全國中小學科展

第51屆--民國100年

來電了沒?— 尋找準確快速的導電檢測筆

提高水溶液導電實驗成功率,先要選對電極棒的材質。生活中導電最佳的是銅線,但在水中易產生銅綠影響結果,且耗材大,我們建議以鋼釘取代。其次,影響導電的關鍵是電極棒與水的接觸面積。二支電極棒最佳距離是1公分、插入水溶液深度5公分為最佳,電極棒直徑越大,與水的接觸面積越多,導電性亦越佳。水溶液容積多寡影響並不大。自然實作中要驗證水溶液是否具有導電性,我們建議採用高亮度LED取代三用電錶,連接方式較簡便、價格低、效果佳,即使是導電性不佳的蒸餾水,亦可檢測導電性。我們將實驗結果設計成一支導電檢測筆,針對傳統電解實驗的缺點,製作出改良式的檢測筆,在操作上更方便、精確,方便老師與同學判別水溶液具導電性的最佳教具。

圖「檔」不住的真相

我們都知道數位相機如果畫素越高,檔案也將越大,將一張百萬位元的照片傳輸到網路,往往很耗時。根據本研究數據分析,發現將原檔轉成其他格式儲存時,雖然檔案大小會隨著不同格式變大變小,但總畫素卻不變,其中jpg檔最小。此外,24位元bmp 、png或tif檔的畫素及色頻的分佈皆相同,雖然jpg檔有變化,但與低位元的bmp以及gif檔相比,jpg檔很接近原來的分佈圖,進一步將原檔壓縮,發現壓縮並非線性改變,且壓縮比50以下,畫素及色頻有明顯偏離原始分佈的趨勢,將檔案壓縮至50左右,不僅視覺無異,還可省下80%以上的空間,所以在日常生活中,相片檔的存取及網路的傳輸,以jpg和壓縮比50存檔是一個很好的選擇。

我的卡踏會自動鬆脫

在新聞報導中,常常有車友因為卡踏受傷,嚴重者甚至有死亡的事件發生,因此我們構想設計可以自動鬆脫的安全卡踏。在各種卡踏設計中大略分兩種,登山用及公路用,我們先以老舊的登山卡踏為基礎來拆解,了解內部構造後,依照我們的需要來設計及改造卡踏,由於當車手在騎乘過程中,遇到緊急事件時,第一個反應就是按壓煞車,因此設計時我們想以煞車系統來連動卡踏鬆脫,將原本的卡踏中心主軸,設計成具有擠壓功能的軸桿,並以煞車線拉動機構,在按壓煞車時便可牽動此線產生力量,卡踏的挾持設計就會前後分開,卡踏可以自然鬆脫。當煞車解除後,卡踏又重新歸位。我們設計的卡踏除了可以自動脫離外,也可以依原本的操作方式脫卡。經過設計、加工、組裝測試後,這樣的機構是可行的,未來的研究方向是測試對煞車的影響及如何可應用改裝於任何自行車上,以符合實際使用的需要。

『未來電池之星』: 鋁—空氣電池

本次科展的題目是鋁-空氣電池的探討研究製作,探討如何以生活中易取得之材料做出具有一般一次性電池之效能的鋁電池。在實驗的過程中延伸出探討孔隙度並附加孔隙度實驗,觀測卡片掀起之角度比較各種隔離膜材料孔隙度透氣性之大小及各種隔離膜在不同電解質溶液、濃度中的表現。

1021世紀洪災

本研究探討宜蘭縣蘇澳地區颱風或超大豪雨來臨時,地形對淹水程度的影響。結果顯示,蘇澳地區地形中心位置較低,一旦下雨,就會形成平地部分區域的淹水。蘇澳地區於2010年10月21日當天梅姬颱風帶來強大豪雨,造成土石流情況嚴重;水深最高達400cm,研究範圍內1/2的區域淹水。廣泛而大規模的土石流及山崩,導致流水宣洩不良,減緩排水速度是帶來災害的第一個原因;單日的雨量逐年增加,驟雨情況發生的機率提高,顯示出極端氣候是第二個原因。加上東北季風和颱風所帶來的共伴效應,潮位對較高的9.10月,在滿潮時期加上足夠的雨量就會造成淹水。我們所製作的模型選用油土做出平地,用ㄧ般的土做出丘陵,模型縮小比例1/5620(89/500000)是我們認為較準確的模型條件。

