全國中小學科展

第52屆--民國101年

太陽剋星-七彩智能減光機

我們想解決學校教室「西晒」嚴重的情況,於是利用偏光片設計出加裝在窗戶上美觀又實用的自動減光裝置。首先,我們探究市售膠膜在兩片偏光片中所呈現的顏色變化,找到最佳膠膜製作減光板。接著以自製窗戶模型找出各層減光板的減光率及室內溫度變化情形。接下來,我們摹擬太陽在夏至、春秋分、冬至時的方位及高度角,探究東晒及西晒的實際情況及減光板減光效果。最後,我們利用輪軸動力傳送方式,研發出美觀又實用的自動旋轉減光裝置,第一代:能以紅外線遙控器控製偏光片旋轉;第二代:根據太陽在夏至、春秋分、冬至的日晒情形設定電子定時器,每日自動減光。第三代:利用動力機器人的光感應器及NXT軟體設計出全自動光感應減光機。

翩翩起舞-間隔排法的探討

有5對男女舞者穿著5種不同顏色的舞衣(男舞者舞衣顏色各異,女舞者舞衣亦然),圍成內、外兩圈跳舞。每當他們跳完一小節後,內圈的舞者會以順時針方向移動一個位置來交換舞伴,現在如果女生排在內圈(如圖一),那麼外圈的男生該怎麼排,才能使得排定跳舞位置時,以及每次交換舞伴後,恰好都只有1對男女舞者穿著同顏色的舞衣。我們探討3對、5對、7對、……15對男女舞者的跳舞位置,觀察這些位置的排法,找到一種有規律的排列方式,將它稱為間隔排法,間隔排法中的間隔數以n表示,後來利用間隔排法排出m對男女舞者的跳舞位置,並說明間隔排法的適用性,最後歸納得到:當(m、n)=1且(m、n-1)=1時,就可利用間隔排法排出符合條件的跳舞位置。

Johnny the Random Walker-振動平面上的顆粒運動

顆粒在受垂直振動時有擴散、對流的現象,其中對流的情況較難觀察,但表面的擴散可用影像擷取分析系統來測量。本實驗利用喇叭作為顆粒振動的能量來源,將顆粒放入扁平的壓克力圓盒,再用攝影機、ImageJ作為影像分析系統。同時透過顆粒數目與Γ值(振動台最大加速度與重力加速度的比值)兩種變因,分析兩變因對於擴散係數、平均自由徑及平均自由時間、速率分布的影響,探討顆粒在近似於平面上的運動行為。

磁性樹脂來連矽-磁性離子交換樹脂之探討

本實驗中的氧化鐵(Fe3O4)先以水玻璃(矽酸鈉)包覆在其表面,可避免其在受到酸鹼的腐蝕,由於表面帶電的影響,在pH值為7時,SiO2在Fe3O4表面膠結的效果最好,包覆過SiO2的Fe3O4可穩定與離子交換樹脂結合,使離子交換樹脂具有磁性,經外加磁場將之與廢液更有效的分離,磁性陽離子交換樹脂對溶液中的Cu2+、Zn2+、Cr3+,進行吸附時,發現在pH值5至7時,對上述陽離子有很好的吸附效果;當溫度及磁性陽離子交換樹脂質量增加,也可增加吸附的效果,三種金屬離子的吸附效果則是Cr3+>Cu2+>Zn2+。磁性陰離子交換樹脂對溶液中的甲基藍及甲基橙進行吸附時,在pH值6至7時,對上述陰離子染劑有不錯的吸附效果,溫度及磁性陰離子交換樹脂質量增加,也可增加吸附的效果,兩種陰離子染劑的吸附效果則是甲基橙>甲基藍。

萬縷牽(千)絲

我們主要是在研究絲與水之間的相互關係,我們分別觀察蠶絲、蜘蛛絲對水的附著情況,並比較兩者之間的蒸散速率,我們發現兩絲分別測量時,蜘蛛絲上所附著的水珠較多並也較大顆;而蠶絲則較小且較少,蜘蛛絲上水珠的蒸散速率較蠶絲慢。之後我們再將蠶絲、蜘蛛絲放置在一起做水的蒸散實驗,並比較放在一起測量時的附著位置、水珠的大小、蒸散的速率和分開做實驗有什麼區別,我們發現蠶絲和蜘蛛絲放在一起時,附著在兩絲上的水滴都較易被蠶絲給吸附去,但蜘蛛絲上水珠的蒸散速率較蠶絲來的慢,如果不只有附著力對其在作用,那又有甚麼原因會導致如此的現象呢?我們發現蜘蛛絲對水的附著力比蠶絲來的大,但絲的附著力對水的的影響有一定的作用範圍。

