中華民國 第49屆中小學科學展覽會

中 華 民 國 第 50 屆 中 小 學 科 學 展 覽 會 R 作 品 說 明 書 國 小 組 物 理 科 080119 澆 花 點 滴 學 校 名 稱 : 臺 南 市 安 南 區 長 安 國 民 小 學 作 者 : 指 導 老 師 : 小 六 黃 子 瑀 小 四 高 如 吟 李 宜 真 朱 育 潁 小 四 李 彥 彣 關 鍵 詞 : 虹 吸 現 象 連 通 管 原 理 槓 桿 原 理

作 品 名 稱 : 澆 花 點 滴 摘 要 澆 花 能 不 能 有 省 力 的 方 法? 怎 麼 做 能 讓 班 級 的 盆 栽 不 再 因 漫 長 的 假 期 而 死 亡? 我 們 從 自 動 灑 水 器 開 始 想, 吊 點 滴 的 經 歷 四 下 康 軒 自 然 課 本 的 毛 細 現 象 及 九 龍 公 道 杯 的 虹 吸 現 象 熱 水 瓶 的 水 位 標 示 沖 水 馬 桶 的 槓 桿 原 理 到 選 擇 資 源 回 收 杯 來 製 作 自 動 澆 花 器 具, 這 樣 的 器 具 能 不 能 解 決 我 們 澆 花 不 求 人 的 需 求 呢? 壹 研 究 動 機 自 然 課 常 要 種 植 物, 但 是 只 要 遇 到 星 期 五 就 是 我 們 最 煩 惱 的 時 候, 到 底 是 要 把 植 物 帶 回 家, 星 期 一 再 帶 到 學 校 來? 還 是 星 期 五 拚 命 澆 水, 期 待 星 期 一 這 些 植 物 還 能 活 著? 教 室 走 廊 外 的 班 花 班 草 就 更 傷 腦 筋 了, 漫 長 的 寒 假 與 暑 假 該 怎 麼 辦? 請 人 幫 忙? 還 是 輪 流 到 學 校 來 澆 花? 學 長 建 議 我 們 想 個 不 求 人 的 澆 水 方 法! 大 家 討 論 了 半 天 也 沒 有 結 果, 於 是 決 定 請 老 師 幫 我 們 想 辦 法 解 決 這 個 切 身 之 痛 老 師 卻 鼓 勵 我 們 將 討 論 內 容 做 成 記 錄, 將 自 然 課 所 學 的 相 關 原 理, 用 來 進 行 實 際 的 研 究, 也 許 我 們 自 己 就 能 夠 找 出 一 個 既 省 力 又 省 錢 的 不 求 人 澆 花 方 法 貳 研 究 目 的 一 利 用 虹 吸 作 用 做 澆 花 器 可 行 嗎? 二 以 木 板 和 螺 絲 做 滴 流 調 節 器 可 行 嗎? 三 設 計 一 個 自 動 補 水 裝 置 使 水 位 保 持 恆 定 可 行 嗎? 四 設 計 一 個 可 以 定 量 出 水 裝 置 五 設 計 一 個 可 以 自 動 紀 錄 出 水 時 刻 的 裝 置 六 為 植 物 量 身 設 計 定 時 定 量 的 澆 花 器 參 研 究 設 備 及 器 材 植 物 盆 栽 回 收 寶 特 瓶 五 公 升 裝 800cc 寶 特 瓶 家 庭 號 鮮 奶 瓶 塑 膠 量 杯 500cc 燒 杯 各 種 容 量 泡 沫 紅 茶 杯 彎 頭 吸 管 木 板 螺 絲 螺 帽, 口 徑 5mm 細 塑 膠 管 水 族 箱 濾 水 用 口 徑 三 分 管 及 四 分 管 線 鋸 曬 衣 架 鐵 線 保 利 龍 球 彈 珠 免 釘 黏 土 電 烙 鐵 熱 熔 膠 槍 熱 熔 膠 電 鑽 園 藝 用 塑 膠 包 膜 鐵 線 金 屬 墊 片 電 線 電 池 座 及 三 號 電 池 指 針 型 小 時 鐘 計 時 用 手 錶 直 尺 海 綿 塊 眼 藥 水 空 瓶 橡 皮 筋 膠 帶 照 相 機 肆 研 究 過 程 及 結 果 一 虹 吸 現 象 真 的 可 行 嗎? ( 一 ) 自 然 課 本 的 說 法 與 我 們 的 想 法 : 1 四 下 康 軒 版 自 然 課 本 提 到 澆 花 相 關 題 目 告 訴 我 們 : 自 動 澆 花 器 選 擇 用 毛 細 現 象, 而 不 用 虹 吸 作 用 的 理 由 是 因 為 虹 吸 作 用 的 水 流 量 太 大! 2 我 們 認 為 : 如 果 能 解 決 水 流 量 問 題, 虹 吸 作 用 的 觀 念 是 否 就 能 應 用 在 澆 花 器 中 呢? 3 理 由 : 在 使 用 棉 繩 及 抹 布 的 毛 細 現 象 來 引 水 澆 花 時, 實 驗 結 果 會 受 到 溫 度 及 溼 度 影 1

