全國中小學科展

第52屆--民國101年

綠電池的化學推論

葉綠素為自然界中常見於光合作用生物體內之物質,在能源領域內也有不少的應用。本研究探討葉綠素作為普通化學電池之電解質、染料敏化太陽能電池之染料與新型葉綠素電池中自發物質時之化學反應,另外也探討葉綠素之濃度對於發電效能的影響。當葉綠素作為電解質之實驗中,將使用鋅銅電池組為對照組,改變陰極溶液及鹽橋為實驗組,分析數據圖並推測其運作原理。自發物質之實驗運用一裝置由兩片玻璃與兩片矽膠片組裝而成的電池,改變電解液與光照有無來探討葉綠素在該電池中是否有明顯的氧化還原作用,並推出化學反應式。染料方面使用二氧化鈦製作染料敏化太陽能電池,加入葉綠素作為染料。結果顯示葉綠素可自身氧化還原,而且葉綠素本身是弱電解質。

風言風語

我們希望找出風力發電機最好的器材,以求未來可以產生發電的效能。而本次實驗目標是先找出轉速最快的垂直軸葉片形式,所以多方嘗試了各種長、寬、高及不同材質的葉片,以求得轉速最快的風力發電機。

機器顫鼠的戰力

在網路上看到機器鼠的影片,我們覺得很有趣。因此我們決定自己動手製作會動的機器顫鼠。我們動手完成顫鼠的前、後腳及身體,使機器顫鼠成為不掛輪子卻能前進。中間,我們遇到各種問題。因為沒有解決策略,我們不斷觀察異象、察覺問題,完成時還會遇到功能性不完整的問題,讓我們在過程中必須尋找解決的策略以突破困境。我們得到結論:(1)重心愈往前,機器顫鼠到達終點的速度越快。(2)顫鼠後腳材質是菜瓜布最快,毛巾布料次之,橡皮最慢。(3)後腳底部貼120號或是320號砂紙時,前進速度最快。(4)旋轉臂的長度愈短時,前進速度越快。(5)前腳寶特瓶直徑7.7cm、8.8cm時,彈力大,則前進速度最快。(6)墊片愈多,旋轉臂甩動的力量愈大,離心力愈大,則前進速度越快。

風生水起-流體動能利用系統

本次科展主要是要研發一組三層式葉扇的風力發電裝置,設計三層式葉扇的目的,是希望能以互轉式系統來達到較高的發電效率。我們針對各種不同設計的葉扇,以不同的角度分別控制電風扇及裝置之間的距離以0.5m/s~5.0m/s的風速下,測量出三層葉扇最佳的轉速。在發電裝置部份,我們對於法拉第電磁感應定律ε=NBAωsinωt中的N、B、A都加強,進而自製了發電裝置並且結合了三層式葉扇以及自製的發電裝置,來達到發電最高的效率。第一層葉扇是以第四組(27:32:22)的10°轉速最佳,在第四組葉扇後面是以第二組(34.5:32:18.5)的40°轉速最佳,而在第二組葉扇後面又以第六組(22:32:27)的30°為最佳,因此以這三組葉扇作為我們第三代的三層式葉扇。未來可推廣到各個家庭使用。

綠色小尖兵

海口溝水筆仔結圓錐果實,果實的種子會長出胎生苗,平均一星期長約0.93~1.04公分,七個月約25~28.6公分,成熟脫落插入軟泥中生根長葉,成功插入的機率滿潮前為12%~24%,退潮後為42%~70%,土質越軟插中角度為90度的比率為57%~80%,插入深度平均為1.2~2.6公分。筆狀胎生苗會有往上翹、彎曲生長的情形;也發現果實長出二根雙胞胎生苗,生長速度較慢,左右的長度不同。海口溝的海水及地下水對水的比重接近1,移植水筆仔種在花圃中及有機土中,澆地下水會存活,以種植在有機土裡生長得最好。水筆仔以枯黃老葉排鹽,以三用電表、電池燈泡組測試枯黃老葉的水溶液會導電;以黑布沾溼水溶液,晒乾後有白色鹽漬殘留。未完全成熟的胎生苗傾斜插入土中會生根長葉,最後會因向陽性會漸長成90度。

