全國中小學科展

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臺灣

大展鴻圖

國小五年級數學曾經介紹過正方體的展開圖,對國小學生而言,想要將三維空間的立體形體轉換為二維的平面圖形是較為困難的。本研究採用「玩數學」的理念為出發,讓學生透過有趣的、具體的實物操作,找出可組成正方體的平面圖形,並從中觀察與歸納出可組成正方體展開圖的規則。

底泥出清-阿基米德螺旋汲水器在水庫清淤上的運用

為探討阿基米德螺旋汲水器汲取淤泥的效果,我們設計出四組長為50 公分的螺旋,分別以螺旋內外半徑比、葉片數、裝置傾角、泥水比例和轉速為操縱變因,進行實驗。 實驗結果顯示,螺旋內外半徑比以 1/2 的汲泥效果最佳;葉片數以三葉片螺旋的效能較高;汲水裝置傾角則是傾角愈大汲取量愈少;泥水比例以泥水比為 2:1 的汲取量高於泥水比 1:1 的;轉速以120 rpm的汲取量優於60 rpm,且能突破傾角 40° 無法汲起淤泥的限制。 實驗中亦發現,只要水位高過螺旋前端的第一個腔室,即可順利汲取泥水;以汲泥效果最佳的數據估算,每24小時可汲起8公噸左右的淤泥。若利用本實驗成果進一步研發,有望成為在水庫積淤區域進行抽淤的利器。

玩美教室-綠濾植物好療癒

學校附近有煉油廠的大煙囪,隨風飄來的PM2.5是健康隱憂,所以我們自製主動抽氣式綠牆,以了解室內栽種綠色植物是否有助於改善教室空氣品質。研究後得到的重點有: 一、利用滯塵力佳的五種室內植物及廢棄課桌,自製主動抽氣式綠牆,既環保又能美化教室。 二、相較於密閉空間的PM2.5自然沉降,在主動抽氣式綠牆中放置非洲菫、嫣紅蔓、波士頓腎蕨時,能更快降低教室中的PM2.5濃度。 三、加快風速能讓主動抽氣式綠牆中的波士頓腎蕨有較好的吸附PM2.5效果,提高光照和使用霧化器加溼葉面的影響則不顯著。 四、在主動抽氣式綠牆中放置波士頓腎蕨,在4小時,風速2.8m/s,光照1840Lux,並使用霧化器適時加溼葉面的條件下,跟緊閉門窗後讓PM2.5自然沉降相比,PM2.5下降率可增加32%。

空汙報你知-守護你我檢測燈塔

我們的學校兩旁是農田且附近有大型化學肥料工廠,有時空氣品質不佳,可是空氣品質的旗幟卻是插著綠色良好的標誌,不禁讓我們懷疑它的準確性及即時性。在市售的空氣盒子中,都是小型而且數據無法即時觀看,也沒有明顯燈號顯示,不適合學校單位使用,因此我們想做出既美觀又可以隨時知道空氣品質的測定器。 作品利用3D繪圖軟體自行設計,繪製亮麗吸睛的外型再加上每分鐘測定一次,準確性遠超過空氣品質旗幟,再加入溫溼度感測器並將數據上傳至物聯網,並可以顯示「符合行政院環保署空氣品質指標(AQI)與健康影響之狀態色塊」(表1)的LED燈示及語音廣播,讓大家都能了解當時的空氣品質及時提醒及防護,以維護師生和民眾的健康。

別「碳」氣!讓稻穀「銀」你變「醇」!──奈米光觸媒還原CO2為CH3OH與C2H5OH

本研究將洗淨後的廢棄稻殼,以溫度600℃、時間4小時,鍛燒成SiO2,固定SiO2 1g並加入AgNO3,以Ag作為電子載體,製備Ag/SiO2奈米光觸媒。將定量觸媒加入已通1 小時CO2的NaOH(aq)中,以紫外光照射進行半導體光催化反應。以AgNO3的重量百分濃度為變因,發現重量百分濃度10wt%之光觸媒將CO2轉化為CH3OH及C2H5OH的效果比其他比例之觸媒的效果佳,故對其進行研究與改良。因此,將已合成之10wt%光觸媒分別以時間與溫度為變因,鍛燒為Ag/Ag2O/SiO2奈米光觸媒,分析討論其產生CH3OH和C2H5OH的效果,並與未鍛燒的觸媒進行比較。