響 這 樣 根 本 沒 辦 法 做 到 定 量 定 時 的 澆 花 ( 二 ) 實 驗 : 1 以 5 公 升 寶 特 瓶 當 儲 水 桶, 在 底 部 用 電 烙 鐵 熔 一 個 洞, 口 徑 剛 好 是 塑 膠 管 的 外 徑, 將 細 管 插 入, 用 熱 熔 膠 密 封, 使 儲 水 桶 不 會 漏 水 將 儲 水 桶 放 在 比 盆 栽 高 的 地 方, 以 塑 膠 管 引 水 到 盆 栽 2 流 量 的 確 太 大, 我 們 必 須 想 辦 法 減 慢 塑 膠 管 的 引 水 流 量 3 嘗 試 作 法 : (1) 用 長 尾 夾 夾 住 細 塑 膠 管 來 減 少 流 量, 但 塑 膠 管 太 硬, 效 果 不 佳 也 無 法 微 調 (2) 將 塑 膠 管 折 彎 再 用 橡 皮 筋 綁 住, 實 驗 後 可 以 減 少 水 流 量, 但 也 很 難 微 調 出 水 量 (3) 使 用 兩 片 木 板 夾 住 塑 膠 管, 兩 片 木 板 用 螺 絲 旋 緊, 藉 由 調 整 螺 絲 的 鬆 緊 來 微 調 出 水 量 4 當 我 們 實 驗 時, 儲 水 桶 底 部 竟 然 漏 水! 這 讓 我 們 發 現 這 方 法 無 法 長 久 使 用 於 是 我 們 討 論 改 變 設 計, 將 細 塑 膠 管 由 寶 特 瓶 瓶 蓋 處 插 入, 直 到 瓶 底, 另 一 頭 以 針 筒 抽 水, 塑 膠 管 口 出 水 後 把 針 筒 移 除, 利 用 課 本 提 到 的 虹 吸 原 理 引 水 ( 三 ) 記 錄 : 1 細 塑 膠 管 滴 流 的 速 率 要 多 快 呢? 2 我 們 先 將 木 板 夾 住 細 塑 膠 管, 調 整 螺 絲 鬆 緊 控 制 水 量, 滴 入 量 筒, 測 量 1 毫 升 的 水 大 約 幾 滴? 如 表 一 ( 表 一 ) 10 毫 升 20 毫 升 30 毫 升 平 均 1 毫 升 第 一 次 滴 數 95 195 298 10 第 二 次 滴 數 100 201 304 10 第 三 次 滴 數 103 204 305 10 第 四 次 滴 數 105 202 295 10 二 各 種 盆 栽 每 天 各 需 澆 多 少 水? ( 一 ) 選 擇 盆 栽 : 大 小 不 一 的 花 盆 四 盆 ( 二 ) 訪 問 園 藝 店 : 1 以 目 前 初 夏 的 天 氣 來 說, 氣 溫 大 約 在 20-29, 花 草 類 植 物 最 好 是 早 晚 各 澆 一 次 水, 水 必 須 澆 透, 讓 盆 栽 底 部 排 出 水 即 可 ; 金 桔 類 只 需 土 壤 全 乾 再 澆 水, 而 且 要 看 土 壤 保 水 程 度 來 決 定, 約 一 天 一 次 或 兩 天 一 次 2 問 過 專 家 後, 我 們 都 恍 然 大 悟 難 怪 不 管 是 學 校 或 家 裡 的 金 桔 的 葉 子 都 快 掉 光 了 3 我 們 決 定 修 正 澆 水 的 習 慣 ( 三 ) 為 了 節 約 用 水, 我 們 將 編 號 1 2 3 號 盆 栽 早 晚 各 澆 一 次 水, 而 編 號 4 號 的 金 桔 則 是 每 天 早 上 只 澆 一 次 水 ( 四 ) 步 驟 與 結 果 : 1 在 前 一 天 黃 昏 放 學 前, 將 盆 栽 澆 透 到 底 部 排 水 孔 流 出 水 來, 靜 置 一 晚 隔 天 早 上 用 量 杯 澆 水 到 盆 栽 底 部 排 水 孔 出 水 為 止 紀 錄 各 盆 栽 所 需 水 量 2

2 金 桔 盆 栽 一 天 只 在 早 上 澆 一 次 水 連 續 三 天 測 量 早 晚 所 需 的 水 量 ( 時 間 約 是 早 上 到 校 及 放 學 後 ) 如 表 二 ( 表 二 ) 編 號 1 編 號 2 編 號 3 編 號 4 第 一 天 早 上 7:30 495 395 258 455 下 午 5:00 512 410 268 第 二 天 早 上 7:30 490 388 251 448 下 午 5:00 520 403 262 第 三 天 早 上 7:30 498 375 246 440 下 午 5:00 508 408 255 平 均 一 次 ( 毫 升 ) 504ml/12hr 396ml/12hr 257ml/12hr 448ml/24hr 3 理 論 上 如 果 滴 流 速 率 穩 定, 編 號 1 的 盆 栽 12 小 時 澆 一 次 水 量 約 為 500 毫 升, 換 算 成 滴 水 速 率 為 500 毫 升 =5000 滴 12 小 時 =12 60 60 秒 =43200 秒 所 以 43200 秒 5000 滴 =8.64 秒 / 滴 4 以 上 述 方 式 換 算 其 他 盆 栽, 得 表 三 : ( 表 三 ) 編 號 1 編 號 2 編 號 3 編 號 4 滴 流 速 率 ( 秒 / 滴 ) 8.6 10.8 16.6 19.2 三 以 木 板 螺 絲 製 成 的 滴 流 調 節 器 可 行 嗎? ( 一 ) 製 作 過 程 : 1 到 特 力 屋 購 買 每 條 100 公 分 長 口 徑 5 mm 的 細 塑 膠 管 2 使 用 4mm 厚 的 木 板, 以 線 鋸 鋸 成 長 寬 大 約 5cm 的 大 小, 將 兩 片 木 板 疊 合 3 接 著 用 電 鑽 鑚 出 兩 個 間 距 為 2.5cm 的 洞, 細 塑 膠 管 夾 在 兩 片 木 板 打 出 的 兩 個 洞 的 垂 直 連 線 上, 用 螺 絲 及 螺 帽 旋 緊 4 螺 帽 用 熱 熔 膠 槍 固 定 在 木 板 上, 目 的 是 避 免 轉 動 螺 絲 時 鬆 動 或 木 板 跟 著 轉 動 5 統 一 將 調 節 器 夾 在 中 間, 塑 膠 管 一 頭 放 進 儲 水 桶 中, 儲 水 桶 置 於 離 地 面 高 度 為 110 公 分 的 鐵 窗 上, 塑 膠 管 另 一 頭 用 針 筒 抽 水, 經 虹 吸 現 象 流 出 後, 移 除 針 筒, 再 調 節 兩 邊 螺 絲, 約 等 待 3 分 鐘, 讓 水 剛 好 能 夠 完 全 停 止, 再 慢 慢 放 鬆 螺 絲 ( 二 ) 調 鬆 方 式 : 1 我 們 將 螺 絲 轉 動 一 圈 等 分 8 格 2 先 轉 1 號 螺 絲 1 格 (1/8 圈 ), 再 轉 2 號 螺 絲 1 格 (1/8 圈 ), 接 著 再 轉 1 號 螺 絲 1 格 (1/8 圈 ), 以 此 方 式 輪 流 調 整 螺 絲 鬆 緊 度 紀 錄 轉 動 螺 絲 的 圈 數 與 水 滴 流 的 速 率 關 係, 如 表 四 3

