【科展解析】精密的建築師—蠶

 

回想起國小三、四年級養蠶寶寶的經驗：蝴蝶不會結繭，直接化蛹，蠶則會吐絲結繭，然後在繭中化蛹，到底蠶為什麼會結繭？而除了橢圓形的繭之外，蠶寶寶還能結出什麼特殊形狀的繭呢?

 

【X博士摘要說明】

1. 觀察蠶的正常結繭情況。


2. 探討不同角度的空間變化條件對蠶結繭的影響及限制。


3. 了解空間條件對蠶結繭的影響。

 

第 49 屆生物科作品

題目：精密的建築師—蠶

作者：臺北市大安區龍安國民小學的同學們

 

【摘要(原文)】

本研究旨在了解蠶於結繭時對於「角度」、「大小」、及「形狀」等空間因素的反應與掌握。我們用西卡紙製造 90˚到 180˚的角度及不同大小的正方體、角錐、圓錐、圓柱、長方體等相異的結繭空間讓蠶結繭，結果發現：結繭空間大於繭體時，角度因素會有決定性的影響，空間越平緩越難結出形狀正常的繭，特別是空間角度大於 145˚時，蠶都無法正常結繭，蛹會裸露於平面繭上的開放空間；而結繭空間小於正常繭體時，繭的形狀則會和結繭空間緊密相合，所以就可以結出我們想要的形狀。當多隻蠶共處於同一個空間：空間大時，蠶會各自結繭，但如果空間小且蠶隻結繭速度相同，蠶就會選擇共結一繭。這些實驗讓我們發現蠶好似一位精密的建築師，具有精準掌握角度、空間大小及形狀的能力。

 

【X博士步驟說明】

●正常環境下的結繭過程

   

 

●觀察不同角度結繭的情況

   

夾角超過145度就不適合蠶寶寶結繭，當角度太大難結繭時，蠶花在找角落吐結構絲的時間會增加，而且往往成旋渦狀。

 

●觀察不同空間結繭的情況

   

當空間小於正常的繭時，蠶會沿著壁面吐絲， 結出一個與模型相似的繭，當空間較大且可容納一個繭時，蠶會選擇一個小角落結繭，而且會以此空間內最長的直線距離結繭。

 

●觀察多隻蠶寶寶結繭的情況

   

如果空間比較小就會結成一個繭，如果空間太大蠶就會各自結繭。

 

數據分析與結論

蠶結繭是為了在羽化期間、蛹體毫無反抗餘地的時候，以堅韌的繭確保自己的生命 安全。而其結繭影響因素主要有角度、空間大小、形狀等。蠶能利用結構絲來探知角度和空間大小，但當條件不利於正常結繭時，蠶會結成一個形狀不正常的繭以保護蛹。在角度過大無法結成圓形繭時，蛹體雖將裸露，蠶仍會將絲吐盡。

 

以下是評審給的評語

   

 

【X博士評語】

一隻蠶所吐的絲長度最長可以到1500公尺，而角度、空間，甚至陽光都會影響蠶寶寶結繭的方式。而蠶寶寶為了固定好自己的繭，一開始吐絲的時候會先吐出結構絲，而此作品從不同的空間探討了蠶結繭的方式，發現蠶在吐絲的時候就有一套最佳建築的模式。就算角度超過90度，依然可以屹立不搖的固定好自己的蠶繭並且萬分堅固，可以說非常的厲害!!!

【科展解析】滴水不漏~節能環保自動澆花器

 

家中的陽台上種了好幾盆植物，常常有時候會忘記澆水，幾天之後，發現植物漸漸枯萎了，但自動灑水器很昂貴，有沒有什麼方法可以製作出一個既省水又省電的自動澆花器，不必再擔心花兒沒水喝的問題呢？

 

【X博士摘要說明】

1. 利用回收寶特瓶做澆花器，可行嗎？


2. 應用毛細現象做澆花器，可行嗎？


3. 為植物量身訂做一個節能環保自動澆花器

 

第49屆國小物理科作品

題目：滴水不漏~節能環保自動澆花器

作者：嘉義市東區民族國民小學的同學們

 

【摘要(原文)】

在家中的陽台或庭院種些植物可以綠化環境，令人賞心悅目，可是照顧起來很麻煩。有時候一、兩天忘了澆水，或是上學來不及、或是晚上回家太晚，錯過了最佳澆水的時間，植物就會變得奄奄一息。為了解決這個問題，我們決定以「環保節能」為考量，希望能夠利用取得方便的回收資源做為材料，應用自然課所學的虹吸現象及毛細現象，設計出環保又實用的自動澆花器，讓家裡種的花兒可以一直保持活潑生氣。

 

