全國中小學科展

臺灣

墨墨在舞動~探討以酒精驅動墨滴鋪展的物理現象

本研究是探究以大豆沙拉油為基底相的開放系統中,酒精驅動書法墨滴鋪展的物理現象。透過鋪展面積倍率分析,發現以墨滴當鋪展相比其他顏料更適合,乙醇驅動墨滴鋪展的效果優於甲醇、丙醇及丁醇。基底相的高度會影響墨滴的鋪展倍率及鋪展現象的可重複性。0.054公克的墨滴在油高0.54cm,鋪展倍率最大,聚合效果最好。若油高超過墨滴的理論直徑時,控制墨滴重量在0.031公克,可使2公分高度落下的墨滴以花瓶狀懸掛在油面。驅動液酒精濃度越高,面積鋪展的倍率越明顯;可用酒精調整墨滴表面張力,使墨滴以碗狀懸掛油面,再以酒精驅動鋪展,若酒精墨水表面張力低於31.1mN/m以下,可產生自發性的鋪展現象。上述液體系統可設計成用來認識物理現象科學玩具。

智能手語學習輔助遊戲

本研究透過擷取手勢關鍵點和臉部座標,開發了自動辨識手語程式。在持續的改良下,平均辨識率從68%進步至85.2%。以此基礎延伸發展,我們將”手語的意義、動作與情境故事性”互相結合,設計了三種類型的手語學習輔助遊戲("單詞情境遊戲"、"相對字詞比較遊戲"、"相似手勢比較遊戲")。80%以上的使用者認為我們研究的智能手語學習輔助遊戲,能輔助學生學習臺灣手語本土語言課程,能提高手語學習的動機與成效。 另外,我們也設計了”自動化生成程式 ”,讓有教學需求的老師或是自學需求的學生,可以針對需要練習的手語,快速地自動化設計出手語遊戲。讓手語學習者可自主複習手語動作;教育者也能夠適時輔導部分個案提升個案手語動作的精確度。

魔戒三部曲~以物理模型和tracker分析翻轉落體的運動模式

鏈與環魔術簡稱為魔戒,本研究將魔術tricks藉物理模型與tracker軟體分析,化成探討翻轉落體運動物理模式。發展四種物理模型進行實驗、攝影與截圖、tracker分析其S-t、v-t圖和相關物理量,解釋環套鏈成因。包括:1.環套鏈物理模式分為翻面落體期、立環直落期、翻鏈套環期與鏈環彈跳期等階段;2.翻鏈套環期決定環能否套入鏈;3.環套入鏈變因與影響程度為:鏈單位長度重量>環質量>鏈長度>環直徑;4.鏈愈輕、環愈重、環直徑愈大時,環可套入鏈長範圍愈大;5.鏈愈長,第二階段立環直落期時間也愈長,其他階段幾乎相同;6.環重遠大於鏈重時,鏈長會糾纏成多個套結,鏈短則形成半個套結;7.經鐵環兩點雙track過程,得知環翻轉運動軌跡。亦發現,一節節鏈設計亦為環能套入鏈成因之一。

居家隔離排風方式研究-以負壓隔離病房為範本

本研究以負壓隔離病房為範本,針對居家隔離排風方式進行研究,探討風速、送風口面積、模型長度與長寬比,對負壓差值和風量比的影響。相較於其他研究,本研究以一般房間作為實驗對象,並以每邊縮小十倍的房間模型來進行實驗,再將實際測試數值和理論數值進行比對。結果發現:排風扇風速與負壓差值呈正相關;送風口面積和空間體積與負壓差值呈負相關;排風扇與送風口面積比值為1~ 2之間時,風量比最接近理論數值。回推實際情況後可知:在2.46坪的套房留下 303 ~ 606 cm2的送風口,安裝風速 4.73 ~ 14.33m/s 的排風扇,可達負壓差值標準,增加居家隔離的安全性。

「墊」力人生

多數學生午休曾有腿部產生不適的情形發生,本實驗探討如何改善午休時大腿壓迫產生的不適感,利用三種瑜珈墊做為舒壓墊實測是否有顯著改善不適,並透過數據分析改善腿部不適的因素。 為了解舒壓墊的減壓能力,記錄重物壓在舒壓墊上的形變量,4公分厚TPE形變最明顯;2公分厚NBR形變較大。使用問卷調查法,多數人認為NBR材質較為舒適,NR材質較不舒適,為使結果更接近實際使用情況,我們進一步以手機拍攝兩種舒壓墊形變過程並用Tracker進行分析,試圖找出NBR較舒適的原因,發現NBR的形變軌跡較NR明顯,再利用錶式血壓計來檢測趴睡時下肢在兩種舒壓墊上的壓力分佈及大小,得知NBR的減壓能力比NR更好,因此我們認為舒壓墊的形變軌跡與減壓能力和舒適度有正相關。

