全國中小學科展

第42屆--民國91年

大水何時來?!?上游降雨量與校園後方基隆河水位關係之探討

颱風過後,無水無電,到處泥濘,一年「又」一年,我們已見怪不怪了!然而,大水什麼時候來呢?基隆河上游到底降多少雨,汐止就會淹水,必須趕快撤離呢?我們決定找尋答案!利用自動水位記錄儀,紀錄校園後方基隆河的水位變化(自民國90年12月至今),江水位紀錄轉成圖表,配合上游的降雨量資料計算分析後,我們看到許多現象:(1)從潮汐變化了解汐止(水返腳)命名的由來。(2)比對汐止與淡水河口的滿潮時間差異,得知汐止滿潮時間約晚了2小時又13分鐘。(3)計算上游主要降雨量與洪峰到達的時間差,得知汐止洪峰時間延遲約9小時。(4)分析得出上游降雨量與校園後方基隆河水位關係式為y=0.3641x+112.85。我們進一步由關係式推估上游平均降雨量達85.4mm/hr時,校園後方的基隆河洪峰高度可能溢堤,此研究希望在雨季期間能提供預警撤離之參考,目前水位仍持續觀測中,未來取得更多資料,進一步修正方程式,更趨近實際狀況後,將可提供更準確之預警參考。

走到戶外地層就在我們四周

上自然課第四單元「地層岩石和礦物」,老師沒有帶我們到戶外去看地層,老師說:「臺\r 南市沒有什麼特別的地層」,只好觀察課本上的圖片,真是太美了。我們發現地層是一層\r 一層的,有水平的,有傾斜、有彎曲、也有褶曲的。在地層中有一層層的礫石、砂土,\r 也有一層層的板岩??,看完了,覺得如果能真的看到這些真實的地層該有多好。\r

哈日族狂想曲?利用自製日晷,探討太陽與影子變化的規律性

我們實驗發現,影子移動方向與太陽相反,長度變化具有規律性,軌跡呈拋物線形狀。我們並製作各種日晷模型,設計變因進行探討:「牙籤型日晷」的晷針方向朝北方,且以 90 度最佳;只要高度相同,改變「地平式日晷」晷針的角度並不會影響影子的軌跡;而「赤道式日晷」的影子軌跡圖則似一直線。最值得一提的是,為了探討太陽與影子的變化關係,我們不但推算太陽在天球運行的高度角、方位角等,還自製一半球,模擬太陽在天球運行。也從模擬實驗探討太陽的運行是規律的,但影子的移動卻是不等距的!此外,我們更進一步深入探討不同日期正午太陽高度角的變化,藉由太陽在天球運行軌跡模型可明顯觀察到,冬至後不同日期太陽在天頂的位置,有逐漸上升的趨勢。

垂直VS水平─震動對農作物產量的研究

我們這份作品主要是在探討垂直震動與水平震動對實驗中的農作物(苜蓿、小白菜),當處於每日固定時間的震動環境中,其發芽率與農作物重量增加值的情形。實驗分為實驗組與對照組,每天中午啟動垂直或水平震動裝置各 20、15、10、5 分鐘(震動強度大小相同);對照組不予以任何處理,震動時間 0 分鐘。然後每天觀察農作物的發芽數目及幼苗的重量增減狀況,計算出種子發芽率與幼苗重量增加值後,再將結果製表繪圖紀錄下來。研究結果發現,受垂直震動影響的苜蓿與小白菜種子發芽速率較快,發芽率高於未受垂直震動影響的苜蓿與小白菜種子。實驗中的農作物種子每日受到垂直震動時,可能增進了發芽機制的運行,因此使得發芽率高於沒有受到垂直震動影響的農作物種子。受水平震動影響的苜蓿與小白菜種子發芽速率較慢,發芽率低於未受水平震動影響的苜蓿與小白菜種子。實驗中的農作物種子每日受到水平震動時,可能影響了發芽機制的運行,因此導致發芽率低於沒有受到水平震動影響的農作物種子。受垂直震動影響的苜蓿與小白菜植物幼苗重量增加值較大,總重量增加值高於未受垂直震動影響的苜蓿與小白菜植物幼苗。實驗中的農作物幼苗每日受到垂直震動時,可能增進了植物生長機制的運行,因此使得重量增加值高於沒有受到垂直震動影響的農作物幼苗,這也可能和生長素的分布有關。受水平震動影響的苜蓿與小白菜植物幼苗重量增加值較小,總重量增加值低於未受水平震動影響的苜蓿與小白菜植物幼苗。實驗中的農作物幼苗每日受到水平震動時,可能影響了生長素的分布,因而抑制或延緩植物生長機制的運行,因此使得重量增加值低於沒有受到水平震動影響的農作物幼苗。綜合言之,我們的實驗發現:每日固定時間的震動以及震動的方式(垂直或水平),確實對於實驗中的苜蓿與小白菜種子及幼苗產生萌芽及生長上的增進或阻礙現象。