超級比一比-多種形狀面積比例分配的研究

由學到的三角形全等、等積變換、相似多邊形、比例及二次函數等觀念,與未接觸過的三角函數及Σ的概念,利用逐步推導的方式探索由正多邊形到任意多邊形,當每邊以相同比例取分點時,依序連接各分點所形成的新多邊形與原多邊形是否相似,是否可並找出面積比值的公式及範圍;當每邊以不同比例取分點時,依序連接各分點所形成的新多邊形與原多邊形面積比值是否有公式及範圍。過程中透過Microsoft Excel及GSP繪圖軟體的運算分析來互相驗證結果。

金黃奈米銀性質探討及在纖維製作的應用

聚丙烯酸(PAA)是尿布中吸水成份,我們發現其—COOH能螯合水中Ag+,並在不添加其他還原劑的狀況下,成功地以照光或加熱方式製備出PAA-奈米銀粉末,而加熱方式僅需花費數十分鐘便能製得粒徑小且均一的奈米銀,大幅度縮短製程時間,深具環保與實用價值。製得PAA-奈米銀屬於固相粉末,我們發現0.1MNaOH(aq)及有機胺能有效將其溶解,而且有機胺溶解效果比NaOH(aq)更好。奈米銀溶液穩定性探討發現添加強電解質會造成奈米銀表面的電荷被減少,造成奈米銀粒子聚集,但添加非電解質醣類卻因其結構中具有-OH官能基及醛基能有效保護奈米銀,增加奈米銀溶液的穩定性。應用PAA-奈米銀溶液於抗菌纖維的製作,發現以添加方式將0.1MNaOH(aq)/PAA-奈米銀溶液加入於反應原料中製作耐綸纖維的方式最為合適。

沒齒難忘的乳香~乳飲品對牙齒的影響

乳飲品和牙齒是朋友?還是敵人?爸媽叫我們常喝鮮奶,牙醫要我們保健牙齒,到底乳飲品對牙齒有何影響?我們決定做科展研究。研究發現:一、豬牙與人牙構造相同、硬度相近;二、乳飲品pH值會隨甜度變化減少而降低;三、在越酸的乳飲品中浸泡,牙齒重量減輕越多(後牙重量變化較大)、刻痕越深(前後牙的刻痕變化相近)、乳飲品pH值比pH值變化重要;四、氟膠保護時效最長,牙膏次之,清水沒有;五、乳飲品提供細菌生長的糖分,使細菌快速增加。研究得知:一、要避免選擇pH值低或甜度高的乳飲品,因腐蝕性較強;二、後牙的清潔比前牙更要注意;三、預防蛀牙要每天用含氟牙膏刷牙、定期塗氟膠;四、喝完乳飲品最好3分鐘內清潔牙齒。

翻滾吧!蓮霧

本研究以蓮霧為題材,探討非均質圓錐形浮體(蓮霧)的平衡與穩定。結果發現,蓮霧浮在水面上具有雙浮態,分別是直立式浮態(鈍端朝上)與橫臥式浮態。並透過自製蓮霧模型發現此類浮體的浮態與重心位置高低有關,重心越低則會產生直立式浮態。實驗選用蓮霧為非均質圓錐體,重心位置經測量為5/12h,較一般均質圓錐體1/4h高,且浮於水面時因重心低於浮心,使二種浮態呈現穩定平衡。並透過實驗證明直立式浮態穩定性較橫臥式浮態高。並進一步研究蓮霧在水面下的翻轉。最終浮態受到入水方式、初速大小的影響,並與第一次落下最低點時蓮霧是否呈現穩定平衡有關。初速大的落水,蓮霧最終浮態多為橫臥式;而初速小的落水,最終浮態則傾向較穩定的直立式。

絲瓜葉的花外蜜腺與黑棘蟻之觀察研究

升上五年級後,有一天,剛好在教育農園作生態觀察,發現螞蟻停在絲瓜葉上,一動也不動,停留的時間相當的久。我們幾位同學報告老師,老師說:「這是值得研究的一個課題!」我們透過網路資料,得知「植物不是只有花朵會分泌蜜汁」。植物除了花朵會分泌蜜汁外,其他部位也有可能會分泌蜜汁,原因在於植物的蜜腺。蜜腺是一種外分泌組織腺體,根據生長的位置不同,可分為花內蜜腺和花外蜜腺兩類。我們種植絲瓜,仔細的觀察絲瓜的成長與螞蟻之間有什麼有趣的情形發生。我們以絲瓜的花外蜜腺為研究對象,觀察蜜腺的外型及結構、探討蜜腺的有無與環境因素對螞蟻之間的影響關係。