全國中小學科展

臺灣

熱與磁的雙重試煉:探討不同鐵磁流體的導熱效果

本探究從遊戲電影與日常生活中得到許多的啟發。最主要在探討製作出導熱與散熱效果最好的鐵磁流體,我分別應用不同的材料做出差異。首先找出最適合的鐵粉來製作,做出第一代鐵磁流體,再調整比例,接者挑選基載液體,再嘗試放入表面活性劑,最後是洗潔鐵磁流體的液體。經實驗發現以鐵粉為四氧化三鐵,表面活性劑為大豆卵磷脂,基載液體為煤油,以及洗潔鐵磁流體的液體為酒精所做的流動效果為最佳。我自製了一台簡易測量裝置,以此更加便利於測量鐵磁流體的最高長度和影響鐵磁流體的最高距離。而後為確認最終各項鐵磁流體的傳導效果,我製作了簡便小裝置計算冰塊融化的時間,以此分辨出最佳的鐵磁流體。最後的成果也證明出了鐵磁流體獨特的性質。

雙翅目昆蟲背部朝光反應(DLR,dorsal-light response)應用於捕蚊燈設計之研究

本研究探討雙翅目昆蟲(蚊⼦)對光源的「背部朝光反應」(DLR,dorsal-light response)在捕蚊燈設計的應用。根據2024年Fabian等⼈研究,昆蟲依賴光源調整飛行姿態,若光源位於下⽅,昆蟲可能翻轉墜落。因此本研究嘗試調整光源與電網相對位置,藉以了解捕蚊效率差異。更製作同時具垂直與水平網的雙電網捕蚊燈與僅有垂直網的單電網捕蚊燈進行⽐較。 研究結果顯示,垂直網與水平網的捕捉數量比例為2.57:1。⽽加裝水平網的雙電網捕蚊燈平均收集量為0.338克,單電網捕蚊燈為0.115克,重量比為2.94:1。本研究僅透過優化光源與電網的排列方式,即可提高捕蚊效率,可直接應用於病媒蚊控制。

「仙」「鮮」御守~澎湖常見仙人掌果實保鮮效益之探究

金武扇仙人掌果實為何能常保新鮮?本研究以可食用塗層、果膠保鮮膜、檢驗果肉、果皮的保鮮效益,結論如下: 一、果實的細胞壁緊密與保水黏液,應是保鮮原因之一。 二、果汁:油-9:1塗層具最佳的保鮮效益,應與汁液中富含維生素A、C的抗氧化營養素有關。 三、果肉的果膠萃取率優於果皮;不同檸檬酸濃度的萃取量3M⇌2M>1M;萃取率優於香蕉皮、百香果殼。 四、果肉萃取的果膠製成保鮮膜,保鮮效益優於果皮,用檸檬酸濃度2M製成的保鮮膜,保鮮效益優於濃度1M;乙烯含量監測得知,透氣性優於市售保鮮膜 。 五、自製果膠保鮮膜的保鮮度優於可食用塗層,比單純室溫放置好。 六、仙人掌果皮與果肉確有保鮮的生物、化學特性,並有農產廢棄物再利用經濟效益。

探討太陽能板對環境的熱影響與其不同條件下之發電效率

本研究探討太陽能板對環境溫度的影響,希望找出能兼顧發電效率與降低熱影響之大樓頂太陽能板架設方式。我們測量太陽能板與水泥地不同時間的溫度,以瞭解在相同的光照環境,兩者的溫度差異,進而推知不同時期,兩者對環境釋放的熱輻射差異。另外,我們也發現太陽能板的背板溫度較高之因,主要是吸收下方水泥地的熱輻射與散熱不易導致,並進而發現,若單純只考慮太陽能板與其下方水泥地受彼此熱輻射加熱的影響因素,應在法規限制下盡可能架高太陽能板。為了解太陽照度與太陽能板溫度、發電效率之關係,我們分別在無風環境、受正面風、側面風以及背面風吹拂下進行測量,發現在背面風的吹拂下,太陽能板溫度會較低,發電效率較好。

拍音型駐波與雙聲源肯特管的印證

兩振幅相同,頻率非常接近的聲波,反方向進行干涉,所形成具有駐波與拍音雙重特性的合成波。我們稱之為「拍音型駐波」。我們使用三角函數的和差化積分析其數學性質,預測其行為,並使用程式模擬合成波波型。 為了觀察聲波,先進行普通肯特管的研究,對照文獻,了解保麗龍球的行為。最後擴充為雙聲源肯特管,使用MATLAB撰寫雙聲道聲波程式,準確控制2個聲源的音量、頻率與相位,頻率差可以達到0.01Hz,成功驗證拍音型駐波的性質,並發現其可在介質中有效推動粒子,具有潛在的工程學應用價值。