【X博士步驟說明】

首先準備兩個寶特瓶，一個放在低處外面包黑紙，另一個放在高處，並用箱子裝起來，避免曬到太陽。接著在低處黑色寶特瓶裝200ml的水，在高處的透明寶特瓶裝滿2000ml的水，然後在高處的寶特瓶鑽兩個孔，一個比較大的孔，一個比較小的孔，大的孔用塑膠管連接黑色寶特瓶(不能碰到透明寶特瓶的水)，小的孔連接透明寶特瓶和要澆花的盆栽(將連接管插入透明寶特瓶最底部才能吸到水)。

   

用寶特瓶做的澆花器，放在太陽底下曬，利用空氣熱脹冷縮的原理，膨脹的空氣透過塑膠管，推動了透明礦泉水瓶內的水沿著塑膠管上升後再流向量杯盆栽（虹吸管原理），平均可以流出1600ml的水。

 

●用毛細現象做澆花器，可行嗎？

將抗菌抺布裁成長 30 公分，寬分別為１～４公分的長條狀，放入水中浸溼，使其完全吸水。

   

將抗菌抺布另裁成寬 2 公分，長分別為 30、60、90 公分的長條狀，放入水中浸溼，使其完全吸水。

   

結論 :

在相同的時間內，布條長度固定時，寬度愈大，流出水量愈多。

在相同的時間內，布條寬度固定時，長度愈長，流出水量愈多。

所以根據不同植物需水量不一的特性，我們可以改變布條的長度或寬度，來調整澆花器流出的水量。

 

●設計一個定量水杯

   

我們可以調整吸管口的長度，使水杯的出水量恰好足夠澆透整盆植物。

 

●達到自動補水的目標

首先先測量種植的植物所需要的水量，接著調整吸管長度以及吸水布的長度和寬度。而白天水箱因為太陽熱漲冷縮，水量會漸漸增加，加到一定高度時就會自動補充水分。

   

 

數據分析與結論

●結合寶特瓶及毛細現象實驗，再加入定量水杯的設計，可以截長補短，改善兩者的缺失，解決澆花器定時澆水、定量澆水的問題。

●為了使澆花器發揮最大效益，我們可以在第一天傍晚將澆花器佈置好，根據植物需要水量選擇合適的引水材料及定量水杯，將第一次出水時間設定在隔天早晨。第一次出水後，因位水箱的水位降低，吸水速度會漸漸變慢，但隨著時間愈接近中午，日照愈來愈強，從寶特瓶流入水箱的水正好可以補充水箱的水，恢復吸水的速度；使第二次出水時間仍可控制在傍晚，而不會在深夜。

 

以下是評審給的評語

   

 

【X博士評語】

這次的科展作品結合了環保，又方便好用的自動灑水器。可以用家裡不要的寶特瓶、舊衣服、吸管，加點巧思就可以有新用途。而實驗中，澆水的時間設定在清晨和傍晚，可以避免在中午澆水時過度蒸發而浪費水，如果能將空氣濕度的因素考慮進去會更好。

看了謝文憲憲哥心得文之心得文

沒有辦法參加憲哥人生最重要的小事專題演講，光看憲哥在FB上寫出的講座感想心得，就讓我忍不住寫一篇「看完心得文的心得文」

 1.     憲哥貼心的「售後服務」

一場講座結束，但是憲哥的服務並沒有隨著講座的結束而終止。首先是來自現場朋友們的心得文，其實「寫心得文」本身這個動作所代表的意義，就是將自己在講座中所吸收精華做整理。大家都會講我在憲哥的講座中學到很多。而學到很多之中到底學到了什麼，如果沒有把它做一個綜整，確實吸收之後讓自己有所進步的話，讓聽完一場好的講座，最多只是在精神上的感官刺激。享受憲哥「熱血氣氛爽一下的感覺」只是精彩講座的基本服務，整理出自己「爽什麼?」，才能讓爽度延續，成為自己真正的收獲。「與人分享，就是最好的學習」，而經由公開心得文的分享，就是整理收獲的最好方式。而憲哥對每一篇心得文的貼心回覆，就是講座最佳的「售後服務」了。

 
(照片出處: 天下為暢  于為暢老師臉書)

 2.     除了可以充電，還可以補血

憲哥講座的精神之一是「幫助別人成長」。聽講座的朋友，可以學習到「人生如何做出最適合自己的選擇」、「人生中的機會成本」、「如何讓自己成功」等等讓自己成長的電力，讓自己充電。講座聽完都會有所成長，這絕對是不爭的事實。就像補習學電腦一樣，很少有人會補習同樣的電腦技能補兩次，有空有錢會想學別的。如果憲哥只是分享讓大家成長的方法，那不會有這麼多人「一聽再聽一直聽」、「千里迢迢跑來聽」。「技能可能學完就完成充電，但熱血就需要持續激勵、不斷補血」。這就是為什麼常常可以在憲哥活動中看到熟面孔的原因了。

