第44屆--民國93年

本研究以市售可重複使用熱敷包之結晶觸發與結晶成長為研究主體。由實驗推測此熱敷包中之醋酸鈉水溶液應為一過飽和之過冷溶液，以手折金屬片，可能因其裂隙釋出晶種，使其結晶；同時溶液迅速轉變為固體並放熱。實驗結果顯示，在結晶觸發及成長的過程中：（1）醋酸鈉的濃度越高，越容易觸發結晶、結晶成長速率較快，且結晶後熱敷包升高至較高溫度。（2）在熱敷包中添加醋酸鈉之同離子，發現較難觸發其結晶、結晶後溫度上升程度較低且結晶成長速率亦明顯減緩。（3）在不同溫度下，嘗試觸發熱敷包結晶，發現高溫下極難觸發，在結晶成長過程中，在5~45℃ 間以25℃時結晶成長速率最快。

科學趣味營中有趣的玩具，激起大家研究「鼻涕蟲」的好奇心。由查詢資料、蒐集、測試特性，發現半液體形態的「鼻涕蟲」是利用膠水和硼砂結合成一網狀結構的透明、果凍狀物體。透過黏性、彈性、展性、延性、透光性裝置的測試及混合程序、濃度、溫度、不同環境、不同溶液、析出與再製的變因控制，我們發現：（一）膠狀物及澱粉類與硼砂作用，可以有類似膠水與硼砂作用的效果。（二）硼砂水濃度越高，鼻涕蟲的彈性越好；反之，則鼻涕蟲的黏性與延展性較佳。（三）提高鼻涕蟲的溫度可以讓彈性及延展性變好。（四）在開放的環境裡，時間越久鼻涕蟲的彈性變好，不過其他性質會降低；在密閉環境裡，鼻涕蟲沒有明顯變化。（五）在酸性環境下，鼻涕蟲無法成型且溶解，再加入硼砂則會形成白色塊狀物。而在鹼性環境下，則會使鼻涕蟲變白、變脆、容易碎裂。（六）水溶性的染料較易將鼻涕蟲染色；具有較佳延展性的鼻涕蟲適合用來吹泡泡。做植物造型選不易擴展的鼻涕蟲，且氣泡越少，植物保存較久。我們發覺許多影響鼻涕蟲性質的原因，同時也了解高分子聚合物受到其他物質的作用，會起鏈結或分解作用，讓鼻涕蟲除了好玩之外，產生學習科學的意義。

有一天老師在上課時播放一段泡泡研究的影片，下課時間跟同學玩吹泡泡\r 時，就比賽誰吹得大，誰吹的泡泡最晚破裂。但是無論我們怎麼吹，泡泡總是那\r 麼小，而且又很快就破了。我跟同學感到很疑惑，就決定要探個究竟，要添加什\r 麼東西，才能使泡泡吹得大又可維持很較久的時間。於是我們一起去找老師，請\r 教如何吹泡泡。於是我們在老師指導下，利用課餘及閒暇時間從事一連串的觀察\r 與研究工作。

一、首先，由撲克牌的猜數字遊戲著手。撲克牌中有十三個號碼，並假設號碼不重複出現。在研究過程中，我們列出從撲克牌中找出2、3、4、6 張牌的最少次數及方法。二、利用第四冊數學課本所教的排列組合，及我們的轉位法、分組法、二分法，推廣到從N個數字中找出M 個數字排列數的最少次數及方法。

在悶熄的蠟燭的實驗中，水位會上升多少？以往都是以「燃燒消耗空氣中1/5的氧氣，所以水位會上升1/5」來說明，並藉由水位上升高度為容器高度之若干比例來加以證明。但常我們探討其中的變因時，除了發現此說法是不恰當的，此外也找出影響水面升降的因素，包括：不同的容器、蠟燭的粗細與長短、火焰的大小以及瓶內溫度的高低等，並發現最主要的因素，是氣體的熱漲冷縮。由於此現象使得瓶內氣體再瓶子密蓋之前因受熱膨脹而逸出瓶外，而且水位在火燄熄滅前會因燭火乎滅忽明而有升降，並於火焰熄滅後瞬間快速上升，充分說明了瓶內空氣的熱漲冷縮對水位的影響。因此我們利用具火槍取代蠟燭，在無空氣逸出的實驗條件下，將點火槍點燃。在假設點火槍釋出的丁烷完全燃燒，二氧化碳在短時間內容溶於水中以及水蒸氣完全液化的前提下，根據實驗所得水位上升的體積分率(1/67)，求出在燭火熄滅後瓶中仍存有9.25%的氧氣。釔結果與文獻所述，利用色譜分析求得的結果(11%)相近。如果我們以點火槍結果，模擬蠟燭燃燒，來對照我們蠟燭實驗的結果，在模擬的過程中，我們設法測出蠟燭燃燒時瓶內的溫度(將蠟燭與容器頂端之中點的溫度視為瓶內的均溫)將因受熱膨脹而逸出瓶外的氣體扣除，又因蠟燭燃燒前後的質量變化極小，無法以天平秤得，故以丁烷燃燒後殘留9.5%的氧氣來模擬蠟燭燃燒後的狀況，並將瓶中蠟燭所佔體積扣除，利用理想氣體方程式求出水位應上升的體積分率為1/6.5，此數據與我們的實驗結果(1/7.7)相近。

