳的懸停表現。

花容失色-鳳凰花的旗瓣為何會先凋零?

鳳凰木的花朵擁有五片花瓣,上方花瓣與其他紅色花瓣不同,是白色底紅色斑點根據文獻,這片花瓣稱為旗瓣,功能是作為蜜標來吸引傳粉者。研究觀察發現鳳凰花的旗瓣會先捲曲凋零和蜜標存在的功能互相矛盾,本組推論與環境、授粉有關連。經研究發現旗瓣凋零與生長環境、花粉及花蜜是否被採集無關與授粉方式有關。異株授粉導致旗瓣凋零的時間提前同株異花授粉旗瓣凋零的時間與自然狀態相近自花授粉、無授粉則導致旗瓣凋零的時間延後。異株授粉對鳳凰花而言是有效且成功的授粉,會導致旗瓣提早凋零,將蜜標隱藏,提高其他尚未有效授粉花朵成功授粉的機會,並且產生成熟的種莢。無效的授粉會導致旗瓣凋零時間延後藉此等待有效的授粉機會。

輪椅改造,提高『便』利性

近年少子化使老年人口比例快速上升,政府對老年及失能人士的照護也愈發重視,而在輔助失能人士的輔具中,輪椅及便椅是日常生活不可或缺的存在,對行動不便的使用者而言,在輪椅與便椅兩者間的移動可能增加跌倒的風險,若能將輪椅與便椅結合,將大為降低移動的風險。本研究透過生活科技及資訊科技所學,設計將兩項輔具結合為主要目標,並試圖解決兩大問題:第一,輪椅如何提供座位中空來進行如廁,而中空的部分沒有支撐要如何來改善;第二,長期仰賴輪椅者臀部所產生的壓迫性壓瘡如何來防治。本研究將針對上述兩大問題,就現有照護文獻與輔具發明,進行探討、發想、實作與改良,期望打造一台能降低跌倒風險與壓瘡發生等多功能的『方便椅』。

一兼二顧~摸蛤蜊兼洗褲之太陽能強效裝置

太陽能是永續乾淨的能源,但由於太陽能光電板的溫度每上升1℃會使發電功率下降約0.35~0.5%。在台灣夏天高溫炎熱,導致發電功率下降許多。我們開發了一組太陽能板散熱系統,透過適當的管路設計導引冷水,不僅有效地降低太陽能板的溫度,避免其光電轉換效率下降,更同時得到溫熱的用水。 經由本研究使用小型的太陽能板搭配金屬管製作散熱模組來評估,若以0.1L/min的流速,可將流過的水至少升溫10℃,若能放大到20 坪屋頂所能安裝的太陽能板面積,可產生約3528公升、40℃的溫熱水,足以提供標準家庭一日之用水,並且由實驗證明本研究設計的散熱模組,可實際將太陽能板進行降溫,改善輸出發電功率的下降百分比達20%。

蠹絕引酒—探討自製誘引劑對咖啡果小蠹的誘引情形

近來咖啡樹種植面積擴大,使得以咖啡豆維生的咖啡果小蠹迅速擴散,此蟲幾乎在咖啡豆中完成生命史,因此防治不易。閱讀文獻發現此蟲容易受甲醇乙醇氣味引誘,我們自製誘引瓶及研發酒麴菌液+甲醇乙醇的方式進行實驗。結果發現:1..紅色誘引瓶抓到較多咖啡果小蠹,推論此蟲易受紅色(波長620–750 nm)吸引;2.相同成分發酵液體添加3:1甲醇乙醇混合後的誘引劑有較佳的誘引效果;3.比較酒麴菌在不同液體發酵效果,發現糖水酒麴菌+3:1甲醇乙醇>咖啡豆液酒麴菌+3:1甲醇乙醇>單純甲醇乙醇(3:1);4.同一成分的誘引劑在海拔較低時誘引效果較佳;5.酒麴菌誘引劑會隨著溫度升高而逐漸提升誘引效果。未來可搭配農改場誘引劑使用,提升咖啡果小蠹的防治。