柔性光柵其光學特性與力學分析之研究

光柵作為常見的分光元件,應用於許多光學儀器中,但光柵普遍彈性較差硬度較大,使光柵應用受到了侷限,因此本研究以有著彈性佳與易形變特性的PDMS作為柔性光柵的材料,對其不同厚度與彎曲程度進行一系列的測試。為了找出厚度、彎曲曲率與繞射效果之相關性,進行了不同厚度柔性光柵之繞射點分析實驗,由實驗結果可知增加柔性光柵越厚會使其彎曲時第一亮紋改變率增加,反之。為了試驗柔性光柵受到不同施力方式其分光效果是否有所差異,故進行了拉伸與壓縮的方式形變柔性光柵,結果得知其拉伸時軌距會被拉大,壓縮時則會被擠壓變小。研究最後想了解利用PDMS複製類似光柵的結構是否也有分光效果,實驗結果發現指紋能夠分光,希望後續能將其特性實際運用。

微型鋅銅電池

課本中的鋅銅電池,藥品用量大,鹽橋製作也較費時,製作完成後,又會面臨電流過小以及不穩定的問題,這種傳統鋅銅電池約能產生2mA左右的電流,並無法使毫安培計有明顯偏轉,但又會超過微安培計測量範圍。歷屆科展的改良方式,是提高藥品濃度,或將鹽橋以玻璃紙代替,又或是將硫酸銅硫酸鋅做成凝膠,這樣製作較費時且較不利於回收再利用。我們嘗試在歷屆科展資料中找尋影響電流的關鍵因素,再設計微型鋅銅電池原型。最後,我們製作出用量僅傳統鋅銅電池藥品用量 1/10,但電流提升數倍的微型鋅銅電池,能讓毫安培計偏轉更明顯、藥品能回收反覆利用多次電流不衰減、能驅動LED,能在低用量低濃度即能使微安培計良好運作,又便於探討各種變因影響的電池。

四角網格利樂棒的探討

此研究主要探討將利樂棒填入不同之矩形及阿茲特克鑽石網格圖形,研究重點放在以二棒、三棒、四棒的單一或任取兩種元件分別探討不同比例的組合,可成功覆蓋圖形格線的情形,研究發現,不同元件可透過擺放位置及棒數計算,利用著色法、窮舉法、遞迴式及數學歸納法等不同方法,分析成功覆蓋及無解原因,加以歸納說明,並將其可擴展之矩形邊長及鑽石階數以一般式呈現。

台灣厚蟹生態習性與挖洞行為之研究

台灣厚蟹與雙齒近相手蟹是二仁溪河口的優勢蟹種。台灣厚蟹蚤狀幼體具趨光性,幼蟹棲息在高潮線以下,成蟹則在高潮線以上。遇敵會舉起螯足威嚇或躲入洞穴避敵。雜食性,母蟹會吃自己卵堆。幼蟹在水陸交接挖洞,成蟹在遮蔽物下方挖洞,遮蔽物愈大,挖洞率愈大。土表有水挖洞率較高。從石膏模型顯示洞底有膨大空間,洞穴側面像襪子。大多一蟹一洞穴,洞穴先搶先贏,主場蟹會趕走客場蟹,不會固定住某洞穴,會整地並變換洞穴。台灣厚蟹會在人造洞穴棲息,無法辨認自己洞穴。雙齒近相手蟹挖洞率低,洞口寬,愈往下方愈窄,洞底無膨大,洞穴側面像釘子,土表多水會挖水溝狀淺洞穴。雙齒近相手蟹搶奪台灣厚蟹洞穴常失敗,與台灣厚蟹是競爭也是掠食關係。

琉璃蟻退散-用UV燈防治疣胸琉璃蟻

農業用藥、淺山開發與氣候變遷等因素造成近年疣胸琉璃蟻的數量失控,臺灣多個中、南和東部縣市已受疣胸琉璃蟻嚴重侵擾,過去的硼砂/硼酸餌劑雖環保有效,但仍有諸多不便,如需頻繁更換、不易維持環境整潔且不適合放在電器或怕潮濕的空間。但由於密閉空間如配電箱很容易被疣胸琉璃蟻築窩,我們想了解如何解決此問題。我們的研究藉由在配電箱內架設UV燈管與日光燈管,發現燈光能有效防止螞蟻入侵,即便入侵也能在一 週內趕跑數千隻螞蟻,且UV燈防治效果更優於日光燈。我們找到了一種環保;適合裝設於電器內部與密閉空間;更換頻率低且能維持環境整潔的防蟻方法。希望此研究能讓大家可以更省力且更有效率的來防治疣胸琉璃蟻。