全國中小學科展

第51屆--民國100年

太陽打從西邊出來?—地球與金星上太陽在空中位置變化的情形

上自然課時,老師在教月亮以及太陽這個單元時都用了一個Stellarium模擬軟體,我們發現從這個軟體可以觀察以前我們所無法觀察到的天體,感覺很有趣也很容易了解。藉著本研究主題,我們終於可以一探有關太陽移動軌跡的秘密,而不必透過長期的觀測,更可藉由軟體的功能,進行地球與金星上太陽在空中移動軌跡的實驗研究,讓我們了解到,原來太陽位置的變化是受到了行星自轉軸傾斜角度及其自轉、公轉的方向與速度的影響,並且觀察者所在的觀察地點的不同也會發現太陽有不同的位置變化情形。這次的探究活動,讓我們印證了課本中所學到有關太陽的概念,並相信太陽有可能打從西邊出來,只是,不是發生在地球上。

沖沖沖!石頭石頭我不怕~探討水的力量對大自然的災害及其防治之道

為了探究「水的力量」對大自然的影響,本組以抽水馬達、水位控制器、連通管、三通開關、大塑膠盆及電子秤等儀器,組成「水流沖力控制儀器」。實驗中:測得水位高度和水速平方成正比,而與出水口孔徑大小無關;以直立電子秤測得水的沖力與水速平方成正比;利用小石頭製成河床,並以密度與石頭相近的正立方體鋁塊受水流沖擊,推測出沖走鋁塊的最大重量和水速四次方以上成正比;利用陶土混水製成不同密度的泥漿,模擬土石流的流動情形;設計了梯形、倒梯形、河壩、倒河壩及丁壩等五種河道,測試發現河壩型河道最能減緩水流速,明顯地降低水流的沖擊力;改做不同階梯密度的減速模組,並以軟體Tracker輔助分析,得知低密度階梯減速模組,減速效果最佳。

「甜」之有理—從影響番茄甜度因素到自製甜度計設計的研究

影響番茄甜度的因素可能很多,我們以較易實驗觀察的六種環境因子,作為研究對象,結果我們發現: 一、各組實驗甜度比較表: 組別 甜度大小順序 一、酸鹼鹽組 食鹽水溶液 醋酸水溶液 小蘇打溶液 二、廚餘肥料組 豆奶類 果菜葉類 澱粉類 三、水質組 礦泉水 自來水 水溝水 四、音樂組 宗教樂 搖滾樂 悲哀樂 五、葉數組 中葉 少葉 多葉 六、土壤組 沙土 黑土 黃土 二、自製甜度計設計: 在研究的過程中,我們發現市售甜度計有其缺點,激起我們自製甜度計的興趣,我們利用光在不同濃度,有不同的折射率,以半圓透鏡及雷射筆,設計自製甜度計 1.圖示:詳附件。 2. 說明: (1)溶液的濃度越濃,折射角度越小,越向上偏,在反射板上做記號。 (2)以0%、100%做始末點及部分濃度做甜度刻度。

非高斯型擴散

將水加入溶液上方,將造成溶質向上擴散,這期間造成濃度和濃度梯度的變化。我們使用簡易的實驗儀器,利用高中物理所學的折射定律,將實驗結果推算出不同時間各位置的濃度和梯度變化。一般書上所寫,大多假設濃度梯度成鐘型曲線分佈的簡單模型來描述擴散過程,但只能用在擴散係數為定值的情況,從實驗或參考資料顯示,擴散係數會隨濃度而變,書上的模型雖簡單,只適在極稀濃度溶液。溶液的濃度大小直接影響到溶質的擴散行為,因此擴散現象經常呈現非高斯之分佈,我們捨棄簡單的理論假設,以我們自己設計的實驗來分析溶液在較高濃度時的「非高斯型擴散」,直接測量並計算不同濃度下的擴散速率、擴散係數。並比較分子水溶液、強電解質、弱電解質的差異,並討論簡單模型可能的缺失。研究分子擴散行為的理論未完全建立,所以擴散目前屬於半實驗的科學,此實驗設計與分析方式可提供作為擴散理論發展的參考。

這樣分就對了

本篇研究主題為 ”若有x個數分別為A2、(A+D)2、(A+2D)2…、[A+(x-1)D]2,x∈□,A,D∈□ ,今將這些數分為 y 組,y∈□,使每組皆有x/y個數,且每組數之和都相等,試問應該如何分組? ” 的問題,我們以ㄧ個有系統的方式推導出一種分組的方法。除此之外,我們還將此問題推廣至” 若有x個數分別為AP、(A+D)P、(A+2D)P…、[A+(x-1)D]P,x, P∈□,A,D∈□ ,今將這些數分為 y 組,y∈□,使每組皆有x/y個數,且每組數之和都相等,試問應該如何分組? ”的問題,很幸運地,我們也成功的歸納出一套有系統的分組方法來解決這類問題。