水與空氣的相撲大賽-旋轉彎管對水面升降的影響

本研究是從改良虹吸管實驗將水引出的使用習慣出發,進一步探討旋轉彎管對管內水面升降的影響。 首先在研究1和2中發現在空氣中旋轉管子後,管內水面上升,旋轉愈快及旋轉半徑愈大,水面上升愈高。在研究過程中,意外發現管內水面有時不升反降。因而設計研究3,直接將管子上下顛倒,改由在水中旋轉,管子轉愈快及旋轉半徑大,管內水面下降愈大,且變化幅度比研究2明顯。甚至可將空氣引入水中,增加水中含氧量達18%。 最後研究4中發現傾斜彎管其傾斜角度愈大、彎管鉛垂向下且出水口端低於水面時,當旋轉後,最能啟動虹吸管減少抽水時間,外管愈長抽水愈快。值得一提的是彎管並非在旋轉半徑大時抽水最佳,此與前三個研究結論顯然不同。

「管 淨 」自然涼 --- 隔熱隔音簾的設計

為解決教室拉窗簾而變昏暗的問題。我們運用透明吸管製作管簾,透過煙霧、光照及共鳴音量測試,尋找最有效隔音、隔熱及透光的管簾設計。實驗結果:1.管徑越小,對流越快。2.管簾太長,對流會變慢,最佳管長是120cm。3.受熱位置越低對流越快。4.吸管材質吸熱量太大時,會造成室內溫度升高,須增設屋內地板進氣孔及室內屋頂管簾排氣孔,促進室內排熱。5.入射角0度時管簾噪音隔絕效果最好,但吸管會產生共振。6.建議吸管內塗上深色油漆或貼布簾,可提高吸管上下溫差又可吸震。7.管簾連接處及裝設位置都需加橡膠等彈性材料介面,降低管簾對噪音的共振現象。未來可應用在改良玻璃帷幕大樓成為「透光通風降噪」的環保綠建築。

紅色警戒--應用紅外線製作自動洗手、警戒及遙控系統--

我們利用紅外線發射器、接收器及其它電子零件來製作反射式感測系統及遮斷式警戒系統。也利用紅外線來製作感應式自動洗手裝置。紅外線會受到光線干擾,在太陽光線太強的地方紅外線會失效。於是,我們利用紅外線特定頻率38KHz及固定編碼方式來製作遮斷式警戒系統,大大降低光線干擾。在研究紅外線的過程中,我們利用紅外線發射器及Arduino發射38KHz的頻率,成功的利用平常使用的紅外線遙控器來控制家電用品。紅外線無時無刻存在於我們的生活中,我們將持續研究紅外線,享受紅外線帶來生活上的便利與舒適性。

歪一點比較安全

現今東南亞地區機車是不可缺少的交通工具之一,可是交通事故卻層出不窮,且發生事故的時間點大約在傍晚或視線昏暗的時段較為頻繁,其中以機車類型的交通事故居多,所以本次專題主要針對機車在道路上視線照明欠缺問題,並設計一款能提供給駕駛者更便利的照明安全系統,同時又能加裝於現今舊有車輛上,其功能為當啟動機車時,頭燈能自動開啟日行燈或大燈,依照不同天色頭燈能自動感測開啟,同時頭燈能自動感測對向來車時能切換大燈投射角度,也能輔助機車駕駛當過彎道時頭燈能自動修正頭燈照射角度。 本次專題為能了提升機車行車安全的操作性能,讓頭燈照射系統由系統全自動感測判斷,也能對應未來電動機車的節能系統帶來一小步的邁進。

1atm-大氣壓力相關性探討

可以由生活中的經驗發現:儘管在同一水平高度,氣壓均勻與否(相關性)的現象仍足以巨觀的影響著液氣交界面的平衡狀態。在此研究中,首先提出了數學模型推導平衡時的條件、並以裝有液體的倒立有孔容器之實驗來相互印證,檢視本篇研究中理論假設的正確性------氣壓的相關性直接影響了開孔的幾何圖形(開孔個數,大小,和形狀)。且在大小形狀皆異的開孔圖形中,我們發現「代表長度D」可以描述各圖形所覆蓋範圍的相關性。