全國中小學科展

第53屆--民國102年

微生物燃料電池的研究

本實驗首先取乳酸菌、酵母菌、AB優酪乳、生態池水當作菌種,使用葡萄糖、蔗糖、果糖當做營養液,觀測其放電電壓。發現無論哪一種菌或營養液,都可以發電,但是以葡萄糖當營養液的發電電壓最大。以自己培養的大腸桿菌來發電,發現最大電壓可以達到0.9伏特,循環營養夜持續發電22小時,電壓仍可維持在0.7伏特以上。改變燃料電池的造型,圓柱筒型電池,可以得知陽極碳織布的電極面積並非越大越好,且陰極的電極位置越靠近下層碳粉,放電電壓沒有改變,但是放電電流會加大。淺盆型的電池,電壓較小,也較不穩定。利用三個淺盆型的電池串聯,可以使LED燈泡發光4~5個小時以上。若利用大腸桿菌分解剩飯,也可以測到0.5伏特左右的電壓。

水管捲捲捲

「物理馬戲團」這本書有個實驗是,將水倒入捲成圓形的水管中,會流不出來,我們想研究這個現象。首先改變纏繞的水管圈數,發現上升水位會改變,而增加的高度與所繞圓柱體的直徑相等。改變圓柱體的直徑,發現圈數增加,上升水位也增加。而改變水管纏繞密度,則不影響實驗。將水管纏繞為橢圓狀,發現橫軸長改變,不影響上升水位高度;若縱軸長改變,則上升水位高度會增加。改變水管為波浪狀,發現影響上升水位高度的仍然是波浪垂直高度及波浪數目。 最後,探討過程中水管內產生的空氣柱,發現是導致上升水位改變的主因;而且,封閉空間的空氣柱,會符合波以耳定律。也證實,只要水管纏繞圈數夠多或纏繞的垂直高度夠大,的確會造成水流不出來的現象。

神秘魔法石,銅銅抓起來

學校及工業的硫酸銅廢液處理已有多種方法,然而我們研究出全新的方法,利用大理石吸附並去除水中的銅離子,不但可以使硫酸銅廢液達到放流標準,且可以回收硫酸銅晶體。我們加入氨水使溶液呈深藍色,再用分光光度計測波長590nm的吸收度,發現大理石對各種銅鹽均可吸附而表面呈藍綠色,大理石質量越大、顆粒越小則飽和吸附量越大,初始pH值不影響飽和吸附量,低溫時,吸附速率及飽和吸附量均下降。我們證明大理石吸附硫酸銅為化學吸附作用,表面藍綠色附著物為鹼式碳酸銅。我們又發現無灰粉筆也可以吸附銅離子,所以廢棄粉筆有了新用途。最後我們把已吸附銅離子的藍綠色大理石,利用硫酸洗出銅離子,經由再結晶得到硫酸銅晶體,回收率達91%以上。

逆境求生─幫助綠豆在“鹽逆境”中生長的實驗與研究

本實驗探討綠豆在鹽逆境的生長,我們設計了一個培養容器,可以穩定地維持鹽分濃度。實驗結果顯示,海水和食鹽水濃度3.5%以下均不影響綠豆萌芽,食鹽水濃度0.1%~0.3%對綠豆生長影響不大;在0.4%~0.5%濃度時綠豆生長明顯下降;而濃度超過0.5%以上,綠豆生長得很差,甚至不生長,證實了鹽逆境會抑制綠豆生長。研究發現在正常培養環境中,添加氧、醣類或肥料可以提高綠豆在自來水中的生長,但無法降低食鹽水所造成的負面影響。經由比較其他離子對於綠豆生長的影響,我們發現除了滲透壓的共同影響之外,造成鹽逆境的關鍵因素可能是鈉離子。於是我們透過在食鹽水中添加鈉離子阻斷劑,以干擾鈉離子進入細胞的機制;或在食鹽水中加入鉀、鈣、鎂離等不同的離子,希望透過離子拮抗的作用來降低高濃度鈉離子對綠豆生長的負面影響,結果發現利用這些方法,可在一定範圍內,改善鹽逆境對綠豆所造成的生長抑制情形。

雜草也能做電池?