峰迴路轉—等比繞行的秘密

此研究著重於機器瓢蟲在不同的操控變因下所走出之路徑是否存在著某些性質。對於轉向次數k→∞且轉向角θ為任意角時,我們計算各收斂點P於坐標平面上恰形成圓C:(x- 1/(1-r2)2+y2=(r/(1-r2))2。將瓢蟲的轉向點P1、P2連線,圓心C與收斂點P連線,則P1P2與CP之交點S的軌跡形成長軸長為圓C半徑(r/(1-r2))的橢圓,且此橢圓的焦點為P1(1, 0)與C(1/(1-r2), 0) 。各轉向點Pn(n∈□)位於一個方程式為R=mrθ-π/α,m=OP=√1/(1-2rcosα+r2)定角為cot-1(㏑r/α)之等角螺線上;同時繪出轉向次數k在不同值時,瓢蟲行進終點之軌跡,以驗證當k愈來愈大時,各終點形成的軌跡會趨近於一個圓。當k=2時,圖形為蚶線並證明其經平移後之極坐標方程式為 R=r+2r2cosθ。最後我們展示行進公比r→1- ,r=1,r→1+時所呈現的終點軌跡,並對此軌跡所呈現出的意象與自然界連結,而其實質關聯性則有待未來研究。

造反有理 力的量測

本作品參考97年統測機械類專業一第28題,題意為三桿結構件承受一外力形成靜力平衡時,在忽略桿重情況下,求二力構件反力大小,根據此一目標我們希望設計一力的量測機構同時可以測量到力的大小及方向。 在機構的設計方面以壓力型荷重元(Load Cell)為基礎,以銷接接頭裝置於二力構件之一端,搭配一蝸桿蝸輪組的減速機構,以手輪慢慢微調,使能調整荷重元的量測方向,並將力的大小顯示於荷重顯示器上。 選擇可程式邏輯控制器(PLC)作為角度轉換運算的平台,接收光編碼器(Encoder) A、B相輸出脈波信號至PLC內部之高速計數器C251,經由PLC運算,將脈波數轉換成角度值顯示七段顯示器上。 透過我們設計的反力量測機構能精確地測量出加計桿重的情形下二力構件的反力大小及方向的變化情形,讓抽象的力得以變的平易近人。

自己一定行—節能減碳之電動自行車改裝與製作

在油價高漲以及環保意識抬頭的情況下,電動腳踏車的售量急速上升,業界估計今年銷售量將創歷史新高。本研究團隊為符應此一趨勢,自行研發的自製的電動腳踏車,研究重點在於如何以最低成本,製作速度最快、扭力強、最省電的電動腳踏車,特將本作品主要特點摘錄如下: 1. 增加扭力調整功能,更適合市面所使用 2.一鍵輕鬆爬坡、瞬間加速 3.以75公斤體重騎乘均速可控制約在時速25公里上下 瞬間加速可達時速45公里 4.騎乘時間因騎乘者的重量、技術及電瓶容量有所差異 (以24v10AH電瓶測試可騎乘約1小時) 5.採用無熔絲開關,過載時只需將開關回覆省下換保險絲麻煩

蚊香尋方—植物精油驅避台灣鋏蠓之功效探討

臺灣蛺蠓(Forcipomyia taiwana shiraki)又名「小黑蚊」或「黑金剛」,校園及日常生活環境裏,隨處都可見到小黑蚊肆虐情形,而在中部又尤為嚴重,因此我們希望運用天然、無污染的植物精油,達到對環境及人體無傷害的有效預防方法。實驗結果顯示:校內密度測量中,以水池密度為最高;皮膚實驗(調和油50%)中,驅避小黑蚊的效果為:檸檬香茅>檸檬桉>薄荷>迷迭香>茶樹;在劑型實驗中,以膏狀(10%檸檬香茅)的延長效果為最好;而在空間實驗,檸檬香茅、檸檬桉及薄荷都有空間驅避的功效。由以上數據皆可知植物精油驅避小黑蚊有良好之功效。應用在腳環驅避實驗中以毛線、紙藤及塑膠管作為腳環材質效果較好。故精油能有效的驅避小黑蚊,並為開發相關產品的有效依據。

史特林你真酷

本研究是以致冷晶片來降低史特林引擎冷卻部溫度提昇運轉效率,並使用發電晶片來提供致冷晶片致冷時之所需電力,希望能藉由此實驗探討,創造效能更佳的史特林引擎,降低對石油的依賴性。