全國中小學科展

第44屆--民國93年

砂子比熱的測量

對比熱大小不同的物質加熱,比熱小的物質溫度上升較快。當比較水與砂子受熱後溫度上升的難易時,除了考慮比熱大小不同外,另外,不可忽略水與砂子兩種物質的主要熱傳播方式並不同—水主要靠「對流」,而砂子主要靠「傳導」及「輻射」,水的「對流」對砂子的「傳導」要快,因此,對水加熱時,整體的溫度比砂子均勻,比砂子先達到平衡。本研究主要從水、砂子加熱過程溫度分佈情況做起,進一步利用水的「對流」傳熱較快的特性,以水與砂混合求砂子的比熱,更進而利用水與砂子的不同比例混合物(加熱後溫度較均勻)與不同溫度的水混合,檢驗砂子的比熱,並與前述結果比較。最後,對定量的水與砂分別加熱七分鐘後,停止加熱,從兩者各處的溫度變化,推測水與砂子的熱傳播的快慢。

可以不要爆爆嗎?—精油燃燒防止氣爆因素研究與改良

市售精油易發生氣爆是由於協助精油溶於水的異丙醇在加熱時氧化不完全所致,因此我們希望在不影響溶液揮發程度和薰香效果的情況下,嘗試改善此情形。一、自製精油:為研究香茅精油之原有物質性質,在實驗中利用義式咖啡器的原理,以簡單改良蒸餾裝置自製精油,將市售添加物的變因排除,再改變條件將製品與標準品比較。二、測揮發量:利用波以耳-查理定律,控制溫度,量測蒸氣壓,推算香茅精油氣体揮發量。發現從事溫持續加熱至90℃時,市售精油和自製精油皆以比例6%(重量百分率濃度)的容易有最大的揮發量;改變濃度時,則皆在76℃~86℃時有較大揮發量。三、測氧化程度:利用氧化還原滴定,測定各比例香茅精油溶液蒸氣的氧化程度:發現定溫下(80℃)市售精油以6%的溶液,自製精油以2%的溶液有較佳的安全性。而從室溫持續加熱至90℃時,市售精油和自製精油皆以比例6%的溶夜都有較佳的安全性。四、不同揮發性溶劑效果:\r 改變揮發性溶劑種類和自製的香茅精油混合測定,於定溫下比較揮發程度,以丙醇揮發效果最佳。

柳酸分子內氫鍵的探討

常於書本中看到氫鍵這一名詞,在日常生活中常以具有氫鍵的物質作為皮膚保濕的保養品。氫鍵影響物質的穩定性、熔沸點、分子的幾何形狀、酸鹼強度、…等,且影響的程度深受氫鍵的強度及氫鍵的種類(分子內氫鍵或分子間氫鍵)所左右,因此想,是否可利用學校的一些簡易實驗設備來完成氫鍵強度的測定。在老師的指導下,利用專題研究的時間收集資料,設計實驗,經過一學期的研究探討,終有結果。今將內容及結論詳述如下,敬請師長批評教導。

南進偷度客—最南方的海茄苳

文獻記載「台灣最北的紅樹林在淡水,最南的在大鵬灣。」但是,鎮安濕地、佳冬、枋寮已有紅樹林出現,這是不是顯示台灣紅樹林的最南端已經不在大鵬灣了?再往南走是不是也發現紅樹林的蹤跡呢?一連串的疑問驅使我們走訪南台灣。展開這一連串研究的目的,主要是為了:驗證紅樹林南移的事實並探究紅樹林南移的原因。經過一年的觀察、研究與實驗之後,有了令人驚喜的新發現,這個新發現徹底改變了紅樹林在台灣的版圖。雖然,所有的書籍及網路上都說「台灣紅樹林的最南端是大鵬灣」然而,這是錯誤的。近一、二十年台灣南部的紅樹林已悄悄地從大鵬灣偷渡到了南方的番仔崙溪。其主要的原因是人為超抽地下水,導致枋寮以北地層下陷,海水倒灌,再加上渠道兩岸泥沙淤積和海茄苳產生數量眾多的種子促成海茄苳南移且深入內陸約2公里以上。紅樹林生態系的出現對生態環境而言是利多於弊,但是,對屏東沿海鄉鎮來說,並不是一件好事,它代表著,地層下陷、海水倒灌的警訊。我們的作品可以作為自然科南一版「台灣自然環境」單元的補充教材。

