全國中小學科展

第60屆--民國109年

音箱 別有洞天

本研究自行發展了自製音箱與撥弦工具,並試圖對不同形狀的音箱、不同的音孔數和不同的音孔形狀進行操縱,最後我們獲得了16組實驗數據並進行交叉比對,同時對各種組合音箱的最大響度進行比較。結果發現最大響度順序為:正方形音箱搭配正方形單孔音孔板>長方體音箱搭配正方形雙孔音孔板>橢圓柱體音箱搭配正方形單孔音孔板>圓柱體音箱搭配正方形雙孔音孔板,由此得知:底面為矩形的音箱>底面為圓形橢圓形的音箱,且單孔效果較雙孔好,正方形音孔表現最佳。

「銅」「矽」合力-探討不同條件下矽藻土吸附銅離子的差異

本研究探討「矽藻土」對重金屬吸附的特性,利用其高孔隙率以及其他性質來吸附重金屬,並改變不同的變因來觀察其對重金屬吸附的影響。 首先,我們探討不同矽藻土的狀況對吸附量的影響,發現使用2g矽藻土靜置24小時吸附銅離子的效益最高,當溶液50℃時吸附量最大、吸附速率最快。在不同種類矽藻土的吸附效果比較中發現農業用的吸附效果最好,但工業用矽藻土吸附性價比最高。另外我們觀察不同溶液特性對吸附的影響,發現背景電解質濃度愈高,吸附效果愈差;矽藻土吸附銅離子的能力會隨著溶液的pH值降低而變差,並以此原理反脫附矽藻土進行再利用。最後使用氫氧化鈉改質矽藻土,發現改質後矽藻土的表面特性會隨之改變,進而增加對銅離子的吸附能力。

蜂蜜結構紋路之探討

以自製顯微鏡搭配行動載具進行實驗,探討蜂蜜結構紋路之成因。實驗結果:1. 將蜂蜜加入不同溫度的水搖晃,發現溫度越低,結構紋路存在的時間越長;2. 結構紋路的維持時間與「黏度」及「糖度」為正相關;3. 以不同溶劑進行實驗,發現加入濃度75 %的酒精,結構紋路存在的時間最久,約為水的三倍;4. 利用界面活性劑破壞水的表面張力,觀察到表面張力變小,結構紋路存在的時間也變長。因此推論「表面張力」與「溶解速度」是影響蜂蜜結構紋路維持時間的兩大主因。另外,單一成分的飽和糖水溶液,所形成的結構紋路形狀較一致,呈現五邊形和六邊形,兩邊夾角都接近120度;而成分複雜的蜂蜜及鬆餅糖漿所形成的結構紋路則呈現不規則形狀。

錯中有序-部分錯排列的關係與討論

把 個箱子依序編號後排成一排,接著把 顆球也依序編號,這樣一來每個球都有相對應的箱子可以放入。如果今天我們隨意的將球放置在箱子裡,再觀察球跟箱子的編號是否一致,我們可以發現到三種情形: 第一種:每顆球剛好都放進所對應號碼的箱子 第二種:有些球剛好放進所對應號碼的箱子,而有些沒有 第三種:每顆球皆沒有放進所對應號碼的箱子 除了第一種之外,其他兩種有很多種排列的方法數,在考量到排列總數量或是錯誤排列個數這兩個變因後,最後我們得出一個關係式為f(n,t)×Πk=n+x-t-y+1n+xk/Πk=n-t+1nk×Σk=2t+y[(-1)k×1/k!]/Σk=2t[(-1)k×1/k!]=f(n+x, t+y) ,其中n, t, x, y ϵΝ且n≧t>1、n+x≧t+y>1

農夫的好夥伴—和雜草說再見

木瓜種子外層的膠狀物質(假種皮或外種皮)中可能含有植物生長抑制物質,所以將此物質撥下配成溶液,希望此溶液能用來抑制雜草生長。我們以常見的鬼針草種子為測試對象,也使用了番茄的假種皮配成溶液,觀察並記錄下抑制種子萌發的最佳方式。以下是我們在這次實驗所發現的: 一、 當假種皮在抑制劑內的比例愈高,抑制效果愈好。 二、 番茄和木瓜配置抑制溶液,木瓜的抑制效果較好。 三、 青木瓜和熟木瓜配置抑制溶液,青木瓜的抑制效果較好。 四、不同植物的測試,如綠豆和鬼針草,抑制溶液有不同的效果,希望抑制溶液能不影響作物。 本基礎實驗期望可用於農地雜草的抑制,以天然的物質取代化學藥劑,讓丟棄的木瓜種子,廢物再利用。

