全國中小學科展

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第三名

兩極乾坤─探討離子在電場磁場中的走向

二年級上學期做「水的電解」實驗時,以注射針頭當正、負兩極的材料,我們感到很好奇:如果換成其他金屬不知是否可以?經老師介紹先認識了第四冊「電解硫酸銅水溶液」的實驗,在這個實驗裏,我們瞭解了:「電解時兩極的化學反應與使用的電極材料及電解質有關」。當我們將電解水裝置中的兩注射針頭改成粗銅線後,發現:兩極銅線皆起了化學變化,但是並未看見藍色Cu2+移動的詳細過程;於是請教老師如何才能觀察到離子在兩極間前進的慢動作;老師在回答問題時,該到「電場」,順便提及「磁場」的觀念;我們就想︰既然離子會受電場影響,不知是否也會受磁場影響?因此在好奇心的驅使下,我們首先以有色的Cu2+開始,設計了本實驗。

水「升」火熱-探討水珠在高溫下彈性與移動狀態

我們發現在加熱板上製造出溫差,並滴水在加熱板上,水珠會由高溫往低溫處移動的現象;我們判斷在較高溫處所產生的蒸氣氣膜厚度較低溫處厚,使水珠向低溫處傾斜,導致水珠往溫度低處移動,由本實驗得高溫板上水珠會向較低溫度方向進行散射現象(以上敘述貼合研究動機圖示)。水珠在溫差20℃最高可以爬上0.3度的坡度,且溫差越大水珠能攀爬的坡度也愈大。在水珠碰撞的部分,根據我們實驗結果,在高熱板上滴水可以形成水珠並進行碰撞與移動。藉由控制溫度及水珠大小找出其對恢復係數的影響,證明在固定溫度下水珠大小的增加,會造成水珠的恢復係數e隨之遞減;而隨溫度的增加,則水珠的恢復係數e會隨之增加。

豆奶優酪乳之開發

黃豆俗稱大豆,是一種很神奇的穀物,含有豐富的營養成份,它除了對人類逐漸面臨因蛋白質與熱能缺乏所引起的食物危機,提供了解決之道外,很多研究報告也指出黃豆具有降低罹患某些癌症的風險,而美國食品藥物管理局更正式核淮黃豆製品上,可標示降低膽固醇的訴求,這些在在說明了黃豆的高利用價值。然而可惜的是,目前全世界的黃豆只有12%用於食品,其它88%竟只是當作飼料來應用,實在太浪費了。\r 黃豆製成的豆奶,香甜可口,是東方人早餐中的重要食品之一,可以說是我們中國人的"牛奶"。\r 吾人突發奇想,若能以價廉物美的豆奶取代牛奶,製成目前很流行的健康食品-----優酪乳,或許能使人們更充分的利用上帝賜予人類的珍寶。由於目前市面上尚未有豆奶優酪乳的產品販售,於是在老師的指導下,展開"豆奶優酪乳"的研究開發。

筒”機取巧--不用電池的手電筒

近日颱風頻繁,家家戶戶常停電,手電筒成了必須之品。有時找到了手電筒,卻忘了放電池,又要摸半天,加上電池放久了,又容易沒電,且電池的電能終將會用完,那時又該怎麼辦?有鑒於諸如此類的狀況,我們利用國中理化第三冊十二章與十四章裡,所學到的磁場改變可以使得線圈產生感應電流,在此我們利用整流器把感應出電流變為直流電,又由於磁鐵及線圈的運動速率不同,使得所產生感應電流值不均勻,磁鐵運動至線圈每一個地方感應出來的電流值不一樣,所以我們利用加上電容器將電能儲存再慢慢放電;在此電容有充電作用及兼具有濾波作用。再者我們使用發光二極體當成電光源,因此加上 1.5k 歐姆,1/2W 電阻及齊納二極體是穩壓作用,使負載工作電壓穩定,不使負載燒壞。另加上 2.2K 歐姆 1/2W 電阻是限流作用,保護發光二極體。於是我們做出了非常實用的不用電的手電筒,甚至做出了有趣的洋娃娃玩具,成功的收集並利用電磁感應所產生的電流成為一種不耗費資源的環保能源。

管中世界—冷暖自知

我們研究並製作出簡易的蘭克—希爾須渦漩管(Ranque-Hilsch vortex tube),使管子一端產生冷空氣,一端產生熱空氣。藉由改變不同的供氣方式及控制不同的氣體流速,意外地突破了前幾屆全國科展只做出2~3度的溫差,再藉由設計不同的渦漩管大小、長度、孔洞等進一步做了一系列深入的探討,最後成功讓渦漩管兩端冷熱空氣溫差高達57.6度。此外,我們還利用易於觀察的白色溶水油來分析氣體在管中流動的情形和軌跡。

洋菜活塞與氣體的P.V.n.T.及氧、呼出氣體、二氧化碳含量的探討

去年我們發現洋菜在理化實瞼上有許多妙用,經過研究後,所提出的報告,「洋菜的妙用」獲得全國科展佳作獎,一年來我們又陸續發現洋菜製成的活塞還可以有很多廣泛的用途,所以今年我們的作品是「洋菜活塞與氣體的P.V.n.T.及O2、呼出氣體、CO2 含量的探討」。

台灣珍稀之寶-塔狀玄武岩-三峽特殊地質景點長壽山之現況調查及基礎資料??

長壽山的火成岩屬於約八百萬年前北部中新世角板火山活動期之產物。其玄武岩覆蓋在南莊層的上部,並同時有柱狀玄武岩和塔狀玄武岩這兩種產狀,前者並為全台所獨有;終於在歷經一年後,我們解開了塔狀玄武岩的成因之謎,並發現「差異侵蝕」是主因。強烈的火山活動後,此地即全面進入海進時期,桂竹林層開始沉積,並在火成岩內的氣孔及裂隙形成豐富的次生礦物,其中含二氧化錳的文石只有本地才出產。約民國七十八年前後,此地因屬建築工地而被開挖,目前雖已面目全非,但我們還是盡全力為這塊寶地建立基本檔案,並即將在今年的暑假將它列為三峽免費旅遊公車的一個參觀景點。另外,我們還比較了長壽山和鄰近四個火成岩出產地〈其中三處屬新發現〉的玄武岩及次生礦物。

掃描器色彩校正

掃描器用久了,各項元件難免會老舊,掃描出來的影像色彩與原稿有不小的差異,或許可用色彩管理軟體來校正掃描影像與原稿間的色彩差異,但是其價格昂貴,非一般使用者可以負擔。本篇研究以便宜的標準色彩導表,配合使用多項式迴歸分析法發展出針對掃描影像的色彩校正方法,無論從理論數據上的探討以及實際影像上的測試看來,我們的方法確實有效,能讓原有的色彩較精準地重現。

與眾不同的電鐘

電鐘設計外表雖美觀,但卻不能報時,也不能隨意調整鳴叫時間,所以有音響、能提醒人的電鐘,一定受人歡迎。

算術平均數、最小二乘方及方差

人類為了要了解或描寫自然現象,常採用一種「逼近」的過程來處理問題。比如某位同學使用一尺來量取一線段長幾次,結果產生每次的讀數都不相同,此時產生逼近解的問題。又比如有四支 50 公分左右的尺,每次使用兩支來量取一公尺左右的線段長,亦產生類似的問題。然而這些「逼近」解的可靠性到底如何?我們則用方差來權衡之。