全國中小學科展

臺灣

離岸生態浮台的追日系統研究

全世界為對抗氣候變遷,努力發展再生能源;臺灣寸土寸金,實在不利於佔用大量土地的太陽能農場開發!我們以phyphox App軟體之GPS及不含重力之加速度,比較出有無定錨下,浮板塊漂移的穩定度外,也設計出依太陽的東昇西落之不同光照仰角,讓程式驅動水平軸及垂直軸伺服馬達轉動的雙軸追日系統,並成功的設計四季東昇西落定點軌道裝置,可比較出有雙軸追日的發電總功率為無追日的夏至達1.4252倍、春秋分1.3619倍、冬至1.2654 倍。 最後,我們引用澎湖魚滬的概念,創新設計縮小版的生態浮台,希望能模擬整合西部離岸的漂浮太陽能發電與農漁業生態或觀光產業,綠能、發展經濟又能兼顧環境教育,豈不美哉!

居家安"醛"

自製光度計作為溶液濃度大小檢量的工具效果媲美分光光度計。手機色彩APP以色碼值換算出歐式距離,找出其與濃度的關係,可作為簡易判斷濃度範圍的工具。 找出室內空汙游離甲醛的源頭,建議祭祀減香,非水性指甲油減少使用,水性乳膠漆使用較油性漆好。 將蝦殼再製成幾丁聚醣,將菜葉果皮製成環保酵素,兩者皆證實可捕捉游離甲醛,一次達成廢棄物回收再利用和捕捉甲醛二大目的。 小蘇打、幾丁聚醣、茶渣及蘋果酵素等可消除溶液中甲醛。 幾丁聚醣、蘋果酵素、蔬菜酵素、橘子酵素分別與乳膠漆混合,塗抺在牆面上,可捕捉游離甲醛;或將上述物質與輕質土混合可捕捉游離甲醛兼當裝飾品。幾丁聚醣凝膠製成濾網搭配自製空氣濾清箱可有效使室內游離甲醛濃度降低。

截柱錐體

此研究探討在正角柱及正角錐上一刀斬後分割成二部份而形成截面時,觀察其所形成的截面變化,並利用Geogebra、Desmos等電腦軟體模擬繪製,藉此來計算正角柱及正角錐分割成的截面周長與面積,進而推導出其公式及觀察截面大小之變化,以及其與側稜線長的關係。

LET 魚 GO—探討河岸墩式碼頭基樁設計,以減少死魚堆積問題

當地夏天的河岸碼頭常堆積了很多死魚,造成環境很大的惡臭問題。我們實地探勘和查考資料後,製造模型進行微型實驗,模擬了不同季節的風向、風速和浪的大小,以及墩式碼頭基樁不同的形狀對於死魚堆積的影響。 我們用 1/200的比例尺依照實境設計了模型河道,然後設計不同形狀的碼頭基樁模型。微型實驗中發現,矽膠小魚堆積與水流侵蝕和泥沙堆積有密切切關係,而碼頭基樁的截面形狀是「水滴流線型」或「雙尖流線型」,水流侵蝕效果最好,能有效減少65%的矽膠小魚堆積率。此外,採用被動式的雨水沖刷設計,把圓柱體後方的負壓區改成正壓區,也能有效減少22的矽膠小魚堆積率。我們的設計不僅符合環保,而且還能節省成本,能有效解決河岸碼頭死魚堆積的問題。

探討光刻機鏡面陣列對於效能提升之潛力

為突破摩爾定律限制,提升光刻機效能成為晶片製造領域的重要課題。本研究旨在利用「鏡面陣列」降低光強度散失以提升光刻機效能。實驗中以光譜儀測量光源經凹面鏡及平面鏡反射後的光強度和光點面積,並將數據標準化。結果顯示平面鏡光強度隨數量增加線性下降,凹面鏡則為指數下降,且光強度散失自第六面面鏡始小於平面鏡。在包含平面鏡與凹面鏡的陣列實驗中,先以七面平面鏡搭配一面凹面鏡,測量不同位置的光強度,選出最佳組合,再逐步以凹面鏡替換平面鏡。結果顯示光強度最強的組合為「平平平平平凹凹凹」,因此並非使用越多凹面鏡就能提高效能。未來研究可從最佳組合出發,改變塗層材料、鏡面面積和曲率等變因,進一步提升光刻機效能。