有「氧」生活

每逢冬天寒流來襲、氣溫大幅下降之際,一氧化碳中毒事件總是在新聞媒體上頻傳。雖然目前市面上已經有許多的一氧化碳警報器,但一氧化碳中毒事件在新聞報紙上的篇幅卻不曾遞減,所以我們想要設計出一套擁有新功能的一氧化碳偵測器,來杜絕此類的悲劇。本系統是由一氧化碳感測器與微電腦控制電路,統稱中控電路,加上通風系統以及警報與操控電路結合而成,將一氧化碳偵測器感測的結果傳至中控電路,若一氧化碳濃度過高時中控電路接收到訊號後,就會自動開啟通風設備,利用窗戶的開啟加上排風機快速排除屋內的一氧化碳,大幅減少一氧化碳滯留於屋內的時間,排除人們因為吸入過多一氧化碳而中毒死亡的機會。 因本系統的防護機構是全自動作用,所以能排除各種不預期人為失誤而造成系統失效,做到全方位保護的作用。根據實驗本系統能在半分鐘內排除一氧化碳,效果良好,確實能避免一氧化碳中毒,固本系統能全面杜絕所有一氧化碳中毒事件。

鳴蟲的超級星光大道

本研究針對日常生活中時常發現的鳴蟲,其中又以直翅目的昆蟲為主,直翅目的昆蟲都具有鳴叫的能力且有許多共通的構造,所以將對他們進行飼養與觀察。藉此得以比較他們的生活史、生活環境、覓食方式、擬態能力、彈跳力的比較、發聲方式、攀附力的比較、聲音差異。本實驗所使用之數據皆為觀察多次所得結果的平均值,故不會因為觀察之蟲類大小不一而有所差異。

脈脈含情

「在已木質化的的葉片當中,葉片是如何延展的呢?」死去的木質部細胞將有利於運輸水分,但當葉子長大時,又如何改變既定的骨架呢?其表面下的過程及機制是我們所不知道的,因此我們設計一系列的實驗來探討。一開始的葉脈標本實驗,了解到葉子木質化程度與葉子大小無一定關聯。將葉片點上記號,發現在生長期間點位移呈等比例型式放大,由此證明葉子確實是以放大的方式成長;玉蘭樹單葉的成長一路持續,而馬拉巴栗成長時在某些週數中呈現快速成長的爬階梯現象。數位顯微攝影得知葉脈的佈局在葉肉分化之前就已決定,爾後葉脈隨著葉子成放大生長,但無法解釋已木質化死去的葉脈木質部如何一同生長延長。

以散斑干涉觀測雙星的行蹤

大氣擾動會使得我們觀測到的雙星影像產生變形,造成許多雙星無法藉由光學攝影得知,而是間接由光譜位移得知是否為雙星。然而透過散斑天文干涉技術,我們可以測量出雙星系統的角距和方向角。本研究中使用的CCD,為商用等級的DMK 31AF03,並架設於口徑十四英吋(C-14)的望遠鏡進行觀測。目前總共觀測了七個雙星系統,而其中有六個雙星系統被本系統分辨出來。這些雙星的角距介在0.54到2.05角秒之間,主星的亮度介在2.43星等到3.74星等之間。本觀測結果顯示商業等級之CCD可以用來進行散斑觀測,達到小型或中型望遠鏡的繞射極限。然後,利用Hipparcos衛星以視差法測得的距離,以雙星互繞的軌道周期和半軸長的訊息估計出雙星系統的總和質量,似乎都略大於光譜測量的質量。而從O-C圖還可以發現,累積1970年代迄今的天文干涉觀測數據後,足夠修正早期以傳統光學觀測所求出的軌道參數,應可提高質量的估算。

光彩魔術

本實驗研究如下:一、先探討偏光板的特性,了解偏振光所產生平行光與垂直光的互相的影響,以標準偏光板的0度當基準,可以讓全部光通過,90度是最黑無法讓光線通過。二、探討以圓形的偏光板每隔5度貼透明膠帶,了解哪一個角度會產生彩光?三、探討兩偏光版的相對角度對彩光產生的影響,四、再探討以不同(厚度)層數的膠帶對產生彩光顏色的影響。五、在偏光板固定角度貼不同層數的透明膠帶,探討兩偏光板的相對角度的彩光變化。六、不同品牌透明膠帶與光源強度對彩光顏色的影響。七、探討還有那些透明介質可以讓偏光板產生彩光。八、探討偏光板的彩光顏色互相加成和相對角度之間變化。九、觀察者與偏光板相對角度位置改變對彩光影響。十、偏光板的彩光顏色如何應用在生活上?