全國中小學科展

高級中等學校組

實驗探究轉動液體的遲滯現象

U形管繞著鉛直軸轉動時,如果鉛直軸和管的對稱軸未重疊,管中流動的液體會發生遲滯(Hysteresis)現象;利用三叉管、方形盒、圓柱筒和方形筒做實驗,發現液體在五種不同形狀的容器中都會發生遲滯現象。 U形管、三叉管、和方形盒轉動時,旋轉盤的轉速由慢漸快時,液柱高度在特定轉速時會大幅度的升高,旋轉盤的轉速由快漸慢時,液柱高度在特定轉速時會小幅度的下降,作液柱高度和轉速的關係圖,會呈現遲滯曲線。 圓柱筒和方形筒繞鉛直軸轉動時,遲滯現象會隨著鉛直軸轉盤中心點距離而異,液面觸底後乾燥區會呈現圓、橢圓、三角形和部分橢圓等不同圖樣。

低氧處理對發芽米GABA含量的影響

本研究探討發芽米在不同的低氧處理方式與條件下,對米內GABA(γ-aminobutyrate acid)含量變化的影響。從茶葉GABA研究的報告中發現,經低氧處理再回氧重複多次能夠提升GABA含量。因此本研究透過帶殼、糙米、去胚糙米的材料,並以低氧與回氧交互處理,找出合適的處理方式與條件。首先,觀察不同發芽米經低氧處理後之GABA含量的變化,發現帶殼米的中GABA含量最高。接著我們以帶殼米為材料,調整低氧與回氧處理之時間點,發現帶殼米經12小時浸水加上回氧2小時再加上12小時浸水為最佳處理方式。最後,我們比較不同材料在真空和浸水處理後GABA含量的變化,並測定GAD酵素的活性變化。結果發現在真空環境下帶殼米GABA的含量最高,且GABA含量隨GAD酵素提升而增加,而隨後去殼會減少20%的GABA。

磷酸銀修飾二硫化錫奈米複合結構:應用於光催化二氧化碳還原反應

本研究利用水熱法合成 C-SnS2光觸媒,再藉由化學水浴沈澱法(CBP)將Ag3PO4奈米顆粒還原在 C-SnS2 表面,得到複合半導體Ag3PO4@C-SnS2。我們分別以C-SnS2和Ag3PO4@C-SnS2進行人工光合作用,將二氧化碳還原為可用能源,並探討兩者的差異。藉由電子顯微鏡、X光繞射儀、紫外-可見光光譜儀、傅立葉轉換紅外線光譜儀、X光光電子能譜儀和氣相層析儀,分析樣品的晶體結構、能隙、吸光範圍和二氧化碳還原反應的氣體產物。最後,發現複合物Ag3PO4@C-SnS2的光化學量子效率較純的C-SnS2高,也就是此複合物能有效的提升二氧化碳還原效率。

誰的課綱?-探討108課綱實施情形與相關因素之影響

身為適用108課綱的第一屆,我們常聽到同儕討論學習歷程的相關事宜。這讓我們想研究新課綱對於學生的影響並探討108課綱之核心素養與教育改革最終欲達成的目的。我們先研讀完課綱資料,使用網路問卷調查,並分析511個高雄地區普通高中的同學對於108課綱新加入的內容(學習地圖、學習歷程、校訂必修、彈性時間、自然探究等......)提出的想法。 我們發現(一)學習地圖對學生沒有產生很大的幫助、(二)新課綱中的新設計中,同學對學習歷程檔案的滿意度較低、(三)自然科學探究與實作需加強論證與建模的能力養成、(四)高分群組的學生對新課綱的滿意度較低分組同學高。 我們建議應多重視學習弱勢學生的學習感受,才能讓課綱變成是照顧到所有學生的好課綱。

以單鐵源合成磁性氧化鐵之探討

本研究嘗試利用「自製磁吸裝置」來探討傳統合成Fe3O4的條件、並開發以「草酸亞鐵」為前驅物經過氧化氫系統氧化合成Fe3O4的方法,成功控制以單一亞鐵源合成Fe3O4。為了能夠量產Fe3O4,實驗以「窯燒」方式進行,使不同含鐵起始物隔絕氧氣並在高溫下重新排列組合。由於部分鐵源所製出的產物磁性強卻具雜質,因此我們採用虎克定律作為輔助以判別磁性差異。 實驗發現需要適當pH環境與反應速率才能得到磁性的Fe3O4產物。在熱裂解方法中,以「草酸亞鐵」作為前驅物進行600℃、2小時封窯加熱後所製成的Fe3O4雜質少且磁性佳。實驗以銅置換反應及鐵硫氰鹽、普魯氏藍等顯色方法為依據,鑑定起始物在高溫下的磁性產物中不含鐵元素,最後也以科學上具有公信力的XRD證明此結果。