利用車前草以「打汁過濾法」萃取葉綠素液,再以100毫升+4克洋菜粉比例製作葉綠素膠作為電解質。以銅片(4cm×1.5cm)為正極、鋅片(4cm×1.5cm)為負極,有最好的發電效率(0.828V、0.72mA)。串聯5組電池,可讓LED燈持續發光66小時,滴水後亦能持續發光。顯示利用平時視為雜草的植物,也可作為新一代的能源

一『碘』一滴,『硫』『金』歲月

本次實驗我們利用了自來水、蒸餾水並定出時間、溫度的差別去比較何種方法能夠有效洗出存在於金針乾製品中的二氧化硫。且我們利用酸鹼中和的原理,比較碳酸銨在有光處、陰暗處,以及不同的克數吸附二氧化硫的量。又配合著日常生活能夠輕鬆取得的檸檬汁、小蘇打和氯化鈉進行去二氧化硫的能力比較。最後比較使用骨碳和活性碳吸附二氧化硫的能力。並以直接碘滴定法去測量其中二氧化硫的含量。

鼻涕蟲運動會

我們以運動會形式測試各種不同配方的鼻涕蟲,實驗過程非常有趣,很適合將比賽過程推廣給其他小朋友自製鼻涕蟲挑戰。綜合實驗結論如下:要做一個好的鼻涕蟲選手,需要考慮因素有軟、硬和彈性。愈軟延展性愈好;愈硬不容易變形,但也容易碎裂;位於中間者彈性佳。增加飽和硼砂溶液的水溫和硼砂溶液量可以使鼻涕蟲變得比較硬。增加膠水量和水量會使鼻涕蟲變得比較軟,其中水量的影響最明顯。實驗結束後發現,以含有PVA膠水製成摻有鐵沙粉的鼻涕蟲不太會生鏽,反之,其他黏膠做成的鼻涕蟲都會生鏽,我們推測原因是鐵砂被硬化的膠水包覆,沒有和氧氣接觸,所以不太會生鏽,後來我們以四氧化三鐵代替鐵粉,才解決了生鏽的問題。

妖魔之海百慕達沉船解謎─模擬甲烷水合物學說探討液體的浮力與沉船的關係

百慕達三角一直以來,籠罩著神秘的面紗。關於此區所發生的離奇事件,眾說紛紜!在各種假說中,可以用科學邏輯驗證的,當屬「甲烷水合物學說」。本組利用二手的壓克力透明桶,以蜘蛛爐改裝為氣體輸入裝置,自製第一代氣泡產生模擬槽,更換不同的輸入氣體、不同的流速、以及不同的密度液體模擬沉船之可能,經縣賽教評審議重新改良為第二代模擬槽,以第二模代擬槽提高實驗精密度,並增加深度、溫度等變因。發現液體(海水)中出現氣泡,浮在此區域水面的浮體(船)確實會下沉,當氣泡流速愈快,浮體下沉程度越顯著。本組認為:當浮體下沉,相對而言液體的密度因此改變,氣泡與浮體(船)接觸,在交界面所提供的支持力也較低,兩者是導致沉船的主因。

解『色』--探究自製光譜儀之校正方法與應用於水溶液濃度分析--

經過使用DVD來自製光譜儀儀器不斷的設計改良,本實驗得到很好的分光效果,病應用自由軟體Image-J畫素分析得到光譜數據。另外,探究以日光燈、固定波長的紅光雷射、綠光雷射作為光譜數據分析校正(自訂校正公式),誤差率僅為標準光照的千分之1.5~1.8之間。最後,使用自製DVD光譜儀觀察不同濃度的硫酸銅,硫酸鋅及硫酸、氯化亞鈷的水溶液吸收光譜。結果發現硫酸銅在紅光的區域有吸收,但是硫酸鋅及硫酸並無明顯的吸收。最後驗證此自製便宜的光譜儀可以觀測到硫酸銅吸光度有隨濃度變化,雖然方法較為繁複,但可為節省經費的分光度計設計與應用。

羽置今拾-應用羽球重心斜面力學整列與拋物線的省力收集器

為達到省力且不傷羽毛的大量撿球技術,我們開始進行資料的收集以及實際的測試。針對羽球的特性進行分析後,發現因羽球的重心因素,導致其掉落時,呈現底部朝下的狀態,並且產生偏置的現象,會造成收集上的困難。為克服羽球掉落時位置不固定的問題,因此我們開始思考如何對羽球進行「整列」的動作。本組以實際操作,分別七個動作,清楚說明整列動作、力學原理及拋物線收集。過程中我們運用羽球的重心、簡單的斜板力學原理,以達成省力收集羽球的目標。在模型、成品製作的過程中,我們也學習到手工具的應用,各式材料的使用與加工方式、了解其內涵與體會到製造設計的精神,未來,可大量應用在生活上的收集整列機器上。