全國中小學科展

第51屆--民國100年

自然空調—地質條件對室內溫度影響之探討

本實驗以研究運用地溫能降低空調消耗之探討為主軸,設定散熱管型、室內熱源及地質條件做為變因,為了要使模型和現實建築物相近,設計模型牆厚為12mm;實際牆厚為12cm,即以1:10縮小比例的建築物模型進行實驗,將散熱管置放於不同地質條件(水質層、水+砂質層及砂質層)之實驗槽中,再以燈泡(25W、100W)作為模擬室內人體或機器的發熱源,利用風扇將室內空氣導入散熱管,經過循環後再進入實驗箱,探討對於室內溫度減緩升溫情形及進出風口降溫效果。實驗中,以無散熱管循環作為對照組,其餘以地質分組,將試驗數據整理、分析及探討後,獲得以下之結論: 1. 散熱管型:以銅管為例,散熱效果為3L >3U>U>L。 2. 地質條件:散熱效果為水+砂質層(WG)>砂質層(G)>水質層(W)。 3. 發熱熱源:燈泡25W乘上四倍使之與燈泡100W釋放能量相等,其散熱效能為100W>25W。 4. 各材質管型:散熱效果為鐵管>PVC管≧銅管,且U型管>L型管。

藍瓶真好“酵”—亞甲藍對酵母菌呼吸作用之探討

「藍瓶」實驗是利用還原糖加入氫氧化鈉、亞甲藍溶液,使之發生藍色的亞甲藍變成無色的亞甲藍的氧化還原反應。本實驗以葡萄糖、果糖、半乳糖等還原劑,將藍色的亞甲藍還原為無色的亞甲藍,並利用分光光度計測量反應中亞甲藍的透光度,以其數值判斷反應時間,再以分光光度計測量固定時間內藍色亞甲藍的變化量(反應速率),藉此探討不同種類的糖類、不同濃度的糖類和不同濃度的酸鹼影響其反應速率的程度。因酵母菌呼吸作用為氧化反應,實驗中也發現,呼吸作用的速率和亞甲藍的變色有相關,因此可利用亞甲藍的變色測定呼吸作用的速率。最後以澄清石灰水、二鉻酸鉀和硫酸測得酵母菌在此狀況下是進行呼吸作用而非發酵作用。

醉漢向前衝—微型機器人的分子動力研究

我們利用持續振動的大量塑膠小珠模擬了液體中的分子熱運動,並根據置入其中的保麗龍球所出現的類似於布朗運動之特性,顯示這樣的巨觀模型的確可以很近似的模擬出微型機器人在流體中會面對的分子隨機碰撞作用。本研究同時也證實了適當設計下的微型機器人模型再配合上外加磁場的定向磁力矩作用,將可以有效的利用分子的隨機碰撞所造成的衝力使微型機器人模型朝向我們所指定的方向移動,這樣的結論暗示了將來真正的微型機器人在操作時是可以利用磁場來導引其前進方向的,而且原本會阻礙微型機器人運動的那些來自於環境中分子的隨機碰撞作用將有可能會成為其前進動力的來源之一。

「芯」「心」相映-筆芯燈泡的研究

我們嘗試自製燈泡,實驗中以筆芯代替鎢絲,當加大電位差(電壓)時,觀察到筆芯開始發亮,接著漸漸變細,然後斷裂,此現象和燈泡中的鎢絲相似。從筆芯的導電性實驗中,發現筆芯的H愈高,黏土含量越高,導電度愈低;B愈高,石墨量愈多,導電性愈高 。筆芯的長度越短,直徑越粗,電阻越小。為了讓筆芯發光,我們增強電壓,由實驗結果顯示,通電的電壓至少要10.5伏特、電流3安培以上,才足以使筆芯發光。如果筆芯在二氧化碳的環境下,可延長發光時間,但對於照度則沒有幫助。以鋰電池串接時,0.9mm直徑筆芯實驗效果最佳,可以發光170秒,照度達1023Lux;以鉛蓄電池為電源時,在照度、發光時間都有明顯提升, 0.5mm直徑筆芯發光時間達660秒以上,照度為20830Lux。

魔力?膜力!泡膜形變力之研究

我們觀察到泡膜使光纖線彎曲變形。因此,本研究目的在觀察泡膜張力測量過程的變化情形。結果顯示: 1.清潔劑泡膜面積越大張力越大,但達一定面積(10 *10cm)以後,張力維持在一定值(0.027gw/cm)接近理論值(0.028gw/cm),可排除泡膜重量造成的誤差。證明:測量「水面對泡膜的拉力」計算表面張力,是簡便可行的測量法。 2.水面對泡膜拉力的大小與水面對框架的鉛垂寬度有關。 3.泡膜高度超過7㎝時,會使表面張力變大,應是超過毛細現象的高度上限,泡膜變薄,表面張力變大。因此,藉泡膜張力可觀測毛細現象。 4.泡膜張力可以微量天平法或光纖線入射光吸收率法進行簡易的測量。運用本研究之表面張力簡易測量方式,可測量膠態溶液的濃度或是觀測不同泡膜間張力之合成模式,提供薄膜塑形技術之改良。