颱風降水量的區域差異分析:空間內插法與逐步迴歸法的運用

本研究以探討臺灣颱風降水量的區域差異分析為主題,蒐集中央氣象局颱風資料庫1958至2014年間發布警報的颱風資料進行研究,運用GIS空間內插法、SPSS逐步迴歸分析法進行空間差異分析。研究成果得知臺灣各測站的歷年颱風平均降水量具有顯著空間差異,運用GIS空間內插法可推估臺灣各地降水量分布,其中以反距離權重法(IDW)的誤差率最低,其成果可作為具體繪製颱風降水量分布圖的依據,進而提供防災單位參考。 各路徑代表性颱風逐時降水量分析顯示,隨著時間序列及行進路線,颱風降水量變化趨勢也各有顯著差異。運用SPSS進行逐步迴歸分析,建立五個代表測站的逐時降水量推估迴歸方程式,可作為颱風逐時降水量推估的參考。

機車防傾倒安全裝置

本研究係針對「機車防傾倒安全裝置」進行設計、實作及測試,係以改良目前機車側柱之相關元件與控制方式為方向,利用一根裝有鋼珠的V型彎管內之鋼珠感應機車傾倒超過設定角度時,自動觸發機車側柱放下,而於機車可能傾倒前產生安全防護效果,當機車傾倒角度回復變小時,並可自動收回機車側柱,並於機車後座設置側柱手動開關,以利於機車後方採用手動方式操控側柱,方便於狹小停車格進行機車停車及取車。本創作之主要特色包括:(1)可感應機車傾倒角度而自動觸發機車側柱放下或收回,(2)可讓機車於狹小停車格便利進行停車及取車,(3) 具警示側柱是否作動中之功能。本作品主體下方並連接彈簧而裝設於木板平台上方,以利呈現機車左右傾斜/回復的情形。

「黑金」-醬油製程中廢棄黑豆汁之研究

本研究利用醬油製程中廢棄的黑豆汁以期達到循環經濟之效益。結果得知廢棄的黑豆汁清除DPPH自由基、清除ABTS+陽離子自由基的能力與還原能力皆隨濃度提高而明顯上升,且濃度2mg/ml之萃取物高達83%與對照組維生素C 88%相近,故具優良的抗氧化能力。再者黑豆汁萃取物對黴菌無抑制生長的能力,但具有縮小豬脂肪細胞體積與促進油脂釋出的作用。最後利用黑豆汁原液添加20%黑糖製成飲品並進行感官品評,結果顯示20歲以下族群,甘甜味與香氣喜好度最高,整體感覺良好,可用於保健飲品開發。故醬油製程中的黑豆汁不是廢棄物,而是可以善用的「黑金」,不僅可改善因自由基或氧化物所造成之傷害,還能符合永續農業、廢物再利用的目的,具有市場發展的潛力。

面對橢圓的微笑

本研究以丹德林球體為發想基礎,將空間中平面與圓柱、圓錐面節痕所產生的圓錐曲線展開至平面並觀察其表現。發現圓柱面上的橢圓在圓柱面展開為平面後將形成餘弦函數圖形,此外我們也此想法推廣至平面的任意函數,推導任意直角坐標函數取一定範圍捲成圓柱面後的表現。而圓錐面上的橢圓、拋物線、雙曲線在圓錐面展開為扇形,並將扇形的角度擴張為完整平面後,將形成平面上的新圓錐曲線,並且平面上圓錐曲線的類型和圓錐面上圓錐曲線類型相同。

海洋雙渦漩系統之探究

本研究透過分析海表面溫度及衛星測高等遙測資料、觀察海洋雙渦漩系統,並且以U、V 兩方向流速數據繪製流線進行比對,我們追蹤紐澳之間以及澳洲西邊的八組雙渦漩系統,發現雙渦漩系統遇到地形邊界會分開並退回,另外還能將溫暖的海水帶向高緯度。我們又以實驗模擬雙渦漩系統,探討其構造、並且確認雙渦漩系統會互相傳遞物質與熱量,以及攜帶物質與熱量前進。另外當雙渦漩系統連結處遇到較細小的阻礙物時,會先斷開,通過障礙物後立刻又會接上;當遇到大型阻礙物時,雙渦漩則會順著邊界彼此分開並退行;當雙渦漩系統往水深愈來愈淺的水域移動時,渦漩垂直結構會傾斜,下方連結處移動較慢,雙渦漩會平行等深線先靠近再分開,而後沿著邊界退行。