( 表 四 ) 1 1 號 螺 絲 旋 鬆 ( 格 數 ) 1 格 1 格 2 格 2 格 2 號 螺 絲 旋 鬆 ( 格 數 ) 0 格 1 格 1 格 2 格 每 1 分 鐘 滴 數 18 滴 28 滴 48 滴 66 滴 每 2 分 鐘 滴 數 38 滴 56 滴 95 滴 130 滴 每 3 分 鐘 滴 數 57 滴 85 滴 145 滴 195 滴 平 均 滴 流 數 ( 滴 / 分 鐘 ) 19 滴 28 滴 48 滴 65 滴 ( 三 ) 結 果 : 1 從 實 驗 數 據 中 發 現 : 螺 絲 愈 放 鬆, 出 水 流 量 愈 大 我 們 真 的 可 以 用 這 個 裝 置 來 控 制 虹 吸 作 用 的 出 水 量 2 重 複 上 述 步 驟 測 2 號 3 號 4 號 紀 錄 如 表 五 ( 表 五 ) 2 1 號 螺 絲 旋 鬆 ( 格 數 ) 1 格 1 格 2 格 2 格 2 號 螺 絲 旋 鬆 ( 格 數 ) 0 格 1 格 1 格 2 格 每 1 分 鐘 滴 數 10 滴 24 滴 56 滴 98 滴 每 2 分 鐘 滴 數 19 滴 49 滴 110 滴 197 滴 每 3 分 鐘 滴 數 29 滴 71 滴 167 滴 295 滴 平 均 滴 流 數 ( 滴 / 分 鐘 ) 10 滴 24 滴 56 滴 98 滴 3 1 號 螺 絲 旋 鬆 ( 格 數 ) 1 格 1 格 2 格 2 格 2 號 螺 絲 旋 鬆 ( 格 數 ) 0 格 1 格 1 格 2 格 每 1 分 鐘 滴 數 16 滴 30 滴 64 滴 87 滴 每 2 分 鐘 滴 數 33 滴 62 滴 128 滴 175 滴 每 3 分 鐘 滴 數 47 滴 92 滴 194 滴 263 滴 平 均 滴 流 數 ( 滴 / 分 鐘 ) 16 滴 31 滴 64 滴 88 滴 4 1 號 螺 絲 旋 鬆 ( 格 數 ) 1 格 1 格 2 格 2 格 2 號 螺 絲 旋 鬆 ( 格 數 ) 0 格 1 格 1 格 2 格 每 1 分 鐘 滴 數 12 滴 23 滴 48 滴 125 滴 每 2 分 鐘 滴 數 24 滴 46 滴 95 滴 251 滴 每 3 分 鐘 滴 數 37 滴 70 滴 145 滴 376 滴 平 均 滴 流 數 ( 滴 / 分 鐘 ) 12 滴 23 滴 48 滴 125 滴 3 由 表 五 紀 錄 的 數 據 看 出 : (1) 不 同 條 的, 螺 絲 緊 度 與 滴 流 量 差 異 很 大 (2) 同 一 條, 螺 絲 愈 鬆, 滴 流 量 愈 大 (3) 若 螺 絲 調 整 好, 固 定 不 動,3 分 鐘 內 的 滴 流 速 率 是 穩 定 的 四 若 持 續 多 日, 滴 流 速 率 能 穩 定 嗎? ( 一 ) 實 驗 步 驟 : 1 將 5 公 升 的 儲 水 桶 固 定 在 鐵 窗 的 欄 杆 上, 儲 水 桶 距 離 地 面 高 度 為 (110) 公 分 2 調 整 螺 絲 的 鬆 緊 度, 測 量 每 小 時 出 水 量 ( 二 ) 實 驗 紀 錄 : 紀 錄 連 續 五 天 每 小 時 的 出 水 量 4