 

 3.     學到了不止招術，還有精神

「除了言教、還有身教」，這個特點只有在少數講師身上可以看得到。坐在憲哥台下聽講的朋友中，有許多朋友都已經是一方之霸，擁有屬於自己的另一個舞台。每一個講師都需要對得起自己的舞台，為自己台下支持自己的朋友們奉獻出最好的課程。「認真上課、認真備課」是每一個上台的人都需要的基本條件。一位成功講師在上課時都已經花這麼多時間在準備了，後生晚輩們怎麼能不為自己台下的朋友們再多盡一份努力呢？？憲哥不止讓大家看到他的成功，更樂於分享他走向成功的過程。憲哥的故事，本身就已經是大家最好的教材了。

 

一位好的講師，帶給大家的收獲，絕對不是只有在講座中而已。

【科展解析】水滴在高溫鋸齒狀金屬表面上的爬坡現象

 

在鋸齒狀的鐵片上，水滴可以像毛毛蟲一樣往上爬，更驚人的是水滴往上爬是不需要接觸台階的，可以說是用「飄」的!為什麼會這樣?難道是科學家施了什麼魔法嗎?

 

【X博士摘要說明】

1. 了解水滴在高溫鋸齒狀金屬中的爬樓梯現象與金屬表面溫度、鋸齒大小、液滴大小、爬升角度的關係。


2. 了解水滴為何會爬坡的原因

 

第 50 屆國中物理科作品

題目：水滴在高溫鋸齒狀金屬表面上的爬坡現象

作者：臺中縣立大雅國民中學的同學們

 

【摘要(原文)】

根據我們的研究，發現水滴可以在鋸齒狀金屬表面上移動，而且會向上爬升，爬坡角度最大為 20 度角。我們拍攝很多水滴的爬坡現象，我們觀察到水滴向高處移動的運動方式，發現水滴的前端會向上、向前凸起，並且會伸長而後縮短，表示有一個力量造成這樣的情形。我們知道水滴與高溫金屬面之間會存在一層蒸氣層，我們認為這層蒸氣層是造成水滴向上爬升的主要原因。我們可藉由改變「鋸齒斜面長」與「鋸齒高」的比值，來控制水滴的移動方向，鋸齒斜面長所面對的方向，即為水滴的移動方向，可見鋸齒狀金屬面的形狀，是讓水滴向上爬升的另一個原因。我們也發現，水滴的爬升速率會受到鋸齒大小、鋸齒斜面長與鋸齒高的夾角、液滴大小與液滴的表面張力所影響。

 

【X博士步驟說明】

●實驗一 : 了解水滴在高溫鋸齒狀金屬中的爬樓梯現象與金屬表面溫度的關係。

在鋸齒狀金屬表面用大火燒，隨著溫度的上升慢慢將水滴滴在鋸齒狀金屬表面，結果發現要燒到400度以上，水滴才不會蒸發，而是結成珠狀，接著以下的實驗皆是用大火燒 30 分鐘，製造約 400℃的表面溫度，再把水滴滴在鋸齒狀金屬表面上，觀察水滴的爬升情形。

  

●實驗二 : 準備三種不同的400度金屬鋸齒鐵片，觀察水滴爬升的情況。

固定不變的是 : 水滴大小為 0.04 ㏄、鋸齒傾斜角為 5 度角

   

A鐵片的鋸齒最小，C鐵片的鋸齒最大，但是跑最快的是B鐵片。所以鐵片的形狀會影響速率。

 

●實驗三 : 在400度的鐵片上滴下不同的水滴。

固定不變的是 : 水滴大小為 0.02 ㏄、選擇A鐵片，傾斜角為 5 度角

   

爬升速率大小依序為：食鹽水＞蒸餾水＞紅墨水。而表面張力大小依序為：食鹽水＞蒸餾水＞紅墨水。

 

●實驗四 : 三種不同的爬升角度。

固定不變的是 : 使用 A 鐵片、使用蒸餾水、液滴約為 0.04c.c.