果凍多色?我知道!—探討光在不同型態介質下的反應

五年級學到透鏡單元時,知道光經過透鏡折射可以矯正視力。為何透鏡能讓光線偏折?實在讓我們想不透!如果要製作各形式玻璃實驗,這技術實在困難。後來看到透明果凍,突然想到,如果用來代替透鏡,不就能控制厚薄、濃度、顏色及透光度。於是便開始設計實驗,解決想知道的疑問,而從實驗中我們發現: 1.紅、綠、藍、白光對各硬度、厚度、顏色、濃度、密度果凍的透光與折射程度都不同 2.利用三色光,對各顏色果凍的透光度,發明了全彩色光分析儀與全彩比色器 3.利用三色光,對各顏色果凍的折射率,發明了光折射率測量器、雷射測距與校準台沒想到小小的果凍,竟然解決了我們對光的疑惑,實驗中還意外設計出許多有趣的發明,真可說是小兵立大功呢!

多功能綠色安全警示裝置

一、綠能安全警示止滑條 樓梯是建築物中相當重要的架構,也是個容易發生危險的地方,因此本團隊成功研發出可於使用者行走在燈光不足的樓梯時更安全的裝置-綠能安全警示止滑條,不需要任何消耗性能源,可幾乎半永久性使用,達到環保永續發展的理念。且其製作成本相當低,在傳統止滑條上安裝此裝置不需超過原成本之20%,且安裝容易,有量產化之可能性。 我們運用壓電原理,將壓電片聯接LED燈,並裝置於樓梯止滑條內。當使用者上下樓梯踩到止滑條時,內部的壓電片就會同時震動而產生電能,促使LED燈發亮,達到警示之效果。 二、多功能綠色安全警示裝置 將第一代的機構整合為一個體,便於拆裝。而機構整合方式大致上即將壓電片、電線及LED燈固定,使之不分散,且較不容易損毀。此裝置除了置於原止滑條內更容易,不需再整線外,也可做其他相當多的應用,如:發光鞋墊或貯存能量裝置等等。

原木之舞

點跟點移動產生線、線跟線移動產生面、面跟面移動產生體。我們把柏拉圖多面體的點、線、面換一種方式來表達出不同的幾何性質,並使用木棒來架構另一個全新的多面體。用點線交換以及拼合產生規律的美感;如蜂窩、原子排列等等。在製作模型時、為求詳盡以及徹底了解多面體,在實驗過程中也包含定理的證明與電腦作圖。

拍出液體的表面張力

液體從滴管口被擠壓出來的液滴,形成「水滴狀」,這是液體表面張力作用的結果。我們感興趣的是在不同液體的表面張力作用下,所形成的液滴形狀和張力大小的差異。我們的研究使用「拍照法」測量液體的表面張力,實驗誤差在16 %以下,是一種創新和準確的測量方式。藉由此方法我們研究影響液體表面張力的因素,使用純水測量「溫度」和表面張力的關係,結果顯示:溫度愈高,其表面張力愈小;溫度愈低,其表面張力愈大。其次,我們使用離子化合物水溶液 (NaCl(aq)、KCl(aq)、CaCl2(aq)),測量其「濃度」和表面張力的關係,我們發現:其濃度愈大,表面張力愈大;濃度愈小,表面張力愈小。最後,我們使用醇類水溶液 (CH3OH(aq)、C2H5OH(aq) 、C3H5(OH)3(aq)) 測量其「濃度」和表面張力的關係,結果發現:醇類水溶液的濃度愈大,表面張力愈小;濃度愈小,表面張力則愈大。

凸n邊形完美分割線的尺規作圖與數量探討

本研究的規則:以尺規作圖的方式,作一直線L將凸n邊形的周長與面積同時平分。若直線L存在,則我們稱L為完美分割線。我們得到以下成果: 1. 對於具有內心的凸n邊形,其完美分割線必過其內心;不通過內心的直線必不是完美分割線。 2. 利用等周線移動產生的面積變化,我們簡單的證出:凸n邊形必存在完美分割線。 3. 利用研究出的[完美分割線畢氏作圖法],可作出凸n邊形的所有完美分割線。 4. 對於非平行凸n邊形,當等周線通過頂點,必存在「順坡」與「逆波」移動兩者之一。利用此結果,我們創造出「最多順坡移動建構法」,證出:最多有 個「順坡移動」。進一步證明出:最多存在2n-3條完美分割線。