1 第 一 天 測 量 的 數 據 ( 表 五.1) 第 一 天 儲 水 桶 累 積 滴 流 水 量 ( 毫 升 ) 水 位 降 低 編 號 1 編 號 2 編 號 3 編 號 4 1 小 時 (8:00 9:00) 0.5cm 44cc 35cc 21cc 19cc 2 小 時 (9:00 10:00) 0.9cm 80cc 66cc 38cc 35cc 3 小 時 (10:00 11:00) 1.2cm 106cc 93cc 52cc 47cc 4 小 時 (11:00 12:00) 1.4cm 125cc 115cc 62cc 55cc 5 小 時 (12:00 13:00) 1.6cm 142cc 132cc 71cc 58cc 6 小 時 (13:00 14:00) 1.7cm 154cc 145cc 76cc 59cc 7 小 時 (14:00 15:00) 1.8cm 163cc 152cc 79cc 59cc 8 小 時 (15:00 16:00) 1.8cm 168cc 156cc 81cc 59cc 2 第 二 天 測 量 數 據 : (1) 儲 水 桶 補 水 到 原 有 高 度 (2) 重 新 調 整 螺 絲 鬆 緊 度, 使 滴 流 速 率 恢 復 預 定 值 ( 表 五.2) 第 二 天 儲 水 桶 累 積 滴 流 水 量 ( 毫 升 ) 水 位 降 低 編 號 1 編 號 2 編 號 3 編 號 4 1 小 時 (8:00 9:00) 0.5cm 44cc 35cc 21cc 19cc 2 小 時 (9:00 10:00) 0.9cm 87cc 69cc 42cc 38cc 3 小 時 (10:00 11:00) 1.4cm 129cc 102cc 60cc 53cc 4 小 時 (11:00 12:00) 1.7cm 169cc 133cc 77cc 65cc 5 小 時 (12:00 13:00) 2.1cm 206cc 161cc 92cc 75cc 6 小 時 (13:00 14:00) 2.4cm 239cc 186cc 103cc 82cc 7 小 時 (14:00 15:00) 2.7cm 268cc 207cc 113cc 87cc 8 小 時 (15:00 16:00) 2.9cm 292cc 225cc 121cc 90cc 3 第 三 天 測 量 數 據 : (1) 補 水 到 儲 水 桶 直 到 原 有 高 度 (2) 重 新 調 整 螺 絲 鬆 緊 度, 使 滴 流 速 率 恢 復 預 定 值 ( 發 現 調 鬆 幅 度 比 前 一 天 小 ) ( 表 五.3) 第 三 天 儲 水 桶 累 積 滴 流 水 量 ( 毫 升 ) 水 位 降 低 編 號 1 編 號 2 編 號 3 編 號 4 1 小 時 (8:00 9:00) 0.5cm 45cc 36cc 23cc 21cc 2 小 時 (9:00 10:00) 1.0cm 88cc 71cc 46cc 41cc 3 小 時 (10:00 11:00) 1.4cm 132cc 104cc 65cc 57cc 4 小 時 (11:00 12:00) 1.8cm 173cc 136cc 81cc 68cc 5 小 時 (12:00 13:00) 2.2cm 210cc 163cc 95cc 77cc 6 小 時 (13:00 14:00) 2.5cm 245cc 187cc 105cc 83cc 7 小 時 (14:00 15:00) 2.7cm 277cc 208cc 114cc 87cc 8 小 時 (15:00 16:00) 2.9cm 305cc 227cc 119cc 91cc 5

4 第 四 天 測 量 數 據 : (1) 儲 水 桶 補 水 到 原 有 高 度 (2) 螺 絲 鬆 緊 度 幾 乎 不 用 調 整 滴 流 速 率 即 恢 復 預 定 值 ( 表 五.4) 第 四 天 儲 水 桶 累 積 滴 流 水 量 ( 毫 升 ) 水 位 降 低 5 第 五 天 測 量 數 據 : (1) 每 小 時 紀 錄 數 據 時, 順 便 補 水 到 原 有 高 度 (2) 螺 絲 幾 乎 不 用 調 整 6 綜 合 五 天 的 實 驗 紀 錄 發 現 : 剛 開 始 調 整 好 的 出 水 量, 時 間 一 長, 出 水 量 會 跟 著 降 低, 第 一 天 最 明 顯, 第 二 天 之 後 也 有 出 水 量 降 低 的 情 形 (1) 研 判 : 第 一 天 的 出 水 量 隨 時 間 的 流 逝 而 快 速 減 少, 可 能 是 因 塑 膠 管 剛 被 木 板 夾 住, 彈 性 還 很 大, 所 以 我 們 將 螺 絲 旋 得 較 緊 以 便 調 整 到 適 當 的 出 水 量, 這 樣 的 緊 度 到 第 二 天, 塑 膠 管 彈 性 較 鬆 弛 了, 相 較 第 一 天 的 旋 緊 的 狀 態, 原 本 的 緊 度 就 變 得 太 緊, 導 致 出 水 量 在 第 二 天 大 幅 減 少 (2) 結 果 : 滴 流 調 節 器 ( 木 板 加 螺 絲 裝 置 ), 須 經 一 天 的 適 應 期 之 後 才 可 穩 定 使 用 編 號 1 編 號 2 (3) 觀 察 : 第 二 天 以 後, 每 小 時 出 水 量 隨 著 時 間 會 稍 微 減 少, 猜 測 會 不 會 是 儲 水 桶 水 位 降 低 的 關 係? (4) 找 答 案 : 設 計 右 圖, 當 儲 水 桶 水 位 降 低 時, 瓶 底 開 孔 出 水 的 強 度 就 減 弱 了, 也 就 是 說 水 平 噴 水 的 距 離 變 短 了 於 是 我 們 再 做 一 次 實 驗 每 編 號 3 編 號 4 1 小 時 (8:00 9:00) 0.5cm 45cc 36cc 23cc 21cc 2 小 時 (9:00 10:00) 1.0cm 89cc 72cc 47cc 42cc 3 小 時 (10:00 11:00) 1.4cm 133cc 105cc 66cc 62cc 4 小 時 (11:00 12:00) 1.8cm 174cc 138cc 83cc 70cc 5 小 時 (12:00 13:00) 2.2cm 212cc 166cc 97cc 78cc 6 小 時 (13:00 14:00) 2.5cm 247cc 190cc 108cc 84cc 7 小 時 (14:00 15:00) 2.8cm 279cc 211cc 118cc 89cc 8 小 時 (15:00 16:00) 3.0cm 309cc 230cc 124cc 92cc ( 表 五.5) 第 五 天 儲 水 桶 累 積 滴 流 水 量 ( 毫 升 ) 水 位 降 低 編 號 1 編 號 2 編 號 3 編 號 4 1 小 時 (8:00 9:00) 0.5cm 45cc 36cc 23cc 21cc 2 小 時 (9:00 10:00) 0.5cm 90cc 72cc 46cc 42cc 3 小 時 (10:00 11:00) 0.5cm 135cc 108cc 68cc 63cc 4 小 時 (11:00 12:00) 0.5cm 179cc 143cc 91cc 83cc 5 小 時 (12:00 13:00) 0.5cm 224cc 178cc 114cc 102cc 6 小 時 (13:00 14:00) 0.5cm 267cc 213cc 135cc 122cc 7 小 時 (14:00 15:00) 0.5cm 310cc 246cc 155cc 142cc 8 小 時 (15:00 16:00) 0.5cm 352cc 278cc 176cc 160cc 6

