全國中小學科展

第51屆--民國100年

握在掌心的音樂—手笛

用雙手合攏當樂器,掌心空間當共鳴箱,用嘴吹氣在兩大拇指之間的空隙,吹出的聲音像笛音一般,這就是「手笛」。能吹出笛音跟嘴形無關,要成功的吹出笛音而不是氣音,須符合3個條件:1.吹孔空隙要小(<0.15公分);2.吹孔空隙兩旁要有彈性物質(兩大拇指的肉);3.要順著掌心空間切線位置吹氣。而我們也發現:1.掌指關節間愈寬,笛音愈低;2.掌心空間直圓周長愈長,笛音愈低;3.愈用力吹手笛,笛音愈高;4.吹孔寬不影響音高;5.掌根開洞愈大,笛音愈高;6.掌心空間愈大,開洞要更大才有明顯的音高變化;7.手指開洞會比掌根開洞影響手笛音高來的明顯;8.手笛開洞的位置會影響它的音高,距離氣流其始位置較近,影響音高較明顯。

竹筒裡的奧秘

這個研究在探討:竹筒裡是真空的嗎?還是有空氣呢?如果竹筒裡有空氣,竹筒裡是否含有二氧化碳與氧氣?如果竹筒裡有二氧化碳與氧氣,二氧化碳與氧氣的含量是多少?竹筒裡會不會產生溫室效應呢?本研究的特點:我們想以五年多來自然課所學到的知識與實驗方法,利用自然教室的基本設備,進行以上的探究,希望能揭開竹筒裡的奧秘。由於沒有精密的檢測儀器,我們就設計了竹筒裡的氣體與人體呼出的氣體、普通空氣的比較實驗。因為人體呼出的氣體與普通空氣的含量,書本中有數據可以參考,我們可以將實驗的結果進行相對含量的測定,推估竹筒裡的氣體中二氧化碳與氧氣的含量。

Domino & Taguchi -骨牌效應與極速最佳因子研究

Domino是一門學問,其中「推推樂」只是多數人對骨牌的刻板印象。其實它有著「物理」碰撞和「數學」推砌的多樣變化,而本研究在探討骨牌效應及極速下的物理現象。研究分別就 速度實驗、因子實驗與「Taguchi-田口法」實驗三階段進行。在經多次實驗記錄、討論,提出結論如下:一、骨牌間傳遞速度呈現暫態週期性,不同因子呈現不同變化週期。二、骨牌效應下發現,骨牌間距小、質量輕、重心於中心趨前及擺錘質量大、撞擊角度大,速度效應最佳。 三、極速最佳因子研究中,經分析因子實驗數據,依照田口 法最佳化實驗,並經驗證後發現,最佳因子組合是:骨牌間距小(2cm)、骨牌重心中心趨前、擺錘質量重(22.24g)以及撞擊角度大(90°)。與單一因子實驗呈現高度相依。

蠼地螋查—五種蠼螋形態行為、繁殖與生物防治應用

本研究以2科5種不同的蠼螋:普通真肥蠼螋、黑環真肥蠼螋、濱海肥蠼螋、日本球蠼螋、四刺球蠼螋之採集、形態特徵與捕食動作、自我防衛、挖洞及游泳等生活習性之探討,並針對五種蠼螋的棲息環境做模擬佈置、進而飼育達六個月以上,期間並成功繁殖了五種研究的蠼螋;對於五種蠼螋棲息地的溫濕度、酸鹼值作一歸納表,並列表比較不同種的蠼螋之行為、飼育環境及外觀特徵等的不同處。 針對果園病蟲害物種-東方果實蠅做生物防治研究,發現2種蠼螋(日本球蠼螋及四刺球蠼螋)對其幼蟲具有極強烈的捕食性;比對果園已存在的蠼螋的棲地得知兩種蠼螋之生長環境有相近之處,利用此點,可於果園調查生態環境並適當數量野放,可做為生物防治的極大幫助。

分離吳郭魚腸道微生物之研究

在台灣,養殖漁業相當普遍,尤以吳郭魚之養殖最為興盛。本實驗以使吳郭魚成長更為良好為目的。我們取吳郭魚腸道內的微生物進行分離,確認分離後為單一菌種,並將之增殖。其後以菌液混入液態飼料餵食本實驗的實驗對象─斑馬魚,觀測魚的生長狀況,藉以判斷該微生物是否對魚體產生正向影響。在本實驗中,有發現兩菌種有助於斑馬魚魚體增長。但,希望之後能以吳郭魚苗為實驗對象,再次確認上述該兩種對斑馬魚有益之微生物對吳郭魚是否亦如此。盼最終能將之製為生物製劑,藉以提升吳郭魚的產值。