彩虹分身了-Supernumerary Rainbows

我們先利用灑水方式尋找自然界不易觀察到的現象-複虹(SupernumeraryRainbows)。當確定複虹真的存在後,再利用雷射光束射入小水滴,從屏幕上的亮紋來研究複虹的成因,並且進一步探討於複虹干涉條紋與水滴大小關係。我們利用不同折射率的液體驗證虹出現的位置,並且利用此方法反過來測量不同濃度液體的折射率。再以Excel模擬光線於水滴折射、反射的情形,並從模擬數據及圖形中發現複虹條紋產生的原因。最後以自行拉製的細玻璃棒,再次驗證我們的理論,並在實驗室中嘗試尋找太陽光中的複虹。

追「沙」-北海岸黑金再探秘

延伸去年的研究,針對新北市從西到東沿海12個地點進行研究。採用改裝瘦身震動帶的自製簡易分層篩沙器測得石門沙子平均粒徑最大,挖子尾最小。大園潮差最大但粒徑並非最小,因此沙子粒徑與潮差無負相關。沙子都含石英砂,而白沙灣的貝殼、珊瑚含量高,挖子尾則無。沙子密度與磁鐵沙含量並非完全一致,黑色的物質為磁鐵沙且純度低因密度都小於5.17g/cm³。模擬海岸坡度越大,不論粗或細沙在哪一種地形,沙子往外海移動距離越遠。模擬富貴角海岸以緩坡模擬浪從東北方來時,岬面上沒有沙,細沙往北及東南沿岸(老梅)移動;來自西北方的浪會使磁鐵沙堆積在左邊(白沙灣)。老梅磁鐵沙最多,因為有發源於竹子山的老梅溪及富貴角因東北季風作用漂移雙重影響。

瓜果為具有多種生物活性的天然保健聖品

因應天然美白及抗氧化成份日漸受人們喜愛,本研究針對國產瓜果類的水萃取物,進行生物功能性之探討,包括抗氧化特性、美白效果等,並對其抑菌效果加以試驗,期望能找到純天然、全方位的保健聖品。首先,本研究證實瓜果萃取物都具有高量的總抗氧化活性,也都能有效的抑制鐵釘生鏽。我們再分析這些瓜果萃取物的美白效果,以青梅抑制酪胺酸酶的能力最佳,其次是番茄,我們又證實醃漬梅、香瓜皮與甜椒的萃取液也有明顯的美白效果。有趣的發現,香瓜皮、甜椒、梅子和番茄都能抑制大腸桿菌(E.coli)的生長。由本研究結果可知,香瓜、甜椒、蕃茄與梅子皆為人所喜愛的食物具有良好的抗氧化能力,對於皮膚保健與美白、抑菌也有效果,經常食用,將會是一項既便宜、實用、又討人喜愛的健康食物。

岸址「丁」攔

歷經921地震後,土石已明顯造成鬆動;在平原地區,高水位的暴雨(如莫拉克八八風災)使得岸邊的房子因地基流失而倒臥在河道中;若在山區,也常夾帶著巨型枯木或大型結構物(橋梁、巨石…等)堆積在堤岸邊,這與我們實驗條件(丁壩)相當酷似,值得我們去探討之。經由老師的介紹,加上書本及網路豐富的資訊,令我們更有興趣去了解防砂壩及丁壩的主要功能,係讓高水位河水不直接衝擊堤岸(改變水流方向流向河道中心),有保護堤岸和基腳不被損毀、減緩流速形成淤積土砂、使得淺灘有著生態活絡之作用。所以,我們設計實驗來探討河水流量、淤砂面積及防洪構造物開口大小對河川的微擾關係。

海中珍寶-九孔與鮑魚

這群住在「樓仔厝」的嬌貴九孔、鮑魚到底有什麼神秘的力量呢?我們從參訪、實驗、觀察、紀錄發現以下的結論:一、九孔、鮑魚在分類學上相同,兩者最大的不同在於外殼上洞的數量。在體型上九孔的size小於鮑魚。九孔的外殼是平紋,鮑魚的外殼是粗紋。二、目前九孔、鮑魚的養殖環境是以陸上平面式及室內立體式養殖為主,養殖種類以台灣鮑為主,種類主要有兩種,一是珍珠九孔;另一是翡翠九孔,除了九孔養殖外,養殖戶也引進黑盤鮑養殖。三、從實驗九孔與鮑魚的活動情形及覓食狀況得知,九孔的活動力在翻轉、爬行、覓食中都優於鮑魚,喜歡吃的食物是龍鬚菜。