小 時 紀 錄 出 水 量 時, 順 便 將 儲 水 桶 的 水 位 補 充 到 原 有 的 水 位 高 度 (5) 實 驗 中 發 現 : 的 出 水 口 要 在 收 集 的 水 杯 水 面 上, 如 果 是 將 管 口 放 在 杯 底, ( 三 ) 結 論 : 綜 合 以 上 紀 錄, 完 成 表 六 等 到 被 水 淹 過 之 後, 管 口 在 水 面 下, 因 水 壓 力 的 關 係, 會 阻 礙 滴 流 管 正 常 出 水 這 樣 會 導 致 出 水 量 減 少, 甚 至 停 止 ( 表 六 ) 累 積 滴 流 水 量 ( 毫 升 ) 編 號 1 編 號 2 編 號 3 編 號 4 1 小 時 (8:00 9:00) 45cc 36cc 23cc 21cc 2 小 時 (9:00 10:00) 90cc 72cc 46cc 42cc 3 小 時 (10:00 11:00) 135cc 107cc 68cc 63cc 4 小 時 (11:00 12:00) 180cc 141cc 92cc 84cc 5 小 時 (12:00 13:00) 225cc 178cc 115cc 104cc 6 小 時 (13:00 14:00) 269cc 214cc 137cc 124cc 7 小 時 (14:00 15:00) 313cc 249cc 161cc 144cc 8 小 時 (15:00 16:00) 357cc 284cc 185cc 163cc 平 均 出 水 量 (ml/hr) 45cc 36cc 23cc 20cc 1 發 現 只 要 將 儲 水 桶 的 上 面 水 位 補 充 到 原 有 水 位 的 高 度, 也 就 是 水 面 離 出 水 管 口 垂 直 距 離 保 持 固 定, 大 致 上 每 小 時 的 出 水 量 就 能 保 持 固 定 2 經 過 討 論, 我 們 決 定 設 計 能 夠 自 動 補 水 的 裝 置 來 保 持 儲 水 桶 水 位 固 定 五 自 動 補 水 的 裝 置 ( 一 ) 運 用 馬 桶 水 箱, 每 當 使 用 完 並 沖 水 之 後, 水 箱 就 會 自 動 補 水 的 原 理 設 計 出 圖 二 圖 二 圖 三 ( 二 ) 經 測 試 發 現 : 如 果 靠 橡 皮 筋 的 彈 力 來 頂 住 水 的 壓 力, 橡 皮 筋 只 要 彈 性 疲 乏 後, 水 流 會 無 法 停 止 於 是 再 次 修 正 改 良, 設 計 出 圖 三 ( 三 ) 運 用 槓 桿 原 理, 以 浮 球 邊 長 力 臂 的 力 道 去 推 動 短 力 臂 端 往 上 頂, 但 需 顧 慮 到 裝 置 要 能 完 全 放 入 儲 水 桶, 所 以 長 力 臂 不 能 太 長, 且 長 力 臂 需 有 足 夠 的 力 道 頂 開 短 力 臂, 所 以 在 浮 球 端 加 5 個 螺 帽 ( 四 ) 如 圖 三 : 1 將 濾 水 器 接 管 (4 分 管 和 3 分 管 ) 套 在 一 起, 再 找 到 適 當 直 徑 的 玻 璃 彈 珠, 彈 珠 必 須 剛 好 可 以 放 入 4 分 管 內, 但 又 可 以 被 3 分 管 頂 住 2 彈 珠 與 3 分 管 的 接 處 無 法 密 合 會 漏 水, 於 是 使 用 免 釘 黏 土 來 止 漏 3 從 馬 桶 的 自 動 補 水 裝 置 中 知 道 : 可 利 用 槓 桿 原 理, 槓 桿 長 度 須 配 合 五 公 升 大 小 的 寶 特 瓶, 所 以 不 能 太 長 槓 桿 的 材 料 選 自 曬 衣 架 的 鐵 線 7

4 當 水 位 降 低 時,5 個 螺 帽 + 浮 球 的 重 量 會 使 長 力 臂 下 降, 而 讓 短 力 臂 向 上 頂 開 彈 珠, 此 時 水 會 流 入 儲 水 桶 內 當 儲 水 桶 的 水 位 上 升 到 設 定 的 高 度, 浮 球 上 浮, 彈 珠 堵 住 洞 口 使 進 水 停 止 5 問 題 : (1) 需 要 多 少 螺 帽 的 重 量 才 能 將 彈 珠 頂 離 3 分 管, 讓 水 流 進 儲 水 桶? (2) 需 要 多 少 螺 帽 才 能 頂 開 彈 珠 與 彈 珠 上 方 的 水 柱 重 量? 6 嘗 試 將 4 分 管 加 長, 如 右 圖 : 從 4 分 管 上 方 倒 水, 測 量 不 同 數 量 的 螺 帽 + 浮 球 的 重 量 能 頂 開 多 少 水 柱 高 度, 並 在 4 分 管 上 註 記 測 量 出 的 水 柱 高 度 得 表 七 數 據 ( 表 七 ) 浮 球 端 螺 帽 數 量 ( 個 ) 能 頂 開 彈 珠 的 最 大 水 柱 高 度 ( 公 分 ) 5 個 螺 帽 ( 現 有 裝 置 ) 33( 公 分 ) 6 個 螺 帽 ( 現 有 裝 置 ) 37( 公 分 ) 7 個 螺 帽 ( 現 有 裝 置 ) 41( 公 分 ) 8 個 螺 帽 ( 現 有 裝 置 ) 45( 公 分 ) 9 個 螺 帽 ( 現 有 裝 置 ) 50( 公 分 ) 當 浮 球 端 螺 帽 數 量 達 到 10 顆 螺 帽 時, 浮 球 的 浮 力 已 無 法 使 裝 置 上 浮 了, 故 停 止 實 驗 (1) 有 了 補 水 裝 置, 計 算 盆 栽 每 天 共 需 澆 水 2700 毫 公 升, 在 裝 置 上 層 需 安 裝 水 箱, 若 使 用 家 庭 號 鮮 乳 瓶 作 為 水 箱, 則 每 桶 裝 水 2750 毫 公 升, 以 3 天 為 一 個 澆 水 單 位, 需 要 3 個 鮮 乳 瓶, 以 連 通 管 方 式 將 鮮 乳 瓶 串 聯, 成 為 一 個 大 水 箱 (2) 配 合 鐵 窗 安 裝 好 水 箱, 測 量 水 箱 距 離 儲 水 桶 彈 珠 的 高 度 為 36 公 分, 根 據 表 七 的 數 據, 在 補 水 裝 置 的 浮 球 端 安 裝 6 個 螺 帽, 順 利 的 完 成 補 水 動 作 六 不 同 的 飲 料 杯 吸 管 彎 頭 離 杯 底 高 度 及 短 邊 吸 管 口 長 度, 與 盛 裝 水 量 有 沒 有 關 係? ( 一 ) 分 析 : 細 塑 膠 管 不 斷 的 滴 水, 會 使 土 壤 一 直 處 在 潮 濕 狀 態, 對 植 物 根 部 的 成 長 不 好 8

