全國中小學科展

第55屆--民國104年

反應結束了嗎?

以碘酸鉀為氧化劑並以澱粉為指示劑,加入硫酸後分別與多種還原劑反應。發現焦亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉、硫氰化鉀等使指示劑變藍。而焦亞硫酸鈉與碘酸鉀的反應常見於高中教材[1],[2];硫代硫酸鈉與碘酸鉀雖然有反應發生,但是反應時溶液生成沉澱物,推測有兩種以上的反應發生。硫氰根離子與碘酸鉀反應以動力學探討,得知速率定律式R(M/s)=k[IO3-][KSCN]2[H2SO4],k=2.9×105(M-3S-1)。產物檢測後,推測硫氰化鉀中的硫原子被氧化生成硫酸根離子。鐵離子檢測後溶液成血紅色,因硫氰化鉀濃度對反應為二級,一段時間後反應物濃度過低而難以反應完全,殘餘的硫氰根離子與鐵離子生成血紅色硫氰化鐵錯離子。

掉落的寶藏-落葉堆肥

使用化學肥料雖然效果快速,但與有機肥料相比,缺乏改善土壤性質的能力,且需要經常補充,過量會造成土壤酸化,甚至使水質惡化。所以利用生活中剩下的廚餘或是落葉來製作有機堆肥,省錢又環保。本實驗利用五種樹木的落葉來製作堆肥,並且分別添加米飯、香蕉皮和黃豆渣,我們想找出落葉和何種添加物共同發酵後製成的堆肥液,可以使綠豆的生長高度最高。實驗結果發現這五種樹木落葉添加香蕉皮一起發酵的實驗組別,落葉腐化的程度較佳,而且種植綠豆時,添加落葉和香蕉皮一起發酵的堆肥液,綠豆生長高度會較高,所以落葉腐化時,若加入適合的添加物,可以提升堆肥的效果。

「索瑪」頻道─索瑪立方塊的研究與探討

本研究旨在延伸傳統的三階索瑪立方塊至四階立方塊(即其方塊數為4×4×4),在不違背原先遊戲的精神之下,定義連方的組件並建立圖譜,透過探討組件可能的組成,意圖找尋能夠快速完成正方形造型的方式。研究過程中,透過不斷的探索、編碼、分類、整理與討論,我們分類出6種不同的成功組合類型,並找出此6種類型皆為有解。進一步分析後發現,這些解當中重複的組件,是能夠完成解法的重要關鍵。本研究不僅發現到關鍵性的組合要素,也為探尋索瑪立方塊在系統性的成功組合方法上,提供了可能且重要的基礎。

疲勞過度、醉不上道

本研究為汽車駕駛人準備發動車子時,會先透過感測器來檢測駕駛人是否有喝酒,檢測異常時無法發動引擎而行駛汽車,然而駕駛人在路上開車行進時是處於密閉空間,易造成二氧化碳濃度提升,使駕駛人體內血液含氧量降低易造成交通意外。當車內二氧化碳濃度過高時,會發出刺耳的蜂鳴聲和開啟車窗讓車內空氣對流,結合手機APP,透過藍芽和晶片同步,當手機收到二氧化碳濃度過高時,會將目前的位置由簡訊傳給緊急聯絡人,並由行車記錄站的即時監看和紀錄,滿足駕駛人單獨駕車時不自覺昏睡時的提前警示,接著又開發一組脈搏感測器可安裝在方向盤進行檢測,來加強預防駕駛者因過度疲勞而導致意外發生,其研究是來達到「疲」勞過度,「醉」不上道的預防目的。

溪的眼淚-樹梅坑溪污染調查與溪流自淨效應之研究

本研究的目的探討新北市淡水區樹梅坑溪污染,期間2014 年9 月~2015 年5 月。首先樹梅坑溪的污染來源,其次檢測樹梅坑溪的污染,檢測包括硝酸、亞硝酸、氨氮、磷酸、化學含氧、BOD、TDS、溶氧量、酸鹼度、透明度、濁度、重金屬等12 項。並利用低棲生物、RPI值、總體水質比對分析溪流的污染程度,以及研究溪流的自淨效應。研究結果,污染問題水源掠奪、養豬、家庭污水、溪流加蓋為主因。污染程度,源流區無污染,上游區中度污染,中游區輕度,下游區嚴重污染。豐水期與枯水期污染差異不大。短期與長期污染相似。三年來中游、下游地區水質明顯惡化。溪流自淨有降低污染的效果,建議整治用自然或生態工法改善溪流的水質。