  

水滴的爬升 速率隨著角度變大而變快。

 

●實驗四 : 觀察水滴爬升的情況

   

從實驗推測出使水滴往上爬的有兩個力量：

●蒸氣壓所造成的力量。

水滴和很熱的金屬鐵片接觸時會瞬間產生水蒸氣，此水蒸氣會讓水滴與鋸齒狀金屬面瞬間分離。所以，水滴與金屬表面因為蒸氣層的產生，使得兩者瞬間分離的結果，而造成一個力量，此力量即是讓水滴向上爬升的一個力道。

●作用力與反作用力。

水滴受熱後會向下產生水蒸氣，此水蒸氣會施與水滴一股向上的 反作用力，這就如同火箭升空的情形。

 

數據分析與結論

當鋸齒狀鐵片上升到400度的時候，水滴在上方便能結成珠狀，並且會往上爬升。爬升速率將受到液滴的表面張力所影響。表面張力較大者，爬升速率較快，爬上12度傾斜角的坡度最快。我們認為有兩個可能力量造成水滴向上爬升：第一、蒸氣壓所造成的力量。第二、作用力與反作用力，如火箭升空的原理。

 

以下是評審給的評語

   

【X博士評語】

溫度越高，水蒸發的速度就越慢? 相信做過飯的人都見過這種現象，當鐵鍋燒乾後，往鍋裡淋點水滴，有時水滴會“哧啦”一聲不見了，有時水滴卻會在鍋裡跳“霹靂舞”。這是怎麼回事呢？原因是因為當水滴接觸到高溫的鐵板，立即有水分子汽化成一層蒸氣膜，降低傳熱速率，而形成穩定水珠。另外，因為表面張力的原因，水珠可以變化出各式各樣的圖形，實在是一個很有趣的作品。

【科展解析】磁鐵在非鐵金屬管中的磁浮現象與應用

 

我們都知道銅是電和熱的良導體，因此在生活中有很多應用，而將一塊圓形的磁鐵放入銅管中，磁鐵下降的速度就會變慢，難道是因為時間暫停了嗎?

 

【X博士摘要說明】

1. 探討磁鐵電梯在金屬管中落下時的運動方式。


2. 磁緩衝機、磁浮升降梯的設計。

 

第四十四屆國中物理科作品

題目：磁鐵在非鐵金屬管中的磁浮現象與應用

作者：新竹市立光武國民中學的同學們

 

【摘要(原文)】

我們選擇銅、鋁兩種金屬管探討不同強度的磁鐵在金屬管中作自由落體時感應電流與磁鐵落下速度的變化關係。最後利用磁鐵、鋁管、定滑輪、砝碼組及投影片捲成的電梯設計「磁浮升降梯」、「磁緩衝機」可以在沒有電力的情況下將升降梯的速度控制在 0.18 公尺/秒的安全速度，及磁緩衝機的設計可使蛋由 4 公尺高落下卻完好如初不會破裂。

 

【X博士步驟說明】

●準備四種不同磁場強度的磁鐵來進行實驗，並將他們命名為B1、B2、B3、B4(對照組)。

B1磁場強度為4870G(高斯)

B2磁場強度為1406G(高斯)

B3磁場強度為42.4G(高斯)

B4磁場強度為0G(高斯，為對照組)

往後的實驗數據將用這四個代號命名。

 

●實驗一:測量不同厚度的銅管(長1公尺)，磁鐵B1~B4自由落體所需要的時間

   

很明顯地把銅管加粗，感應磁場會變強，使得下落的加速度變小。

而所謂的感應磁場是因為移動磁鐵的時候，我們改變了磁場，而改變的磁場會產生一個感應電流，同時也使銅管產生了感應電場，即電壓。而變化的電場產生了磁場，這個磁場正好和磁鐵的磁場方向相反，排斥磁鐵磁場。

 

●實驗二:測量厚銅管和厚鋁管(長1公尺)，磁鐵B1~B4自由落體所需要的時間

   

因為銅管的導電性比較好，產生的感應磁場比鋁管大。

 

●實驗三:測量不同長度的厚銅管，磁鐵B1~B4自由落體所需要的時間

   

用移動的距離/時間=速度，發現對 B1 磁鐵而言，其落下的平均速度分別為 0.234、 0.231、0.242m/s，所以長度並不會影響下落的平均速度。故可以推論在足夠的磁場強度與適當的金屬管厚度的配合下，磁鐵在管中落下的方式為等速度運動。

 

●實驗四:測量不同缺口的鋁管，磁鐵B1~B4自由落體所需要的時間

   

從對照組B4和B1來看，發現缺口改變之後，還是有產生感應電流，可見金屬管的感應電流與線圈的感應電流兩者間的流動方式並不相同，線圈的感應電流是當導線是斷路時就不能產生電流的現象，而金屬管可以視為無限多個金屬片堆疊形成，如同電磁爐的原理一樣，每個金屬薄片上都可以有許多微小的「感應渦電流」，所以缺口並不會影響感應電流的產生。

 

●實驗五:設計可以自由上下活動的電梯!!!