管道狀態對於地熱發電效率的影響

本研究是在參訪臺東金崙地熱發電廠時,了解到在抽取與回灌的過程中,地熱管路的安裝的狀態與管內的氣泡會影響馬達抽水的效率,如果可以瞭解相關變因的影響,便可以排除不利的因素,增加發電的總效率、降低成本。我們以此作為研究主題,探討地熱管路轉彎的次數、氣泡、水面高度差對於總效率的影響。研究結果發現:在馬達之前注入氣泡流量雖然不多,但對水流量有很大的影響,如果要增加地熱發電的總效率,建議抽水馬達可以設置在抽水井較深處的地方,壓力大,溶解較佳,比較不會有氣泡產生。

肥皂水處理大作戰~為防疫與水循環永續盡份心力

臺灣在2021年受到缺水與疫情的影響,本團隊以DFC學習法來釐清相關問題,將「防疫勤洗手產生的肥皂水經處理後,供植物灌溉使用」作為研究構想。根據國小課程「水污染與防治」、參訪污水處理廠和相關文獻,得知「活性污泥法」常應用於處理生活污水。故決定以活性污泥法的原理自製處理器來處理肥皂水,本研究的前導實驗在培養污泥及篩選試驗用肥皂水,而主題實驗的變因有肥皂水濃度、肥皂水添加活性污泥混合液的比例及曝氣時間,經研究得知合適的處理條件為肥皂水濃度 2.5 %(含)以下,肥皂水與活性污泥混合液的比例為1:30 ~ 1:10 ,且曝氣至少1 h,經綠豆發芽驗證得知再生水優於自來水。期望透過本研究的自製肥皂水處理器為防疫與水循環永續盡份心力。

染出奇蹟-自製奈米銀提升DSSC效率

有關於染料敏化太陽能電池(DSSC)的優化。首先使用平整的刮刀器均勻地塗抹400um的石墨膠在DSSC的電極上可以提高導電性。而0.5M的I-/IO3-電解液可以獲得最佳的填充因子和高轉換率。染料方面混合梔子紫、梔子綠和梔子藍色素可以增加吸收可見光波段並提高吸收度。ITO導電玻璃的耐受溫度約為300℃左右,超過此溫度電阻逐漸增加。負極之奈米粒子所製備之TiO2薄膜的最佳厚度為5-10um,且30nm的粒徑比25nm和常規粒徑表現較好。使用Ti(Cl)4乙醇溶液進行電解沉積時,最佳的電解沉積電位在-1.025~-1.1V區間內且其DSSC的轉換率可達0.5%。加入奈米銀到DSSC的染料中可以有效提高吸收度,比例為奈米銀:混合染料=1:30時可以有效提高DSSC的效能。

「影」響-預測社宅興建前後校區日照和遮蔽的差異

學校旁要蓋社宅,大家很關心日照遮蔽將如何改變?我們發送表單問卷詢問師生,空拍校園上中下午日照遮蔽現況,整合出師生的期待—希望社宅在夏季為操場、綜合球場和靜思樓遮陽降溫,但冬季別遮擋以保有暖冬陽。我們收集資訊製作模型以模擬四季的日照遮蔽,實驗探究陰影生成和遮擋的原理,發現建物愈高、距離愈近和高度角愈小,陰影愈易遮擋;夏天影子遮蔽的範圍最廣、最短;夏季照物角45°遮陽效果最好,冬季照物角0°或90°較能曬到太陽;植栽或不透光建物的遮蔽,可減少輻射量及降溫;北面的建物易被南面的遮擋,最後模擬的結果是—春、夏、秋三季的操場將能在朝會獲得遮陽,但冬季操場、綜合球場和靜思樓將增加更多陰影,迎來更多嚴寒。