「流」「擺」能生—探究穩定水流中單擺組合擺盪機制與發電應用評估

探究水流中單擺擺盪變因的影響,確認擺盪的物理機制,用於發電裝置優化調控。單擺實驗以動能轉換參數f*X評估效能高低,於實驗中發現阻礙物兩側流速差造成偏移力並產生渦流,若渦流結構完整,說明流速差大,偏移力大。擺長越長,渦流頻率(f)降低且擺幅增大;擺錘直徑增加使f降低、擺幅及渦流直徑增大。流速10cm/s下,最優單擺-擺錘直徑5cm、擺長20.5cm、33.7g。加阻流柱(擺)可降低f增加擺幅;水流速與共振擺長有量化關係。擺盪發電組的圓筒密度接近水時有較佳的發電效益,於不同流速下,改變擺長可調控發電組之震盪頻率使之共振,增加擋板可增加發電組擺幅使發電效能提升。

光「纖」亮麗-探討光纖導光性質及照明應用

本實驗主要探討光纖性質及其生活應用。首先,本組測量所使用的光纖規格,接著改變不同變因,以測量損耗值來推斷光如何在光纖中傳輸。實驗後發現光纖越長,因吸收及微彎損耗,損耗值越大,而光纖彎曲角度越大、半徑越小、次數越多皆會因巨觀彎曲而造成損耗值增加;光纖上彎曲位置則是因全內反射、入射角度等造成越靠近入光處彎曲,損耗值越大;溫度對損耗值沒有太大的影響;波長越大則損耗值越大;而入射角度大於最大可接受角10°後,損耗值隨入射角度增加而增加。本組也將光纖用於製作一些照明裝置。一、用集光裝置來聚集光線,並用光纖將陽光導進室內來達到最小閱讀照明亮度的照明系統,二、只使用纖芯以用來製作安全照明裝置和條狀強光照明。

鳩佔鵲巢巧護食-有限相連環狀排列之探討

本研究旨在探討科學研習月刊62-2期中「鳩佔鵲巢」的問題。首先小斑鳩編號是0,喜鵲編號1、2、3、4、5,沿著圓周排列,探討餵食的順序為選第一隻編號k喜鵲餵食,下一隻被餵食的鳥是由這隻鳥開始,順時針接著沿著圓周數的第k隻鳥。接著編號r喜鵲,再由這隻鳥開始沿著圓周數的第r隻鳥,以此類推。但若餵到編號0斑鳩,會將食物吃光。探討喜鵲n隻,當食物n份、無限多份時,以及當餵食順序為順時針、逆時針交替時,所有喜鵲都吃到食物,其「位置排序」和小鳥數量之間的數學關係。並延伸討論(1)當斑鳩二隻位置相鄰時,(2)當喜鵲吃完一份食物後即飛走時。食物n份、所有喜鵲都吃到食物,其「位置排序」和小鳥數量之間的數學關係。

候鳥的選擇-埤塘生態對鳥類多樣性與動態分布的影響

本研究觀察桃園蘆竹區6個不同生態埤塘鳥類分布,研究時間2023年9月29日至2024年5月30日,用 相機拍照紀錄鳥類數量共觀察31次,研究結果:6個埤塘觀察到鳥次,28科70種鳥類31571鳥次;2-18生態埤塘比2-1-1休閒埤塘,多13科、29種、8655鳥次,辛普森生物多樣性高0.26、2-18埤塘鷺科、雁鴨科為主,2-1-1埤塘燕科為主。2-18埤塘多樣性棲地,提供鷺科、雁鴨科、秧雞科、鷸科、鴴科鳥類最佳棲地,共發現44種鳥種,辛普森生物多樣性0.93,門辛尼克豐富度1.29最佳。5個農業生態埤塘2-18埤塘鳥類數量最多。2-19、2-20埤塘候鳥數量最多,鄰近生態埤鳥類族群有遷移現象,埤塘水位高低與鄰近農田耕作會影響鳥類遷徙活動,潛鴨相當具有特色,可提供環境教育與觀光場所。

法網恢恢,疏而不漏-不同編織方法對網狀物恢復係數之影響

本研究為解決儲氫瓶存放安全問題,利用測試儲氫瓶編織層的各項變因,來獲取最佳參數,使之安全性得以提升。實驗由編織材質、編織張力、編織密度、編織方式四方面切入進行探討,並於最後將二維的編織物推向三維的儲氫瓶進行模擬實驗。此外,為了提升實驗的精準度,降低實驗誤差,在實驗中使用Arduino系列感測器進行實驗。實驗結果得出在高編織張力、保留空隙的高編織密度,以及低編織角度的設定下,編織面的恢復係數及剛度較高,此時儲氫瓶也最為安全。