全國中小學科展

第一名

「隱」人入勝——探討中型金蛛與長圓金蛛之隱帶生態功能

金蛛屬(Argiope),是圓蛛科的一個屬。不論長圓或是中型金蛛其隱帶的長度與體長成正相關。研究中隱帶的長度與環境溫度、照度和風力的數值相關性不高。而在複式顯微鏡下發現隱帶的構造有疏密之分,為了解有隱帶的蛛網在承受風力以及獵物衝擊時的振動模式,以釣魚線及蠶絲製作仿生金蛛網,發現具有隱帶的蛛網其振動幅度較小。收集金蛛隱帶,檢測隱帶反射光後的光譜分布,結果發現疏隱帶的反射光譜,強度最大皆為黃橘光。仿生網受獵物撞擊及風吹的震動幅度:無隱帶>直線型隱帶>十字形密隱帶>疏隱帶。研究顯示疏隱帶為穩固效果最好的,仿生隱帶支撐仿生網可減少振幅。而蠶絲仿生網的振動幅度較釣魚線小,穩固性較佳。

進擊的萬獸—萬獸的終極奧義

本研究源於我們參加Power Tech科技創作競賽,萬獸之王的機械獸既要參加「接力賽」,又要進行「拔河賽」。如何兼顧二者,因此進行了研究。結果發現: 一、不同摩擦力的萬獸之王,以6cm*6cm大小的腳底板,前腳貼上防滑貼條,曲面的腳底是最佳的摩擦力組合。 二、不同腿長的萬獸之王,腿長愈長,且腿長比例相近,曲柄裝在第二孔是最穩定的設計。 三、不同連桿形式的萬獸之王,以交叉連桿設計,並將連桿加長,能使萬獸之王走得最快。 四、在最佳速度的條件下,腿長比例無明顯差異,前腳加止滑,能拉動的重量較多。 五、最佳的拉力的萬獸之王,配重分散於前端,以水平方式拉繩。 六、兼顧行走速度快與拉力大,要在驅動所在位置加上防滑設計與增加配重,會有較佳效果。

中樞神經節對美洲蟑螂步足反射的影響

本研究透過測量美洲蟑螂(Periplaneta americana)後足反射之程度與耗時等參數,探討中樞神經系統中各神經節在後足反射所扮演的角色。我們發現腦神經節對於反射作用有抑制與整合的效應,前胸神經節會增強反射,而後足的反射中樞位於中胸神經節與後胸神經節,腹部神經節則會抑制反射。本研究以電池座、釘書針與網路攝影機等簡單器材觀察、量化昆蟲足部反射運動,可推廣成國中生物中「反射」相關課程之行為觀察的探討活動,並可應用在仿生醫療上,有助於術後復健或輔具製造的相關研究。

不同型態鈀奈米觸媒對直接乙醇燃料電池的應用

本實驗主要利用不同比例的界面活性劑來合成不同型態的鈀金奈米觸媒。並成功在水相以及相對低溫中合成均一度高的奈米粒子。此奈米粒子也擁有成為燃料電池的潛力,在控制成分比例下可調控其催化的表現,並且能達到長時間穩定的需求。實驗過程探討不同型態的鈀金奈米觸媒外,並使用乙醇電催化、CO吸脫附方式以及長時間穩定測試;研究得知不同比例的CTAB及CTAC搭配可以得到合金及核殼型態的鈀金奈米觸媒。電催化測試以核殼AuPd為1:1為最佳,其活性較純Pd高約4.42倍。CO吸脫附可得到觸媒的活性表面積;長時間穩定測試中AuPd觸媒較純Pd有約3.8倍的穩定度及容忍力的提升。 本研究結果有助進一步利用鈀金觸媒改善純鈀在進行乙醇燃料電池上的應用。