一般住家電梯的速度大約是0.2 米/秒，想要使用磁鐵與法碼電梯的重量差來製作出安全上下的電梯。

   

由我們設計的磁浮升降電梯，當砝碼電梯的重量在磁鐵兩倍以下時，電梯便可以安全下降，速度大約是0.2 米/秒以下，跟一般電梯的速度一樣，接著利用砝碼來控制電梯的上升與下降，當電梯比磁鐵輕，就可以上升。如此一來，就是一個「無電力電梯」裝置。

 

數據分析與結論

金屬管的厚度、導電性，會影響感應電流的大小。厚度大，導電性佳，感應電流就越大。而感應電流不會因為有缺口就不見，原因是金屬管中的感應電流是以「渦電流」的流動方式存在。最後從自製電梯發現磁鐵有緩降能力，甚至連兩層樓高的鳥蛋丟落入 20 公分高 10mm 厚的鋁金屬管再著地，都不會破。而是否能應用在生活中還需要進一步探討。

 

以下是評審給的評語

   

【X博士評語】

磁鐵可以讓速度變慢，也可以讓速度變快。例如 : 磁浮列車是利用磁力的相吸或相斥，使得火車能在跑道上快速地前進，最快甚至可以到500 km/h的速度，往返台北和屏東大概不到1小時。而磁鐵也有讓速度變緩的功能，可以應用在小型緩降機、電梯，如果能在生活中加以改良，甚至會比一般的電梯更為安全，因為不會有因為斷電而導致電梯停擺的問題，利用磁鐵的感應電流，在未來有更多的發展性。

從路邊停車看「阿帕契照片」事件

整個阿帕契風波分成細分成「拍阿帕契照片」、「把阿帕契頭帶回家」、「大家都被判無罪」幾個部分。本文用路邊停車的故事，來思考一下「拍阿帕契照片」事件。

 

沒說不能停車，我當然以為可以停車!

想像一下今天你開車，你與你一個從事交通警察的好朋友到一個偏鄉城市出遊。到達目的地時，你在路邊找了一個地方想停下來，這個地方是個巷口，而你聽說過好像有「路口10公尺不可以停車」這條規定，不過這裡是個「巷口」，不知道算不算是「路口」?而且地上沒有劃紅線，旁邊也有其他車子停車。其實你不太知道可不可以停車，不過老實講在偏鄉城市應該真的不會怎樣，而且你的交通警察朋友也沒特別阻止你。

   

(照片為情境照片，與本文無關)

誠實回答，這時候，你會怎麼做?

1.     交通警察朋友都沒說什麼了，就把車子停在這個巷口吧!
2.     雖然沒人阻止我，但我還是不安心，還是不要停好了。

 

之後你繼續你的行程，沒想到那天剛好有救護車要經過，你的車子阻礙了一點點救護車的出入，雖沒有釀成任何大禍，但有確實防礙到一些人了。最後在你放上FB照片中，剛好有拍到車子停在巷口，而這照片就被拿去檢舉了。

這時候，你心裡會覺得

1.      我怎麼知道巷口不能停，交通警察沒說話，我當然會以為可以停啊!
2.      我知錯了，我不該心存僥倖，我該受罰...

 

其實你是一個有知名度的人，大家都知道與你同行的人是交通警察，開始有記者來問你為什麼要違規停車，你會

1.      為了避免連累朋友，故意裝白目跟記者們說「有那麼嚴重嗎?」
2.      清楚告訴記者，我朋友沒告訴我不能停車，那我當然以為可以停車，所以應該怪交警朋友...

 以上故事100%完全都是杜撰，只是為了讓你進入一個情境而已。

 

現在大家把停車想成拍照，回頭看看阿帕契照片案

軍營的部分開放，無非是軍方想要拉近軍民之間的距離，所以開放部分設施與場所可以拍照是很合理的。如果在軍營裡拍照時有人阻止，相信很少人會堅持一定要拍，就算自己偷偷拍了，也不敢明目張膽的放上FB；如果不知道這個地方能不能拍照，但拍照時周圍的軍方人員都沒有阻止，那相信大家會以為這裡是可以拍照的。這事情如果發生在你身上，你事後發現這裡的確是不能拍，而且被檢舉了，但如果回答說「我朋友沒阻止我」，那你朋友一定會覺得「我好心帶你來讓你拍，還讓你開一槍」，所以你只好默默吞下裝白目，讓大眾罵一罵自己就算了。

 

   

看完這例子，你對風波中每個角色有沒有不同的想法?