「果凍蠟燭」是近來風靡全台的一項『生活化』商品，特殊的配方使它有別於傳統的石蠟蠟燭。本實驗即在比較歸納果凍蠟燭與傳統蠟燭之差異，並配合康軒版三上單元『物質三態』、『空氣的流動』四下單元『毛細現象』五上單元『空氣與燃燒』等教材，進一部探討影響果凍蠟燭燃燒的各種因素。實驗中，我們發現果凍蠟燭優於傳統蠟燭的地方，以及果凍蠟燭可以燃燒更久的秘密，我們重要的發現有：一、果凍蠟燭燃燒時火焰較小而穩定，無煙無臭，燃燒的時間約為傳統蠟燭的兩倍，但燃燒成本也較高。果凍蠟燭和傳統蠟燭燃燒的原理相同，都是因為蠟油受熱汽化而燃燒。燃燒時都會產生二氧化碳和水。果凍蠟燭的熔點較傳統蠟燭高，降溫的速度不論在水中或空氣中也較傳統蠟燭快，燃燒中蠟液的溫度及火燄溫度也較高。二、燭芯對蠟燭燃燒時間的長短有很大的影響，浸過蠟油的棉線，燭芯較粗，燭芯長約1-2公分的果凍蠟燭燃燒時間較久。此外，容器的形狀、果凍蠟的量也會影響果凍蠟燭燃燒的時間，惟氣泡較多並不能增加燃燒的時間。三、把傳統蠟和果凍蠟混合製成的蠟燭，燃燒時間比傳統蠟燭久而且沒有黑煙，色澤溫暖而勻稱，是一創新的環保蠟燭，極具參考價值。

五上鐵生鏽單元，我們各組實驗的結果不太一樣，課本利用鋼棉與封口袋來觀察生鏽的快慢，我們推測是實驗的方法有問題，於是我們展開實驗，研究鐵為什麼會氧化生銹並改良鐵生鏽的實驗方法，同時找出鐵生鏽的誘發變因及鐵銹的性質與預防方式。我們最後了解直接影響鐵生鏽的原因有：鐵的材質、水、和空氣中的氧氣。而間接因素則有：水溶液種類、溫度、鐵材粗細、二氧化碳等因素。在改良實驗方面，發現了使用鐵粉代替銅棉，玻璃針筒代替封口袋或瓶子的實驗方法來測不同變因都能得到精確的結果，而且觀測容易，加上使用的材料都很少，可以避免資源的浪費及藥品汙染，所以是值得推廣的實驗方法。我們研究內容與翰林版本，自然與生活科技課本五上的鐵生鏽內容完全相關。

我們從市場調查著手， 挑選出不同種類、不同用途的各種清潔劑， 再研究過清潔劑的演進與去污原理後， 找資料並共同討論可以比較出清潔劑乳化效果的三種方式，這三種方式分別是：（ 一）油水分層高度測量法：在固定水量、油量、清潔劑量和攪拌方式的條件下， 剩餘油層愈低的清潔劑表示乳化效果愈佳。（ 二）導電度分析法：清潔劑溶液內的離子愈多導電度愈佳， 乳化後則導電度下降， 因此我們藉由導電度的比較與分析， 判斷清潔劑乳化效果的好壞。（ 三）顯微鏡觀察法：透過複式及解剖顯微鏡我們發現， 清潔劑的乳液粒徑會隨著靜置時間的增加而加大， 並且我們將它與導電度比較的結果發現： 粒徑增大， 導電度增加， 去污及乳化的效果也就降低了。最後我們針對不同的清潔劑，提出最經濟有效的使用量及使用方法，希望能對環境保護盡一份心力。

活性探視過濾器才中一個重要的成份，奇可脫色、除臭、對於有機無機物的吸附也有一定的功效，平均每克活性碳具有吸附８個網球場面積的能力，由於取材經濟環保、是一種值得利用的材料。活性炭的製造是運用廢棄的含碳物質，如果殼、木屑或煤屑等，在高溫下經由炭化、活化兩步驟完成，以目前工業界而言，大多使用木屑或椰殼加工製成。本實驗將取四種不同材料來加工，分別是椰殼、稻穀、木碳及衛生紙（取衛生紙的原因在研究動機中會提及），利用實驗室裡簡單的加熱設備，改變不同的加熱時間，比較四者碳化後對色素的吸附的能力。並藉由浸泡不同的活化劑，在定溫及變溫下反應、探討較佳的活化條件。雖然我們無法在高溫(500℃~800℃)下進行反應，但我們做出來的成品，仍具有80%以上的脫色能力。此外，數據也可以比較四種材料的優劣，及活化條件之差異。

近幾年來，蠶繭彩色化已引起廣泛的注意，在本實驗中，我們想利用日常生活中常見的材料來彩色化蠶繭，例如食用色素、酸性染料和中性紅生物染色劑等，我們使用三種方法使白色繭品系的家蠶產生色彩，餵食法、浸泡法、注射法。其中餵食法是以浸泡過食用色素的桑葉來餵食；浸泡法是將五齡蠶浸泡在酸性染料中數分鐘後撈起；注射法是將中性紅生物染色劑及酸性染料溶液注射到蠶的體腔內。我們所提出的辦法實驗結果證實都得到了彩色蠶繭。四月一日至三十日間，我們依據上述三個方法的結果，選取產生彩色蠶繭效果較佳的色素種類及技術，組合進行新的實驗，稱為「改良餵食法」。這段時間盛產桑葉，品質良好，是適合大量養蠶的季節，因此我們的「改良餵食法」實驗非常順利，也得到更成功的彩色蠶繭。