1 運 用 虹 吸 原 理 設 計 定 量 水 杯 : 自 然 課 本 中 曾 提 到 九 龍 公 道 杯, 是 先 將 的 水 收 集 到 水 杯 裡, 再 完 整 出 水 澆 一 次 花 2 調 整 水 杯 中 吸 管 彎 頭 的 長 度, 看 看 彎 頭 吸 管 的 長 度 和 水 量 有 無 關 係? 3 使 用 不 同 的 資 源 回 收 飲 料 杯, 將 杯 底 用 電 烙 鐵 熔 出 一 個 洞, 洞 口 徑 約 是 彎 頭 吸 管 的 口 徑 大 小, 插 入 吸 管 後, 再 用 免 釘 黏 土 來 防 漏 ( 二 ) 實 際 測 量 不 同 的 飲 料 杯 吸 管 彎 頭 離 杯 底 的 高 度 及 短 邊 吸 管 口 長 度 與 能 存 的 水 量 有 無 關 係? ( 三 ) 實 驗 步 驟 : 一 直 往 飲 料 杯 內 倒 水, 直 到 彎 頭 吸 管 下 端 開 始 出 水 為 止 記 錄 每 次 的 出 水 ( 表 八 ) 吸 管 彎 頭 離 杯 底 高 度 量, 每 種 飲 料 杯 皆 測 3 次 測 量 結 果 如 表 八 短 邊 吸 管 口 長 度 小 杯 豆 漿 杯 (ml) 中 杯 塑 膠 杯 (ml) 大 杯 塑 膠 杯 (ml) 特 大 紅 茶 杯 (ml) 1 公 分 1 公 分 19 25 29 67 2 公 分 1 公 分 34 36 40 72 3 公 分 1 公 分 38 42 47 78 4 公 分 1 公 分 45 48 54 82 5 公 分 1 公 分 55 58 63 90 2 公 分 2 公 分 53 60 70 139 3 公 分 2 公 分 70 74 75 143 4 公 分 2 公 分 81 87 90 146 5 公 分 2 公 分 103 112 116 154 3 公 分 3 公 分 89 92 117 180 4 公 分 3 公 分 109 116 121 191 5 公 分 3 公 分 138 143 149 203 4 公 分 4 公 分 134 138 155 234 5 公 分 4 公 分 148 156 161 259 5 公 分 5 公 分 167 170 190 325 ( 四 ) 測 量 結 果 : 1 不 斷 往 杯 子 加 水, 當 水 面 超 過 彎 頭 吸 管 高 度 時, 水 即 從 吸 管 下 端 流 出 2 水 不 斷 的 流 出, 直 到 水 位 降 到 吸 管 短 邊 管 口 處, 水 就 不 再 流 出 了 9

3 流 出 的 水 量 決 定 於 : (1) 吸 管 短 邊 的 長 度, 也 就 是 水 位 差 (2) 飲 料 杯 內 徑 的 大 小 ( 五 ) 修 正 : 從 結 果 得 知 我 們 要 選 擇 適 當 ( 依 照 盆 栽 所 需 的 水 量 多 寡 ) 的 飲 料 杯 1 作 法 : (1) 測 量 盆 栽 半 天 (12hr) 及 一 天 (24hr) 所 需 的 水 量 (2) 依 照 測 出 的 各 盆 栽 需 水 量 選 擇 適 當 容 量 的 飲 料 杯 (3) 調 整 彎 頭 吸 管 的 短 邊 長 度, 使 水 杯 每 次 流 出 的 水 量 都 符 合 盆 栽 的 需 水 量 2 注 意 : (1) 避 免 蚊 蟲 孳 生 定 量 水 杯 每 一 次 出 水, 都 要 盡 量 流 光 (2) 流 光 杯 內 的 水 吸 管 短 邊 管 口 須 盡 量 靠 近 杯 底, 使 虹 吸 作 用 能 吸 光 杯 內 的 水 3 選 擇 : 用 燒 杯 將 水 倒 入 定 量 杯, 用 量 杯 測 量 每 一 次 定 量 杯 自 動 出 水 的 水 量 如 表 九 ( 表 九 ) 盆 栽 盆 栽 1 盆 栽 2 盆 栽 3 盆 栽 4 塑 膠 杯 520cc 420cc 270cc 460cc 彎 頭 吸 管 短 邊 長 12 公 分 10 公 分 7 公 分 11 公 分 第 1 次 出 水 523 毫 升 412 毫 升 265 毫 升 450 毫 升 第 2 次 出 水 530 毫 升 419 毫 升 272 毫 升 458 毫 升 第 3 次 出 水 527 毫 升 425 毫 升 275 毫 升 468 毫 升 第 4 次 出 水 535 毫 升 421 毫 升 278 毫 升 475 毫 升 平 均 一 次 出 水 529 毫 升 419 毫 升 272 毫 升 463 毫 升 ( 六 ) 發 現 : 1 第 一 次 加 水 到 吸 管 彎 頭 處 時 規 律 出 水, 結 果 是 符 合 預 期 2 第 二 次 再 加 水, 定 量 杯 的 水 量 只 到 原 先 的 一 半 左 右, 虹 吸 現 象 就 出 水 了, 結 果 讓 我 們 驚 訝 3 反 覆 加 水 觀 察, 發 現 是 前 一 次 出 水 後, 有 少 量 的 水 留 在 長 邊 吸 管 內, 詢 問 老 師 才 知 道 : 原 來 是 吸 管 和 水 之 間 的 附 著 力, 讓 水 存 在 吸 管 內 部 所 以 再 次 加 水 後, 定 量 杯 內 水 位 上 升, 擠 壓 到 吸 管 內 的 空 氣, 使 得 吸 管 長 邊 處 的 水 掉 落, 導 致 虹 吸 作 用 提 早 發 生 七 如 何 解 決 定 量 杯 提 早 出 水 的 問 題? ( 一 ) 觀 察 討 論 : 定 量 杯 出 水 後, 彎 頭 吸 管 內 如 果 有 水 柱 停 留, 我 們 能 將 吸 管 內 的 水 吸 乾, 定 量 杯 就 可 以 恢 復 正 常 出 水 量 ( 二 ) 解 決 : 1 如 果 將 彎 頭 吸 管 的 口 徑 加 大, 應 該 可 以 解 決 吸 管 和 水 之 間 的 附 著 力 的 問 題, 但 市 面 上 使 用 的 較 大 口 徑 的 吸 管 並 沒 有 彎 頭 的 設 計 2 如 果 能 讓 吸 管 裡 面 殘 留 的 水 柱, 不 會 因 再 次 加 水 而 受 到 壓 力 造 成 快 速 流 動, 是 不 是 就 可 以 解 決 定 量 杯 提 早 出 水 的 問 題? (1) 不 斷 嘗 試, 直 到 有 位 同 學 在 長 邊 吸 管 內 塞 進 了 一 條 橡 皮 筋, 讓 水 能 以 較 不 順 暢 的 方 式 繼 續 流 通, 竟 然 解 決 了 棘 手 的 出 水 問 題! 10