Experimental Study on Self-designed Multi-layer-tank Water Damper for Mitigation of Structural Response

自製震動台模擬建築物受力時的振動模式;另設計多層容器(Multi-layer-tank)盛水的液體形式阻尼器,探討Depth Ratio(水深/容器長)、振幅、Mass Ratio(水質量/總質量)對減振效應的影響。實驗方法以「振動參數」(週期、衰減係數、時間)量化減振效應。調整Depth Ratio使水自然擺盪週期(Tn)接近震動台週期(TV)(PR = Tn / TV≒1),易產生碎波現象(wave breaking),造成系統能量消散,減振效應顯著。震動台振幅越大,碎波發生可能性越高,減振效應也越佳。且當PR≒1時,Mass Ratio變化對減振效應影響不顯著;若PR≠1,當Mass Ratio = 4.63 %,減振效應最顯著。實驗證實調整多層容器盛水液體阻尼器的特定參數,可有效達到減振效果。

「香椿」風情~客家「香菜」大解碼

本研究源自有一天,在電視上看到新聞報導說:「氧化對人體有害,而有些植物具有抗氧化效果,對身體健康有幫助。」因此,展開一連串研究客家香菜抗氧化之旅。 研究結果發現: 一、客家香菜中,以香椿抗氧化能力最好。 二、不同部位客家香菜,以紅蔥外皮及香椿的莖抗氧化能力最佳。 三、客家香菜液濃度愈濃,抗氧化能力愈好。 四、客家香菜汁液的量愈多,抗氧化能力愈好。 五、客家香菜煮熟後,大部分抗氧化能力下降。 六、川燙時間長短,會影響客家香菜抗氧化能力。 七、客家香菜加鹽、加糖後,抗氧化能力下降。 八、客家香菜加酸後,抗氧化能力變低;但加鹼性物質後,客家香菜的抗氧化能力變高。 九、客家香菜加酒、或加酒榨汁後,抗氧化能力增加。

空氣的流動主宰著飛機的上升、下降和停止

今年有一架飛機從松山機場起飛,不久就墜入河中,因而死傷不少。於是我們便進行不同變因的飛機實驗,來驗證飛機在起飛、下降時會受到哪些因素影響。 飛機的機翼是上面凸下面平的;也利用這樣的設計來製作、模擬機翼,並用各種方法來實作,結果機翼真的會上升。 設計各種不同的擋風板貼在機翼上,並且設計飛機滑行的軌道(14m),結果測出了飛機降落滑行時的時間,也就是不同的擋風板,會使飛機下降滑行時受到阻擋而慢下來。

以管窺波--探討壓力波在彈性管中的振盪效應

參考資料二的水錘實驗是探討充水剛性管壓力波的強度及週期;參考資料六的實驗是以距離除以時間求充水軟性管的波速;而高中共鳴空氣柱的實驗為空氣在剛性管中形成駐波,本實驗經由理論分析重新整理後,推論當波動在充填流體的彈性管中產生振盪時,為流體的彈性與管的結構、彈性在徑向上的串聯效應。 本實驗將彈性管充滿水置於木架上,一端接上注射針筒,另一端接上水箱。擠壓注射針筒產生波動,藉由感測器記錄波形讀取振盪時間,改變不同的變因,實驗數據支持理論分析。 最後利用理論計算出空氣在矽膠管共鳴時的波速是由空氣及管共同決定的,故波速小於(331+0.6t) m/s,實驗數據支持此推論,可知形成駐波的頻率,不只與管長有關,也與管徑、管壁厚度、材料有關。

神奇的殊途「同」歸—探討不同變因對於節拍器達到同步時間的影響

從影片看到多個節拍器,在數分鐘後,居然可以同步,好奇的我們開始構思適合的實驗裝置,探討影響同步時間的可能原因,最後整理出節拍器、吊線及板子三項因素。 在節拍器因素方面,我們發現節拍器越多、頻率越低、擺放間距越大、間距中心偏移越多,都會讓達到同步的時間增加。而且多個節拍器不同的撥法、擺放形狀都會影響同步的時間。 在吊線因素方面,吊線越長、越細、吊線材質較軟、固定位置越靠近板子中心、與板子間的夾角越大,也會讓節拍器同向同步的時間拉長。但從50度角減少時開始產生反向同步的現象。 至於板子因素,板子越重、表面材質摩擦力越大,會讓節拍器同步的時間增加,但相同重量時,板子厚度及材質並不會影響節拍器同步的時間。