全國中小學科展

第44屆--民國93年

沉沒的大地

因為戶外教學時,對地層下陷現象的好奇,所以我們想探討地下層下陷的原因和建築物下陷的現象。我們用模擬地層構造的方式做實驗,並試著從實際環境中找證據。根據實驗結果,發現下陷的主要原因來自於放水,而且反覆加水放水會加重其下陷程度。另外我們又發現地上的物體越重,下陷越嚴重。同重的物體,底面積越大,下陷程度會較少。而海水和淡水使土壤和物體下陷的程度差不多。跟實地環境對照,我們認為超抽地下水,雖為地層下陷的主因,但反覆的抽水和補充,也是加速下陷的原因也是加速地層下陷的幫兇。而地層上建築物的下陷程度與重量和底面積有關,建築物底面積越小、重量越重則下陷越深。

誰來「角」逐--剖析四角拼圖的拼圖原理

四角拼圖是由九張一樣大小的正方形卡片所組成的拼圖,每張正方形的四邊有不同圖案的半邊, 可與其他卡片的另半邊接成一張完整的圖片, 最後拼出3 ×3 的拼圖。卡片上的圖片種類可重複,四張半邊的圖案排列方式也不盡相同,故一副拼圖可能有一種以上解。我們設計了以下三大類拼圖:一、 3 × 3 的拼圖有兩種圖案, 每張卡片含二種圖案的同半邊。二、 3 × 3 的拼圖有三種圖案, 每張卡片含三種圖案的同半邊。三、 3 × 3 的拼圖有四種圖案, 每張卡片含四種圖案的同半邊。在此研究中,由調整卡片中的圖片多寡和其排列的方式,探討這些因素對拼圖解的影響( 多寡、特性)。同時也從原始的拼圖方式, 研發更有條理與完整性的拼圖方法。

王位繼承人

本專題完整的探討了「王位繼承人」的問題。透過大量觀察、分析、統整與邏輯歸納法則,我們得出一個十分簡潔明白的結論,即任意N 個王子,在報X 留Y(X,Y 任意指定)的王位繼承規則下,應該站在哪個位置才能成為王位繼承人。在我們的研究中,針對「王位繼承人」的位置預測,將所有狀況歸納成2 大系統,4種條件,推導出L 值公式4 項,S 值公式2 項,這個結論涵蓋了所有不同N,X,Y 值下的各種情況,並且所得公式簡單易懂,能得到這樣的研究結果,實在令人興奮。

我們都是喝井水長大的孩子—花嶼地下水井的探討

一、我們配合鄉土鄉環境教材「喝井水長大的孩子」與自然課「水的污染和防制」學習活動,而進行地下井水的探討與研究。二、花嶼目前有十八口井,多數為淺水井,水量不多,供社區全體居民飲用的水源僅一口在運作,因此我們會經常面臨用水不足的情況。三、花嶼水井僅受到井底泥土,垃圾掉落及植物枝葉的影響,外在環境沒有重大的汙染源。四、地下水井的水質,會受到土壤及地下岩層及結構材料影響;花嶼地下井水大部份呈中性至微酸性;玄武岩或水泥構造的水井,水質呈微鹼性至鹼性。五、花嶼社區的飲用水,經驗測總菌及氯鹽量比一般水質標準高出很多,其他數值皆在適飲標準之內,儲水設備必須定期清理或加強改善淨水設施。六、學校飲用水經逆滲透淨水器處理之後,水質確實達到安全飲用水標準。

元宵乞龜樂—擲茭機率之探究

研究茭的材質和大小,及擲茭時的高度和擺法這四個因素對出現聖茭機率的影響,並找出擲茭比賽時較佳贏的策略。就個別試驗的組合而言,沒有一個因素的分類能絕對的優於其它分類;若以每一種因素分類的整體平均機率來看,木質優於竹頭,大的茭優於小的茭,70和120公分的高度沒有差異,平面皆向上且並排的擺法則優於其它6種擺法。較佳贏的策略為:條件為木質*大→選擇的高度為70公分,擺法為平面皆向上且並排;條件為木質*小→選擇的高度為120公分,擺法為平面皆向上且並排;條件為竹頭*大→選擇的高度為120公分,擺法為平面左右相合且一角向上一角像下;條件為竹頭*小→選擇的高度為70公分,擺法為平面一上一下且並排。

棋盤上的數學

一、Mn×n (s):在n×n正方形棋盤中,排列s顆棋子在方格內,每一方格最多只能排1子,棋子的配置須滿足兩個條件:(一)無任意4子可形成矩形框的4個頂點(此矩形框需與棋盤邊平行)(二)在無棋子的方格中,無法再加入棋子二、Vn×n×n(a1,……,an):在n×n×n的正方體棋盤中,每層的棋子個數分別為a1,……,an,S=a1+…+an,棋子的配置須滿足兩個條件:(一)無任意8子可形成長方體的8個頂點(此長方體邊需與立體棋盤邊平行)(二)在無棋子的方格中無法在加入棋子本研究在Mn×n (s)與Vn×n×n(a1,……,an),,S=a1+…+an中探討s的最小值、最大值及變化情形,並分析其配置方法。之後推廣至長方形Mn×n(s)及長方體Vn×m×k(a1,……,ak) ,S=a1+…+ak。最後根據研究結果設計一個「避開矩形框棋」,並分析出致勝的策略。

