全國中小學科展

第57屆--民國106年

大地的眼淚-地震對土壤液化的影響

本研究主要探討台南市中西區某國中於2016年0206地震後校園內噴沙現象形成的原因,針對造成土壤液化的可能因素,包括土質、水、地震等因素進行實驗分析,其中取樣不同來源的土壤,探討其土壤密度、孔隙率、含水量、滲透率等對土壤液化所造成的影響。 研究中設計的不同地質組成,並透過震盪器的震盪作用,來了解造成土壤在震後重新排列、噴砂、測潰現象的成因。並透過自製水分滲透機構,來測量不同土質達到飽和所需要的時間,來了解不同地質組成對含水量的承受力。 最後設計一個固定方向的自製水平震盪機構,模擬不同角度的震波來源,對建築物的影響,進一步來推論校園中造成的噴砂現象的成因,探討相關土壤液化的防治與因應對策。

激光四射―雷射圈之性質探討

本研究探討雷射光照射細長圓柱所形成雷射圈的成因及性質,並做出整體的歸納與分析,例如不同材質的圓柱如何影響雷射圈的形成、雷射光入射角與雷射圈半徑的關係,甚至用雷射圈特性反推圓柱折射率等等。 這些現象中最令我們感好奇的是雷射光照射尼龍線等透光材質產生的折射、反射與干涉現象,在實驗中我們發現有一部分雷射光會經由反射或折射路徑投射到尼龍線後方,使雷射圈後面亮度增加且有干涉條紋,亮度方面可由司乃耳定律及反射定律解釋;至於干涉可由微積分、反三角函數等數學推導來解釋。我們相信此研究將來有助於材料工程應用,並可作為光學教學教材。

藤本植物的傳奇 -川七生活史及其向觸性與植物生長素(IAA)關係之探討

川七中文名稱為洋洛葵,學名Anrederacordifolia,洛葵科(Basellaceae)洋洛葵屬之多年生藤本植物。本研究重點為攀附物體對川七生長速率的影響以及向觸性的形成機制探討。攀附物體前川七莖生長速度較緩慢且莖有日趨木質化的現象,攀附物體之後主莖生長速率是攀附前的7.1倍。本實驗以X光繞射、吸收光譜、表面增益拉曼射線,以及顯微照相的技術進行實驗,結果顯示,IAA於川七莖部的分布並不平均,捲曲莖接觸面的IAA含量高於非接觸面IAA含量。由於植物生長素IAA在植物體內只有奈克(ng)的量且萃取不易,因此在向觸性與IAA關係研究方面,一直是未解之謎。本研究開啟了向觸性研究的新契機,也成功以物理的方法證實了IAA濃度在川七莖接觸面與非接觸面確實有分布、量及結構上的差異。

忽快忽慢的彩虹彈簧圈

本次研究主要想針對各式的彈簧圈進行波動的相關研究,因為彈簧圈本身的彈力常數小,因此以懸空方式施以擾動來探討波的特性實在不易,若置於桌面上拉長則因摩擦力的緣故也不易實驗。經過多次的實驗嘗試,我們把塑膠彈簧捲成圓圈,平放在平台上以旋轉式振盪器振動,發現有些彈簧會在特定的外加頻率下,不論何種材質的平台,可以讓轉動及旋轉的運動能量大幅降低,進而以物理原理推論捲起來的彈簧自然頻率與彈力常數的相關性。金屬彈簧圈與塑膠彈簧圈於本研究中有非常創新的發現,除了在自然頻率時彈簧的旋轉與轉動明顯下降外,還有發現彈簧圈的順轉、逆轉與內旋、外旋,在接近自然頻率前後,運動會有明顯的方向改變。

捕光捉影—自製光譜儀的分析與應用

市售光譜儀已搭配整合電腦分析軟體以及較小型之實驗觀測槽,確實可應用在高中課程上,例如定量未知濃度之溶液濃度以及充當秒錶反應之反應終止判斷依據,而如要測定難溶性鹽類之沉澱速率發現沉澱太快且難定義沉澱速率,但是此裝置仍可以測量沉降速率。而自製幾種光譜儀確實亦都可以拍出各光源之光譜圖,但自製目鏡光譜儀模組更可輕易拍出光譜圖,此實驗測量模組實際應用上只要搭配相機、固定光源以及電腦軟體如Tracker、Excel等,即可成功定量在不同環境下可見光光譜各波長之相對強度,進而應用於環境光譜之監測,讓我們可以盡量避免空氣中細懸浮微粒之危害。