 

延伸閱讀  Q.交岔路口10公尺未劃設紅線可否停車？      警政署

答覆（一）依據「道路交通管理處罰條例」第3條第1款規定：「道路：指公路、街道、巷衖、廣場、騎樓、走廊或其他供公眾通行之地方。」同條第9款規定：「臨時停車：指車輛因上、下人、客，裝卸物品，其引擎未熄火，停車時間未滿3分鐘，保持立即行駛之狀態。」另同條例第56條第1項第1款規定：「汽車駕駛人停車時，在禁止臨時停車處所停車，處新臺幣600元以上1,200元以下罰鍰。」另「道路交通安全規則」第111條第1項第2款規定：「交岔路口、公共汽車招呼站10公尺內、消防栓、消防車出入口5公尺內不得臨時停車。」

（二）有關交岔路口10公尺內不得臨時停車部分，考其立法意旨，乃係考量交岔路口多為汽、機車轉彎通行之處，若許停車，勢必影響不特定汽機車駕駛人於交岔路口轉彎通行時前懸視線死角之安全判斷，妨礙車輛之進出及轉彎，對交通之往來順暢顯有影響，足見此情形，乃法律明示禁止停車之方式，本不待主管機關劃設或設置標線、標誌，倘於交叉路口10公尺內，劃設有禁止臨時停車標線、標誌，無非加重提醒、督促駕駛人注意（臺灣高等法院96年度交抗字第751 號裁定意旨參照），如有違規停車當依上揭規定處理。 

中華民國內政部全球資訊網 - 常見問答

 

【科展解析】水餃熟了，紅蘿蔔知道

 

煮水餃乍聽之下是一件很簡單的事，但其實有很多人還不知道正確煮水餃的方法，如果煮太久水餃就會變成水餃湯，如果煮太快，水餃就會煮不熟，要如何判斷水餃煮熟的依據呢?只要試看看底下的方法，也可以輕鬆煮出皮Q不爛的好吃水餃喔!

 

【X博士摘要說明】

1. 設計一個能測試水餃皮 Q 度的裝置


2. 了解在只有煮水餃皮情況下，加水與不加水，是否使水餃皮 Q 度產生變化。


3. 找出一個簡便的方法，做為煮水餃時「水餃熟了」的指標。

 

第 51 屆生活與應用科學科作品

題目：水餃熟了，紅蘿蔔知道

作者：臺北市萬華區私立光仁國民小學的同學們

 

【摘要(原文)】

本實驗探討「為什麼煮水餃要加水？」，經查資料及詢問店家，得知「大概」是為了使水餃皮不容易破。實驗後發現，煮水餃時加水，事實上使水餃皮維持一段時間的「Q 度」不變化，同學們稱之為「平原效應」，在此同時，內餡溫度仍會持續上升，可以煮熟。本實驗可說是為「煮水餃加水」的動作做了一個科學註解。水餃熟了的最佳時機即是「內餡已熟，水餃皮不至軟爛」的狀態。本實驗也發展出「紅蘿蔔煮水餃法」做為煮水餃時，知道「水餃熟了」的參考指標。

 

【X博士步驟說明】

●把「水餃皮能支撐的重量」定為「Q 度」，並且設計一個「水餃皮 Q 度測試儀」來測量它。

   

●現在我們要測試如果把水餃放進水裡，有煮和沒有煮，Q 度是否有變化？

   

只是把水餃皮泡在水裡，Q度其實沒有太大變化。

   

高溫水煮後，水餃皮的Q度提升，但不泡水就會一直往下掉。

   

水餃皮在第 6~12 分鐘部份，即橙色圈圈附近出現一段比較平坦的區域，我們稱它為「平原效應」。我們發現，只要有加水，就會出現平原效應，所以們認為加水的目的是在延緩水餃皮被煮得軟爛的做法。

   

從圖上來看，水餃內餡溫度最高為96度C，但水餃要幾度才算熟，其實很難估計出來，所以我們決定先假設，以「75℃，維持五分鐘」為判定水餃熟了的基準時，只要溫度維持在 75℃五分鐘，食物就算熟了。而為什麼決定是5分鐘呢?因為從圖上來看，水餃吸熱的熱能是紅色區域的面積，而紅色面積=黃色面積，吸熱一樣，此時用微積分算出大約只要維持五分鐘就能讓水餃煮熟。

 

●從實驗結果來分析適當煮水餃的方法

   

3000cc 水，煮 5 顆水餃；→ A 曲線

4000cc 水，煮 20 顆水餃；→ B 曲線

第一種煮法需要7 分 17 秒，第二種煮法需要9 分 31 秒，都落在水餃皮的平原區域，另一層意義是，各種水餃，只要使用 3000~4000cc 的水煮，水滾之後加一次自來水 300mL，它們在 7 分 17 秒到 9 分 31 秒之間就會熟，都可以撈起來吃了。但是水量只能限制在3000~4000cc，會不會太麻煩了，能不能簡單一點呢?