八 設 計 自 動 定 時 定 量 澆 花 器 裝 置 : ( 一 ) 解 決 各 項 問 題 後, 我 們 調 整 螺 絲 鬆 緊 度, 使 滴 流 速 率 能 在 12hr 時 累 積 定 量 水 杯 水 的 水 量, 就 可 以 在 12 小 時 出 水 一 次 ( 二 ) 解 決 無 法 24 小 時 紀 錄 問 題 : 1 整 個 實 驗 裝 置 是 架 設 在 學 校, 而 我 們 在 學 校 的 時 間 只 有 7:30am 到 5:00pm, 無 法 精 確 得 知 出 水 時 間 2 媽 媽 的 定 時 煮 飯 裝 置 : 我 們 選 擇 傳 統 指 針 型 的 小 型 鬧 鐘 來 設 計, 讓 定 量 杯 出 水 時, 會 造 成 時 鐘 斷 電 這 樣 指 針 就 能 停 留 在 出 水 的 時 刻 (1) 作 法 : 先 將 兩 片 金 屬 片 與 時 鐘 以 電 線 串 連 成 一 個 通 路, 當 金 屬 片 相 接 觸 時 是 通 路, 時 鐘 是 正 常 運 作 ; 當 金 屬 片 分 開 時, 電 路 則 是 斷 路, 時 鐘 停 止 運 轉 下 方 的 金 屬 片 用 熱 熔 膠 固 定 於 量 杯 底 部, 另 一 片 金 屬 片 上 方 固 定 一 塊 海 綿 如 右 圖 (2) 完 成 裝 置 後, 在 原 本 擺 盆 栽 的 地 方 先 放 置 量 杯, 當 量 杯 無 水 時, 兩 片 金 屬 片 接 觸 電 流 流 通, 時 鐘 是 正 常 運 作 的, 當 定 量 杯 的 水 注 入 替 代 盆 栽 的 量 杯 內 時, 海 綿 會 往 上 浮 起, 使 兩 片 金 屬 片 分 開 而 斷 電, 時 鐘 的 指 針 就 會 停 留 在 出 水 時 刻 3 原 本 讓 兩 片 金 屬 分 開 而 斷 電 的 海 綿, 實 驗 後 發 現 : (1) 海 綿 與 金 屬 片 重 量 太 輕, 不 容 易 與 下 方 的 金 屬 片 緊 密 接 觸 如 果 金 屬 片 無 法 確 實 緊 密 接 觸, 隨 時 都 有 斷 電 的 可 能, 這 樣 會 嚴 重 影 響 實 驗 結 果 (2) 先 將 金 屬 片 改 成 螺 帽, 卻 發 現 海 綿 的 浮 力 太 小, 水 注 入 量 杯 時, 無 法 往 上 浮 起 (3) 將 海 綿 換 成 浮 力 較 大 的 塑 膠 空 瓶, 配 合 裝 置 大 小, 選 擇 眼 藥 水 空 瓶 與 螺 帽 相 黏, 實 驗 後, 確 定 此 裝 置 確 實 可 行 4 有 了 定 時 裝 置, 即 使 不 在 學 校, 也 能 準 確 得 知 定 量 杯 出 水 的 時 間 ( 三 ) 修 正 : 1 定 量 杯 是 用 回 收 飲 料 杯, 多 日 的 實 驗 後 發 現 : (1) 飲 料 杯 杯 口 太 大 未 加 蓋, 在 集 水 的 過 程 中, 容 易 有 沙 子 小 蟲 或 枯 葉 等 雜 物 吹 11