相對運動

在觀察一些幾何圖形的過程中,引發了研究的興趣,從中得到了一些領悟很想把它發表出來。

形中有形

一、本研究探討正方形內有一個同中心的正方形,由外部正方形邊上的一個點出發,反覆對內部正方形的頂點作連頂線註一所產生的圖形。 二、我們發現原正多邊形和其內部同中心的正多邊形的邊長比例會有一個臨界值,若小於等於這個臨界值,反覆作連頂線的結果會產生原正多邊形的內接正多邊形,若大於臨界值,則在一定的條件下會產生多角星。 三、原正n邊形與其內部的正n邊形會產生內接正n邊形的邊長比值臨界值為{csc[(n-2)×90°÷n]}2。 四、整理出Xn、外部正方形邊長a及內部正方形邊長b與繪製出來圖形三者之間的關係。

別開聲面—隔空滅火探究分析

這是對聲音滅火-聲音隔空滅火的可行性提出探討! 來自陳坤龍老師的一段影片,我們探討它的變因,重要的是發現它居然和“琴音滅火”有關。 以鼓式風扇取代嘴巴,飲料杯當共振杯,兩個相同玻璃杯分別當吹氣與接收端。 沒有正對燭火吹氣或是在燭火與吹氣之間有阻礙,那一定不能滅火,這說明一定要有風-氣流的影響;共振杯太高太短都不行,太高氣流進不去共振杯中,太短是風直接吹滅燭火。必須要有共振才能增加玻璃瓶口的氣流振動達到滅火效果。 最後研究以喇叭來滅火,在浩瀚的20~20KHz中找到以170Hz與它相關倍數頻率能順利滅火的。

自製豬油製程之改良

使用水煮法提煉豬油,豬油色澤較淺品質較佳,提油率明顯較低;使用熱炸法提煉豬油,豬油色澤較深品質較差,但提油率明顯較高。由實驗結果顯示,加熱溫度設定在110℃時提煉豬油,可兼顧提油率及油脂品質。我們將家庭用小烤箱加以改裝,歷經第一代、第二代溫控裝置之改良,使其溫度能控制在110℃左右;我們亦改良豬油收集裝置,使脂肪組織流出之豬油可立刻滴出烤箱,縮短豬油停留在高溫狀態之時間。最後,我們進行豬油之發煙點、酸價及過氧化價等檢測。由實驗結果驗證,第一代、第二代改良法所提煉出的豬油,其發煙點、酸價、過氧化價等量化指標,均符合法定食品安全標準,而且與傳統熱炸法所提煉出的豬油相比,其豬油品質更佳。

電場中的小晶靈-高電壓電場中液滴的結晶現象

本研究設計相機-顯微鏡-玻璃座平行銅片電場裝置,拍攝鹽類液滴在高電壓電場中的結晶現象。先設定對照組,讓晶體成長趨向單顆且高透明的條件為:低蒸發速率、過濾、無施加電場與低溫LED光源。並應用蒸發速率差異,發現鹽晶的變速成長現象。蒸發快形成階梯螺旋紋。蒸發慢紋路消失,形成全透明晶體。之後轉放在高電壓電場下發現:晶體形狀改變(傾斜、變形或斷裂),透光度變差。晶體新生邊緣,有條狀紋出現,但晶體成長速率變化不大。這證實鹽晶析出會因些微外在變化,而影響溶液中離子堆疊,在晶體表面出現變形、斷裂或不規則紋路。這種對外在環境有著高度反應的現象,正可以用來研究外界高壓電場如何對物質產生影響。

風力罩得住酷旋發電機

本研究共設計十二個實驗,探討垂直型風力發電機如何將各方吹來的風充分利用,首先設計能減少風力扇葉轉軸轉動摩擦力的軸承,接著製作導流罩以收集所有吹進來的風並提高 磁動生電的轉換效率。我們製作的風力發電機將來自四面八方的自然風有效利用,具積少成 多的集風特性,輸出電壓可達30V以上,並能針對鋰電池充電,發揮以時間換取空間的特殊 功能,且因為體積小,非常適合於臺灣地狹人稠而且風力不強的環境。我們將自製的發電機實際應用在學校走廊、樓梯間以及樓頂進行發電,可以提供夜間照明,達到自給自足的綠色能源目標。