●紅蘿蔔測試法

   

我們將紅蘿蔔和馬鈴薯薄片和水餃一起煮，每隔兩分鐘，就把薄片撈起來測試是否可以被九顆螺帽的重量刺穿?結果發現，馬鈴薯薄片很快就被刺穿了，紅蘿蔔薄片則可以撐9分鐘才被刺穿。以後煮水餃利用這個方法，不必計時，只要等到紅蘿蔔可以被刺穿，水餃就熟了，這種方法在煮水餃的時候非常實用。

 

數據分析與結論

整體而言，我們對煮水餃的建議如下：

●要用大火煮，不要細火慢燉。內餡快熟，水餃皮才不容易破。

●一次不要煮太多顆水餃。

●水滾之後，加一次水，可以延緩水餃皮變軟、變爛的時間，加兩次或三次水，好像效果不明顯。

●煮水餃的時間控制在 7 分 17 秒以上，到 9 分鐘之間為佳。

●如果不想計時，煮水餃時，切一片 1~2mm 的紅蘿蔔放進去一起煮，當發現紅蘿蔔可以被刺穿時，水餃就熟了。

 

以下是評審給的評語

   

【X博士評語】

傳統煮水餃的方法：水餃放入滾水中，蓋上鍋蓋，繼續煮滾後，再加入一大碗冷水 ，再蓋上鍋蓋煮滾，如是重複。有時候會重複一次，有時候會重覆到三次，而重複幾次的標準到底是在哪裡?能從這裡開始思考，的確是很有趣的問題，能理解加水的目的，發展出煮水餃的方法，在生活上的確具有應用性。

【科展解析】泡泡排球

 

什麼？泡泡可以放在手上彈！當大家都以為這又是一個讓人歎為觀止的魔術時，原來我們也可以辦到這種魔幻般的事情？。如果可以順利做出能在手上彈的泡泡，必定能在校園內引起一陣「泡泡旋風」。

 

【X博士摘要說明】

1. 研究哪一種界面活性劑調配出來的泡泡水，所吹出來的泡泡存活時間最持久。


2. 探究泡泡的存活時間和彈跳次數之間是否存有關係。


3. 研究哪一種材料最適合用來打擊泡泡。 

第49屆生活與應用科學科作品

題目：泡泡排球

作者：連江縣立敬恆國民小學的同學們

 

【摘要(原文)】

「一顆」泡泡的極限在哪裡？捨棄了以往泡泡實驗追求「久」、「多」、「大」，以及用自製泡泡水來取代市售泡泡水的實驗目的，將本次實驗的目的定位為找出最耐打擊的泡泡。泡泡要能耐打擊，第一泡泡時間需要能持久，同時也需要有彈性，最後要用什麼東西來打擊它也是重要的影響因素。經過文獻的收集，我們找出能延長泡泡時間以及增加泡泡強度的原料，調配出不同濃度的泡泡水後，一一進行實驗，最終找到了最耐打擊的泡泡，並找出適合打擊泡泡的工具。

 

【X博士步驟說明】

●研究目的一：研究不同界面活性劑調配出來的泡泡水，所吹出來的泡泡存活時間哪個最持久?

   

結果發現在5%的時候，沫浴乳和洗手乳的效果都不錯，而且隨著濃度的增加，泡泡越容易破掉，可能是因為濃度高的泡泡水，其中水的比例比較少，而導致泡泡容易破掉。

 

●研究目的二：探究泡泡的濃度和彈跳次數之間是否存有關係。

在測量泡泡彈跳次數的同時，要特別注意一點，就是泡泡要盡量吹得一樣大。

   

結果發現洗碗精泡泡水在濃度20%的時候有最佳的表現，但只要隨著濃度升高，泡泡水的含水量就會降低，就會影響持久度。而其中沙拉脫的成分跟洗碗精不一樣，在同樣濃度的時候，沙拉脫比較黏稠，所以泡泡容易破掉。

 

●研究目的三：研究在泡泡水中添加膠水和甘油有什麼影響?

   

結果發現，添加膠水對泡泡的彈性很有幫助，膠水可以讓泡泡在空氣中自由的扭曲變形，另外，，在4ml的時候，泡泡只有多彈了四下，雖然泡泡的彈性變好了，但同時泡泡的濃稠度也增加，所以會比較難彈，所以無法大幅度的增加彈跳次數。另外，甘油的功效是可以增加泡泡的保濕度，可以讓泡泡的水分不容易流失，但從實驗結果來看，添加甘油對泡泡的彈跳沒有多大幫助。

 

●研究目的四：研究哪一種材料最適合拿來打擊泡泡。

   

結果發現表現最差的是皮膚、塑膠、合成纖維（抹布）這三種材質，泡泡接觸到這三種材質的時候會黏在上面；而表現最好的是毛料與棉料的製品，因為毛製品的表面有很多細細的纖維，可達到將泡泡彈起以及緩衝的作用，所以效果還不錯。

 