不要色色一探討活性炭吸附色素的原理

本研究探討各變因對活性炭吸附鐵氰化鉀與甲基藍能力的影響。我們以自製光度計取代價格昂貴的分光光度計進行實驗。實驗結果顯示:莫耳濃度愈高,透光度愈低;活性炭對甲基藍的吸附效果優於鐵氰化鉀,且吸附量隨濃度增加而提升;活性炭質量愈多,透光度亦愈高;溫度升高則會降低吸附能力。此外,應用活性炭吸附色素的原理製成色譜,並結合紮染技術染布,展現科學與美感融合成果。本研究以透光度與莫耳濃度的關係為分析依據,並探討兩物質的化學性質與吸附原理,期望為吸附應用提供實驗依據與啟發。

幾何圖形的創意設計與應用

對稱與密鋪圖形是數學美學的表現,廣泛應用於藝術與工程設計中,本研究利用 Python 語言及其套件,依據平面設計的法則,撰寫十七種平面對稱圖形的程式碼,程式碼可透過Replit 平台的雲端共享功能促進跨領域專業人士之間的合作與改良。此外,針對一般群眾本研究透過定義函數和變數開發出「幾何設計」專案讓使用者能夠透過座標設計,輕鬆原創出具有對稱性和密鋪性的幾何圖案。本研究在幾何教學、平面設計和 3D 建模等方面都展現了其應用和優勢。我們也收集了使用者測試的反饋和數據,並提供了將平面圖形轉換成 3D 模型的過程和示例。

從心開始-三角形的四心到各邊距離和

此研究討論三角形𝐴𝐵𝐶的外心、重心、垂心、內心到三邊之距離,並依銳角、直角及鈍角三角形,去比較各距離總和之大小關係及相互之間的關聯性。其主要結果為: 1.用外接圓半徑𝑅及∠𝐴,∠𝐵,∠𝐶表示各心到三邊之距離。 2.設外心、重心、垂心、內心到三邊之距離總和依序為𝑑1, 𝑑2, 𝑑3, 𝑑4 ,其大小關係為: (1)在銳角∆中,𝑑1 ≥ 𝑑2 ≥ 𝑑4 ≥ 𝑑3,僅當正∆ 時,等號成立。 (2)在直角∆中,𝑑1 > 𝑑2 > 𝑑4 > 𝑑3。 (3)在鈍角∆中,𝑑1 > 𝑑2 > 𝑑4 恆成立。𝑑3與𝑑1、𝑑2、𝑑4比較,並無絕對關係,但在等腰鈍角∆,我們給出其大小順序的臨界值。 (4)在鈍角∆中,若最大內角≥ 120° ,則𝑑3 > 𝑑1 > 𝑑2 > 𝑑4。 3.在銳角∆ 及直角∆ 中,等式𝑑2=2/3 𝑑1+1/3 𝑑3和 𝑑2+1/3 𝑑1-1/3 𝑑3-1/3 𝑑4 = 𝑅 恆成立。

斷羽重生-自製羽球的再生之旅

本研究探討如何利用學校的落葉、端午包粽子的粽葉、破損L夾等環保替代材料,延長羽球的使用壽命,進一步設計全國第一款再生羽球,並透過「風洞測試、飛行軌跡測試、耐受性測試」進行科學驗證。研究方法包括專家訪談、環保材料篩選、風洞設計、發射器設計、Tracker軟體操作、撞擊設計等。根據我們的研究結果顯示:「粽葉」為修補羽球的最佳素材,在飛行穩定性、飛行軌跡、撞擊次數測試上,都能與完整羽球有相抗衡之水準,粽葉應用於生活中作為修補材料,具有潛在優勢。

轉廢為能,防災造電

本研究共實驗11種金屬當電極片,電功率的效能最佳是鎂片和碳片,過程中發現電極片材質會影響電壓,而電解溶液種類、電極片間隔、面積和浸泡範圍,則會影響電流量,間隔越小或面積越大,電流值越高。木炭和鋁罐、鐵罐或鋁箔紙可以用來簡易造電,以鋁箔紙最佳,但實測卻電壓不足,推測是鱷魚夾太多的緣故。因此利用鋅片和銅片可焊接的特性、鎂片和碳片發電效能最佳,分別進行串並聯實驗,而金屬電極片有著體積小、不易變質、能長久保存的特性,特使用3D列印機印製電池外殼,多次改良,以鎳片代替電線,開發出串聯5個並聯4組的防災電池,實測手機充電,歷時457秒,共43毫安時(mAH) ,約有5%充電量,本研究已有實體成品,可以直接應用在生活中。