伯努利定律在樂透機上的應用

樂透機上的彩球,為何控制閥打開時,彩球就被吸管吸出。

你看!有流星!

1.6 ×10-19 是一個極小的數字,而且一直到現在都還正確無誤,很好奇它到底是用什麼方法測得,剛好又在課本上看到簡略的介紹,覺得原理不難懂,又聽老師說這實驗不好做因為很難觀察。不過我卻發現油滴實驗在歐美國家的營隊活動裡是常出現的主題,但在台灣卻是高中碰不到的,所以便想一探這實驗的究竟,且希望能讓它變的普遍化。

利用雷射光的偏折研究溶液的折射率梯度

一、 兩種不同折射率的液體分上下層( n1 , n2 )置於同一容器中,由於分子擴散作用,混合液的折射率會隨著高度改變,稱為折射率梯度。二、 通過和鉛垂線成 45°的玻棒的雷射光照射盛有折射率梯度的方形盒,在屏上會出現常態曲線分佈圖,測量其涵蓋面積,可算出n2-n1。三、 半圓筒盛有折射率梯度的液體,雷射光前方加光柵,雷射光源置於升降台上,逐漸升高升降台,在屏上:(一)光點距離隨高度改變,可直接量出折射率如何隨高度變化。(二)雷射光向下偏Z,我們推導出折射率梯度dn/dy和Z成正比,且作 dn/dy - y圖,亦成常態分佈,量其面積亦可求出 n2-n1 。(三)dn/dy隨時間改變,可進一步測量擴散係數。

水柱會打結

在池塘邊的水中,時常掀起一陣陣的漣漪;而我們在洗碗時,水柱撞擊碗盤上,水柱上竟也起了層層的波紋,它們一樣的嗎?我們利用 V8 結合影像擷取卡,代替相機取得數據,以 Excel 製圖協助數據分析,探討水柱節產生的條件、形狀及對其影響之變因。當光滑的水柱以慢的速度撞擊任何接觸面時,水柱就會產生節,節愈接近下方者,愈接近球形或橢球形,上方者並不是上下對稱的。節產生的起源可能是駐波嗎?假如是駐波,除了節點外所有的介質都會振動,在水柱形成的節上面根本看不出振動的現象。應是來自於水柱下方與物體碰撞而引起的,沒有碰撞,水柱上就沒有節。碰撞會引起水流動速率減緩,同量的水一樣要流下,只得往外擴散,使水柱變粗,而水速減緩,水往下的流速減緩,水柱側方的壓力會增加(白努力定律),增加到水柱形成突出的表面,表面的表面張力與增加的水壓恰達成平衡,而引起此週而復始的現象。本實驗涉及高二物理的流體力學(表面張力、白努力定律)、功與能,在少數書籍也有說明節產生的原因,但全認定為駐波,此說法實有爭議!

大自然烤箱

本實驗延續課堂上的實驗內容,進一步設計各種不同的裝置,利用太陽能及溫室效應的原理,做出可以加熱食物的太陽能烤箱。

土石流預警器

設計出一套可以精密偵測到土石流的產生,並且可以馬上發出警報的系統,使人們得以安全脫離,不用再害怕土石流了。