「異」想「添」開~影響化學黏土及磁性黏土之因素探究與應用

我們嘗試利用生活中常得看到的食品或添加物來與膠水混合進行交聯作用,加入磁鐵粉後製成化學磁性黏土,並且不斷改良自製檢測儀器物性測量,綜合實驗結果得到以下結論: 1、我們將儀器利用馬達自動化,並自製儀器能有效的測量物性。 2、我們發現以玉米澱粉複合交聯的化學黏土,在低濃度硼砂下,具極高度延展性,並能降低黏性,其電阻低,方便用於導電的線路上。 3、我們發現以甲基纖維素複合交聯的化學黏土,在極低硼砂濃度下,具有展性及黏性,可做成除塵黏土;而在一般濃度下,可製成具高彈性及高延性的化學黏土,使用性更廣。 4、我們以自製磁鐵粉,加入化學黏土中,結果不影響其的交聯性,能製作物品應用於生活當中。

種子機關槍-黃花酢醬草的種子彈射機制與傳播

五年級時學到有果實利用彈力傳播,而都市中的校園隨處可見黃花酢醬草,所以想瞭解黃花酢醬草的種子彈射機制。 由果實生長的特徵分為六期,種子非常成熟後,假種皮泡狀細胞水分減少,由種子側面翻開施力於心皮縫線兩側,與另一側的假種皮形成力矩,施力給種子將種子彈射出去。 我們觀察到果實下段的種子彈射角度較大,上段種子彈射角度較小,也算出彈射的初速度約6.88m/s,再算出種子的理想彈射距離與高度。與種子實際傳播距離和果實周圍葉片高度比較,發現空氣阻力影響種子彈射距離減少,而彈射角度使種子不會被果實周圍的葉片擋住,所以故判斷黃花酢醬草的種子彈射角度與速度能有效幫助種子順利傳播,適應現在都市中植物生長空間少的環境。

賣油翁

現在大量運用化石燃料,易造成大量環境汙染且其存量有限,所以引發我們對生質柴油的好奇。查資料發現:其可以大幅降低柴油引擎所排放的黑煙、未燃碳氫化合物、一氧化碳、以及多環芳香烴等毒性物質。生質能符合永續經營的理念,並非僅以處理為滿足,而是把生質物資源化與能源化,兼具能源與環保雙重貢獻。因此我們設計了幾個實驗想對生質能源有進一步了解。我們利用日常生活中易取得的油品,試著用其製造生質柴油,並尋找一個比例使反應最有效率轉換,使反應能有最明顯的轉酯化效果。接著依不同油種燃燒找出最好效能的油,再改變醇與油的比,提升反應產率,並測量產出的生質柴油熱值與價格,以方便我們未來可以運用。

硯裡乾坤—螺溪石與端溪石的比較研究

端硯為中國四大名硯之首,螺溪硯則是台灣特有的珍貴硯石。本文以濾紙過濾、墨液在宣紙上的擴散,觀測兩種硯石磨墨的顆粒大小;以imageJ軟體測量墨液的灰階值;並從硯石的密度大小、墨液被宣紙吸附的高度、水分蒸發的快慢、硬度的大小與研磨後硯石的耗損量,比較兩種硯石的特性。研究發現,端溪石比螺溪石的質地更為縝密、不吸水,水分不易被蒸發,墨液的碳粒也比較細緻,成色更黝黑,而且易被宣紙吸附。至於螺溪石的硬度則比端溪石大,久經研磨不易耗損。雖然端溪石比螺溪石更適合磨墨,但兩種硯石的性質差距不大,而且螺溪石具有獨特的針鋩,在研磨圈數達400圈後,磨出的墨液品質與端溪石一樣黝黑油亮,都是非常優質的硯石。

光與熱—再探葉下珠上舉運動的特性

為更深入瞭解光與熱等環境因素,對葉下珠植物上舉運動的影響。運用3D列印技術提高自製顯微鏡的品質,並製作控溫箱來操控溫度變因。發現葉面上“光受器” 區域分布不均、特定波長範圍的光源和溫度升高皆可因發上舉運動。同時間照射不同波長的光對上舉程度有加成性,光與熱的刺激也會產生加成性。本研究提出光、熱和上舉運動三者之間的關係模型,運用這兩種加成性來解釋陽光照射時所產生的上舉程度,這不是單一光波長或熱能所造成的結果;並藉以探討膨壓所產生相關機械能的使用性。