水滴中的「晶」靈

本研究使用水珠結晶法,以低倍數顯微鏡,快速且容易的觀察到結晶的細部變化。再以加蓋、過濾、重力與音波為變因,探討其對晶體成長的影響。過濾可以去除晶種,使晶體呈現分散式生長的機率高。加蓋蒸發慢,晶體成長慢,容易有高透明度的規則晶體。水珠中過飽和度濃度的高低與均勻,會影響晶面上各點的成長速率。速率不一致,晶面上會出現紋路。高頻率聲波,疏部與密部也會造成晶面旁的濃度時高時低,導致晶體出現不規則。反觀晶型只與離子半徑比有關,離子半徑比0.414~0.732間,會形成立方晶系(正立方體晶體)。但若半徑比越接近0.414,晶體越容易吸水,形成含有結晶水的晶體。半徑比越接近0.732,越容易形成長棒狀的晶體。

環保糯米膠

本研究之試驗項目包括測試糯米之物理及化學性質,以及糯米添加糖、碳酸鈣後之拉力試驗、耐震度試驗及韌性試驗。其研究成果如下:(一)試體搗碎程度越高其各項表現越佳。而糯米漿試體會隨放置時間增加,使各項試驗結果有先升後降之趨勢。(二)試體添加糖分,有效提升糯米漿在七天時的黏度表現。(三)試體添加加熱過蛋殼粉比未經加熱蛋殼粉的耐震度提高。(四)試體添加蚵殼造成材料不均勻,使其7天耐震性強度下降,但有效提升1天耐震度強度,也提升拉力與韌性的強度表現。(五)試體添加纖維可有效提升糯米漿的黏度,其中對加入椰子、絲瓜纖維強度改變較大。

愛不「釋」手—自製環保暖暖包保暖效果的研究

本研究透過觀察不同豆類、不同植物種子,加熱後溫度維持狀況,分析不同豆類、不同植物種子研磨後溫度維持狀況,比較釋迦種子與紅豆作為暖暖包材料的差異。實驗結果發現釋迦種子無論磨碎或不磨碎,加熱後溫度維持狀況與紅豆相近。釋迦種子加熱後的異味問題,可依據個人喜好加入植物添加物來改善。釋迦種子暖暖包重量的多寡和體積的大小會影響到溫度維持,不同的襪子材質也會影響保溫效果,結合藝術與人文製作一個自己的釋迦種子暖暖包是很酷應用。又濕又冷的冬天,小朋友總會使用暖暖包來取暖,希望藉由我們的研究發現,讓大家在吃完好吃的釋迦後,可以多一項選擇,利用釋迦種子DIY製作環保暖暖包,不僅可以減少垃圾量,也開發了釋迦另一種功用!

共邊三角形的內切圓

本文主要研究共邊三角形的內切圓半徑,如圖,給定任意∆ABC,D為BC邊上的任一動點,分別用r1,r2表示∆ABD,∆ACD內切圓的半徑,則r1=r2時,r1+r2有最大值。若將此圖看成在一個公園裡有四條路AB,AD,AC,BC,今興建圓形湖泊並利用木棧道連接湖的中心與馬路,若要求湖的中心到路的距離和3(r1+r2)最大使遊客們能充分欣賞美景以促進光觀效益,則此時r1=r2。最後也將此性質推廣到多圓的情形。

利用福爾摩沙衛星三號觀測北半球平流層急劇增溫現象

近年來,造成中低緯區溫度下降的北極震盪逐漸受到科學家的重視。一般我們說的「北極震盪」,指的是北半球高緯區的氣壓變動關係:極地渦漩減弱,造成原本聚集在極圈的冷空氣向中低緯區擴散,而使中、低緯度氣溫驟降;但就溫度層面而言,學術上認為這和平流層急劇增溫有關。 本研究分析福衛三號自西元2006年始的北半球大氣溫度資料發現:震盪現象最明顯出現在冬末春初;高度方面,低空較不易觀察震盪現象,而30公里以上的高空受影響的程度略為類似;緯度方面,北緯40度以南的地區受SSW影響而降溫,其幅度較小,而北緯40度以北升溫,且幅度隨緯度增加而漸大。 另外將西元2006~2010四年資料比較後,發現西元2009年為近四年來最高峰,且SSW有類似北極震盪部份週期的變化,故福衛三號氣溫數據資料在未來極有可能成為新興的氣候變化觀測依據。