蔬果製氧量排行榜

我們都知道空氣中不是只有一種氣體,而是由許多不同的氣體混合而成。其中有一種氣體就是氧氣,氧氣約占空氣中的五分之一,其他還有氮氣、氬氣、二氧化碳等氣體。根據五年級上學期自然與生活科技第三單元-空氣與燃燒的試驗觀察,知道了燭火在空氣中會燃燒,這是因為空氣中含有氧氣,當玻璃杯蓋住燭火後,燃燒的蠟燭消耗掉杯子中的氧氣後,燭火就熄滅了,由此可知蠟燭燃燒線香、木炭燃燒都需要空氣中的氧氣。我們曾經在老師的指導下,利用雙氧水和胡蘿蔔來製造氧氣,並以點燃的線香或蠟燭來檢驗的製造的氣體可否幫助燃燒。除了胡蘿蔔之外還有哪些蔬果也可用來製造氧氣?誰製造出來的氧氣含量較多?於是我們選定了十六種蔬果,分別加上雙氧水來製造氧氣,並用排水集氣法來收集氣體,並用線香來檢驗氣體是否為氧氣,然後比一比誰含氧量較多。

「膜」力十足─泡泡膜的研究

本研究由兩篇文獻探討中獲得很多知識及經驗,採用文獻中最好的吹法,探討沙拉脫濃度對泡泡數和大小的影響。結果濃度20%時泡泡最大與「文獻一」的結果相近;而濃度增大時泡泡數增加與「文獻二」相符,但是和「文獻一」在濃度25%時泡泡數最多的結果不一樣。我們得出的新結論是濃度對泡泡數及泡泡直徑的影響,是兩種相反的趨勢。「夢幻泡影」又引起我們對泡泡耐久性的好奇心,走入文獻未曾有的境界中去摸索。由站著吹,到吹在廣口瓶或寶特瓶,接著製作拉膜框,嘗試探討濃度對拉膜面積的影響。最後想到膜框形狀是否對耐久時間會有不同呢?因而探討了不同膜框的耐久時間。本研究提供了一些實驗結果與經驗,不周全的地方還請多多指教。

搶奪電子大作戰-討論物體失去電子的能力對摩擦後電量的影響

本實驗主要是研究物體互相摩擦後的帶電情形。研究後發現:大多數的物體在互相摩擦後可以帶電,且所帶的電性恰是相反的。當易失去電子的物體與較不易失去電子的物體互相摩擦時,易失去電子的物體會帶正電。從比較各種物體摩擦後對帶正電驗電器的影響,可依序排出各種物體失去電子的難易程度。除此,本實驗更進一步討論:『是否失去電子難易度相差越多的物體互相摩擦,會產生越多的電?』結果發現容易失去電子的壓克力板,分別與尼龍、海棉、棉、聚酯等物體摩擦時,並未因失去電子的難易度差異大而產生較多的靜電。較壓克力板不易失去電子的珍珠板,在摩擦後反而產生了較多的靜電。據此推測:物體粗糙程度與導電能力更能影響摩擦所產生的電量。

如影似真的偏轉魔力─科氏力

藉由本研究,我們希望能了解到〝既抽象又難捉摸〞的科氏力與科氏力效應,也期能解開地理或自然課本中的東北季風、西南季風的偏轉之奧妙。本研究裡,有四大摘要著眼點:(1) 教學網路上常出現「北半球的浴盆,放水時水渦流旋轉是逆時針??!!」的討論,就有很多種版本說法與爭論。今我們利用實驗、分析再經巧思設計讓「科氏力」大小並不足以影響小小漩渦的旋轉方向,變成足以影響。(2) 再由數學式去探討,並算出增大t 、ω 、V 三因子皆會使科氏力偏移的效應變的更加明顯點(尤其作用時間更以“平方”成正比地增大)。由此來改良實驗讓科氏力效應變大。(3) 試著從日常生活的大、小尺度(遠、近距離運動)科氏力效應或生活周遭的蛛絲馬跡現象來統計,證明科氏力如影隨形作用在運動的物體上或生物體上。也許小尺度不會有那麼明顯的結果(被科氏力輕微捉弄),但只要我們能仔細地加以觀察,都可從一些「蛛絲馬跡」得到印證。(4) 科氏力其實是科學家假想出來的一種力,是由於地球自轉造成的。我們盡量從〝感覺〞去著手,讓它有點〝不抽象〞。