探討影響海洲骨碎補生長方向的環境因素

植物向性的研究大多以種子植物為研究對象,探討蕨類向性的文獻相當少。本研究將探討海洲骨碎補根狀莖頂端(150微米以內)是否有不對稱生長的現象,並討論生長方向與環境因子關係。利用根狀莖頂端的顯微切片及分析,發現頂端組織會因根側與背根側細胞大小不同而造成根狀莖頂端背離接觸物,而澱粉粒頂端區域及細胞內的分布與重力無關。但葉綠體在頂端組織有分布不均的現象;且根狀莖頂端會受藍光(波長440到450奈米)刺激而偏向藍光光源生長。綜合以上發現我們認為光是使其根狀莖頂端不對稱生長的原因。另外,植株在著生樹幹上並不因莖頂的偏離而大幅度彎曲生長,可能與莖頂的新生不定根的定錨作用有關,且莖頂會受水分所牽引。

強強滾–探討不同變因對圓柱體滾動之影響

本實驗在探討不同變因對圓柱體滾動的影響,實驗結果得知,圓柱體內部重量與滾動 快慢沒有絕對關係,而圓柱體內部重量分布位置不同,對滾動的方向、快慢及形式則有 相當影響。重量相同時,重量分布在圓周比分布在軸心的滾得慢,但滾得久,滾得遠。而圓柱體能否滾動與整體重心位置和支點間是否產生力矩有關。若裝入半滿內容物,此時圓柱體是否滾動,則要考慮內容物是否移動,造成整體重心改變和支點是否產生轉動的力矩。裝半滿黏稠液體加入彈珠,會使重心位置緩慢改變,滾動速度也變得極為緩慢,但在坡度角度變大時,內容物則會隨著圓柱體的滾動,呈現翻轉的現象,圓柱體滾動速度也會變快。

交換訊息

從廣告影片中也能發掘有趣的數學題目。 本作品主要研究從廣告「交換名片」發想的數學問題:試求全體人員完成一對一交換名片所需最少輪數,我們得到最佳解;由於交換名片屬於交換訊息的一種,所以我們探討更一般化的情況,設計兩種交換訊息的方式:「攜帶」與「分送」,找出這兩種所需的最少輪數。前者的最少輪數和「2的n次方」有關;後者的最少輪數則利用「費氏n-步數列」解決。最後我們比較了三種方式的最少輪數。

蕨鬥吧!FIRE!-以塵爆進行孢子脂質分析研究

本研究試圖探討「使用含有脂質的蕨類孢子進行塵爆實驗會有什麼樣的效果?可否藉由塵爆實驗結果分析孢子成分」,於是我們使用玉米粉和石松、海金沙孢子進行研究。實驗過程中觀察粉末的各種物理性質,並以染色法分析孢子脂質含量,最後進行開放系統和密閉系統的塵爆實驗並交叉比對。結果發現,石松與海金沙孢子在塵爆過程中因其生物結構特性而會有劈哩啪啦的聲響,且海金沙因孢子之孢粉素殘留會有黑煙出現。密閉系統的塵爆實驗中,我們得到粉末的塵爆威力大小為:石松>海金沙>玉米粉,此結果與孢子脂質含量分析有直接相關。

「鐵」定吸引你-探討奈米磁性氧化鐵對重金屬離子的吸附效果

我們採用共沉澱法製造出奈米級磁性氧化鐵(Fe3O4),接著探討此物質對不同重金屬離子的吸附效果,從而確立其應用在吸附並移除重金屬離子的可行性。我們發現奈米級磁性氧化鐵對於銅離子及鉛離子,其每公克最大吸附量分別為5.64×10-4及4.20×10-4莫耳/50分鐘。接著我們使用單寧酸對奈米磁性氧化鐵進行改良,再對銅離子及鉛離子進行吸附,其每公克最大吸附量分別為5.60×10-4莫耳/50分鐘及7.31×10-4莫耳/20分鐘。我們發現改良前後的奈米磁性氧化鐵對於銅離子的吸附效果差異不大;而改良後的奈米磁性氧化鐵對鉛離子的吸附量能達到未改良的2.61倍。最後推論最佳吸附銅離子是使用0.25克的奈米磁性氧化鐵放置50分鐘;而最佳吸附鉛離子是使用單寧酸改良後奈米磁性氧化鐵0.1875克放置20分鐘。