數據分析與結論

每一種廠牌的沫浴乳，洗碗精成分都不太一樣，有可能會影響實驗結果。其中，沫浴乳的效果雖然不錯，但放置一段時間後會產生沉澱，影響泡泡水的品質，不適合拿來作成泡泡水。另外，當 30ml 的 20％濃度妙管家洗碗精泡泡水加入 4ml 膠水時，可以得到最佳彈跳次數的泡泡。並且輔助毛料或棉料的製品，便可以開始玩泡泡排球的遊戲。

 

以下是評審給的評語

   

【X博士評語】

吹泡泡是每個小朋友都熱愛的遊戲，本作品成功的製作出可觸摸、可彈跳的泡泡水。而其中實驗提到，添加甘油目的是增加泡泡的保濕度，雖然結果對泡泡的彈跳影響不大，但甘油可以讓泡泡不容易破掉，也就是說，在泡泡水裡面增加一小部分的甘油，依照比例清潔劑：水：甘油＝12：10：1(依清潔劑廠牌可能有所調整)，可以拉出很長的大泡泡，增加玩泡泡的樂趣!

【科展解析】小石子立大功---火車鐵軌的枕木愈搖愈穩固

每天放學回家時，都會經過路旁的鐵軌，而鐵軌旁都會放了許多小石子，奇怪的是怎麼小石子的種類、大小都不同呢？我們想，為什麼不用磚塊、水泥、或鐵塊呢？

 

【X博士摘要說明】

1. 大小顆粒不同經過搖晃後，會有什麼變化？


2. 木條插在小碎石的深度不同，搖晃後拔起來的難度相同嗎？


3. 搖晃時間的長短會影響埋在小碎石中木條的鬆動嗎？

 

第四十五屆生活與應用科學科作品

題目：小石子立大功---火車鐵軌的枕木愈搖愈穩固

作者：臺南市東區東光國民小學的同學們

 

【摘要(原文)】

每天都會路過鐵路平交道，發現鐵軌下的枕木有好多的碎石子，我們很好奇，在老師協助下我們利用搖晃機、各種不同的豆子、大小不同的石子等進行實驗，結果發現搖晃後的豆豆和小石子變得更加緊密，彼此的稜角互相交錯卡住，這時我們才恍然大悟，原來小石子立大功，讓鐵軌更穩定，也使火車行駛更加安全。

 

【X博士步驟說明】

●活動一：大小顆粒不同經過搖晃後，會有什麼變化？

準備不同的種子或不同的珠子，放進塑膠盒裡面大力搖晃。

 

如果顆粒大小比較一致的，搖晃後排列得比較整齊。而顆粒大小不同的，搖晃後有各式各樣排列的方式。

 

Q : 那如果把顆粒大的和顆粒小的混和在一起會怎樣?

A : 搖晃後，顆粒比較小的會填進多餘的空隙之中，使得排列更為緊密。

 

●活動二：在不同種子中插入木塊，搖晃後需要多大的力才能拔出來？

將木頭插進8公分的種子盒裡，搖晃後，用砝碼量測需要多少力氣才拔得出來。

   

還沒搖晃前的種子排列比較鬆，而搖晃後的種子堆越來越緊密，導致要把木頭拔出時需要更多的力氣。另外因為植物的種子每一顆長得差不多一樣，所以我們想要試試看如果是用大小不同的石頭，會不會有同樣的結果呢?

   

原本以為顆粒比較小的石頭排列應該會比較緊密，結果反而是顆粒比較大，越重越緊密，因為大顆石頭有稜有角，比較容易卡得緊緊的。

 

●活動三：如果把木條埋得深一點，搖晃後會不會更難拔起來？

   

結果發現木頭插得越深就越不容易拔出來。因為木頭接觸石頭的比例變多了，導致摩擦力增加。

 

●活動四：鐵軌下的枕木搖晃的時間一久，會不會鬆動呢？

   

搖晃時間一久，顆粒比較小的石頭會慢慢下陷到下層顆粒比較大的石頭之間，

數據分析與結論

每天都會路過鐵路平交道，仔細觀察發現鐵軌的枕木是埋在碎石塊中，來來往往的火車不停搖晃著，使碎石塊也跟著搖晃而更加緊密堆積，彼此的稜角更加交錯卡住，造成鐵軌穩定和火車行駛的安全。

 

以下是評審給的評語

   

【X博士評語】

「停、看、聽」叫我們注意火車來了，「停」就是要我們注意火車快要來了，「看」就是要我們停下來觀察火車經過時，鐵軌下的石頭是如何排列的，較上方的碎石頭會逐漸地往下陷，導致鐵軌更穩固，「聽」就是要我們仔細聽火車經過時，鐵軌下的石頭因為劇烈搖晃，所發出來的聲音。這些石頭雖然平凡無奇，但聚在一起之後，就成為了保護人類交通安全的守護者。