進 杯 中, 造 成 出 口 阻 塞 (2) 杯 口 口 徑 大, 將 飲 料 杯 綁 在 窗 戶 邊 的 花 架 上 時, 不 容 易 平 衡 直 立, 過 程 中 因 不 穩 翻 倒 過 數 次 2 經 討 論, 我 們 改 使 用 寶 特 瓶 : (1) 瓶 身 較 窄 且 瓶 口 可 加 蓋, 也 容 易 綁 在 花 架 上 (2) 將 瓶 蓋 用 電 烙 鐵 熔 出 適 合 插 入 的 洞 口, 再 將 滴 流 管 插 入 3 受 阻 : 出 水 有 減 慢 的 狀 況 觀 察 許 久 發 現 : (1) 寶 特 瓶 為 密 封 容 器, 容 器 內 的 空 氣 佔 有 空 間, 無 法 排 出 (2) 瓶 內 空 氣 無 法 排 出, 會 阻 礙 進 水 4. 解 決 : (1) 喝 養 樂 多 時, 如 果 只 開 一 個 洞, 要 很 努 力 吸 才 喝 得 到 不 過 只 要 在 洞 口 對 面 再 開 一 個 小 洞, 就 能 輕 鬆 的 把 飲 料 喝 完 於 是 我 們 也 在 寶 特 瓶 的 接 近 瓶 蓋 的 瓶 身 上 方 鑽 一 個 小 洞, 讓 瓶 內 空 氣 可 以 順 利 排 出, 確 實 解 決 了 出 水 減 慢 的 問 題 ( 四 ) 配 合 定 量 寶 特 瓶 測 出 水 量 及 出 水 時 間 : 1 在 3/22 放 學 前, 將 裝 置 1 2 及 3 安 裝 好 計 時 時 鐘 放 在 盛 水 量 杯 內 2 4 在 3/23 上 午 7:30 第 一 次 安 裝 計 時, 將 定 量 寶 特 瓶 內 的 水 倒 完 紀 錄 實 驗 如 表 十 表 十 1 2 3 4 搭 配 定 量 寶 特 瓶 500 毫 升 400 毫 升 250 毫 升 450 毫 升 第 一 次 出 水 日 期 時 間 3/23 上 午 5:23 3/23 上 午 5:48 3/23 上 午 6:05 3/23 上 午 7:30 第 二 次 出 水 日 期 時 間 3/23 下 午 5:32 3/23 下 午 5:26 3/23 下 午 5:51 3/24 上 午 7:18 第 三 次 出 水 日 期 時 間 3/24 上 午 5:49 3/24 上 午 5:09 3/24 上 午 5:37 3/25 上 午 7:00 第 四 次 出 水 日 期 時 間 3/24 下 午 5:56 3/24 下 午 4:46 3/24 下 午 5:26 3/26 上 午 7:04 第 五 次 出 水 日 期 時 間 3/25 上 午 6:12 3/25 上 午 4:38 3/25 上 午 5:04 3/27 上 午 6:45 4 實 驗 之 後, 我 們 從 數 據 中 得 到 出 水 時 間 及 水 量 都 符 合 我 們 的 期 望 12

伍 研 究 結 論 一 以 細 塑 膠 管 用 虹 吸 作 用 引 水 澆 花 是 可 行 的, 但 儲 水 桶 須 放 在 比 盆 栽 高 的 地 方, 才 能 使 虹 吸 作 用 引 水 二 虹 吸 作 用 水 流 太 大, 要 使 用 調 節 水 流 量 的 裝 置, 於 是 我 們 以 木 板 和 螺 絲 製 成 的 可 調 節 流 量 的 控 制 裝 置 三 虹 吸 作 用 會 隨 著 上 方 儲 水 桶 水 位 降 低 而 使 出 水 量 變 慢 四 為 了 使 儲 水 桶 的 水 位 能 夠 保 持 一 定, 我 們 製 作 自 動 補 水 裝 置, 使 水 位 能 保 持 恆 定 五 為 了 能 一 次 加 水 後, 多 天 使 用 ( 三 天 ), 又 受 限 上 層 補 水 箱 是 選 用 資 源 回 收 的 家 庭 號 鮮 乳 瓶, 容 積 不 夠 大, 於 是 我 們 用 連 通 管 原 理 連 接 多 個 水 箱, 並 設 計 水 位 刻 度 標 示 六 基 於 寶 特 瓶 各 項 優 點, 選 擇 寶 特 瓶 作 為 虹 吸 原 理 的 定 量 出 水 水 杯 ( 一 ) 寶 特 瓶 有 瓶 蓋 : 1 可 減 少 蒸 發 2 雜 物 不 會 掉 落 瓶 內 3 避 免 滋 生 蚊 蟲, 預 防 登 革 熱 ( 二 ) 寶 特 瓶 瓶 身 細 長 : 1 材 質 較 堅 固 2 方 便 固 定 七 設 計 以 浮 力 方 式 斷 電 的 小 時 鐘 裝 置, 方 便 精 確 測 量 出 水 時 間 陸 討 論 一 以 木 板 螺 絲 所 組 成 的 滴 流 調 節 器, 需 經 過 一 到 三 天 的 時 間 適 應, 讓 夾 住 的 塑 膠 管 彈 性 疲 乏 後, 才 能 較 準 確 的 維 持 滴 流 量 二 儲 水 桶 水 位 高 度 離 出 水 口 需 維 持 一 定 的 高 度, 否 則 調 節 器 的 流 量 ( 螺 絲 的 鬆 緊 度 ) 又 需 重 新 調 整, 整 套 設 備 一 經 設 置 後, 最 好 不 要 移 動 這 是 最 不 方 便 的 地 方 三 加 入 的 水 必 須 乾 淨, 以 免 懸 浮 物 阻 塞 滴 流 調 節 器, 這 是 缺 點, 每 次 加 水 時 必 須 要 密 切 注 意 的 事 項 柒 參 考 資 料 及 其 他 一 第 48,49 屆 全 國 科 展 二 康 軒 版 國 小 四 下 自 然 與 生 活 科 技 課 本 ( 虹 吸 作 用 連 通 管 原 理 ) 三 康 軒 版 國 小 六 下 自 然 與 生 活 科 技 課 本 ( 槓 桿 原 理 ) 四 北 安 路 金 石 園 藝 店 13

評 語 080119 1. 表 達 能 力 頗 佳 2. 題 材 有 實 用 性, 控 制 變 因 探 討 宜 再 深 入 3. 建 議 提 出 適 用 性 的 說 明 4. 作 品 可 考 慮 圖 表 的 整 理