名震一蝕—聚苯胺製備改良及其在防蝕應用研究

近年來,導電高分子的研究及發展十分活躍,在各方面的應用都有傑出的表現。其中,聚苯胺因價格便宜且製作簡便,使其應用潛力更為突出。聚苯胺對鐵系及非鐵系金屬有極佳的防蝕能力,但卻因聚苯胺與金屬之附著力不良使其應用遭受限制。本研究的重點在於製備奈米級的聚苯胺,以及提高聚苯胺在有機溶劑中的溶解度以達到和金屬能有效附著並增加其防蝕能力。實驗結果發現,利用微乳液法可以製備出奈米大小的聚苯胺粒子,且塗佈於鐵片上,有很好的防蝕效果,證明其應用潛力無窮。

台灣本土水生食蟲植物—絲葉狸藻的囊裡乾坤

絲葉狸藻(Utricularia gibba)為台灣本土水生食蟲植物。無根,整簇浮於水面。主要構造為一長莖,每隔1.0~1.5 cm,兩旁會長出V 型絲狀葉。生長速率約為1.56 cm /day,長可達20~30 cm。花高出水面,黃色無味,花期約3天。葉片旁會長出捕蟲囊,能捕食水中的小生物。捕蟲囊發育完全需10 天,大小約0.3~1.0 mm。入口邊緣頂端有兩支天線般的細枝,是由捕蟲囊的主體延伸而來。另有單獨較小的細枝,可能用來吸引水中生物或阻擋雜物流入捕蟲囊。在入口瓣蓋上有細小的觸發毛,當捕蟲囊處於收縮狀態下,小生物碰觸到觸發毛,捕蟲囊的瓣蓋向內打開,吸入小生物,1/30 秒內即可完成捕捉過程。約40~60分後恢復負壓蓄勢待發,準備下一次的捕捉。即使未被觸發,仍也會有自發性的舒張。捕蟲囊囊口內壁及瓣蓋上有數種不同形態的腺毛。囊口壁腺毛具長柄、頭為燈泡狀;愈往內部柄愈短,頭部略呈橢圓形。囊的頸部佈滿二爪腺毛,囊內充滿四爪腺毛及三爪腺毛。查閱文獻資料均未提到此三爪腺毛。利用彩色墨水及食用色素來觀察及探討四爪腺毛的排水及消化吸收功能,發現四爪腺毛的細胞質有奇特的變化。

永續的鑽石海岸─有孔潛堤消波能力之研究

潛堤能消散部分波能,控制海灘侵蝕達到保護海岸,但現有潛堤皆是實心的結構物,研究者從海蝕洞的特殊景觀聯想嘗試應用孔洞在潛堤結構,讓不透水式潛堤成為有孔透水式,故使得研究者想了解透水式潛堤其消波能力、堤後渦流強度與分布到底和不透水式潛堤有何差異?因而引發本研究之動機。由於實際潛堤之結構相當龐大,因此本研究嘗試設計透水潛堤之模型,再進行模擬,實驗中針對(1)透水性潛堤(編號:A 結構物,進6 出4)、(2)透水性潛堤(編號:B 結構物,進8 出4)、(3)不透水性潛堤(編號:C 結構物)等三種潛堤加以試驗,根據所得的資料分析潛堤之特性,其中包含消波能力(反射率)、堤後渦流分布與本體穩定性。由實驗研究結果發現(1)潛堤對不同波長的入射波會有不同的消波效果,在這其中會對某一特定波長產生最佳的消波能力(最大反射率)且將潛堤改成透水式潛堤則其反射率會降低,再者入水口孔徑愈大,反射率會愈低、(2)研究中所設計的透水式潛堤在水平出水口處會產生射流,有削減堤頂上方透射波所形成之渦流的功能,但射流如過大反而會形成更大之渦流強度、(3)渦流的產生會引起侵蝕,而堤頂壁的侵蝕會造成上方結構被破壞,其中以C 結構物最嚴重;而堤腳的侵蝕會造成潛堤傾倒,偏離原位置,失去原始功能,其中也以C結構物最嚴重、(4)透水式潛堤,其水平入、出口之孔徑比例如不超過3/2,則會在本體之穩定性表現較佳、堤後產生之渦流強度較低與渦流影響範圍會較小。海岸防禦之施工方法選用何種結構物來保護海岸,應慎重考慮其立即性及長期性之影響,避免保護施工方法選擇不當,長期後反而更難保護;此外在設計上除要求結構物本身安全並發揮最大保護效果外,應使其對鄰近海岸之影響降至最低,就潛堤而言,因其承受巨大的能量,所以壽命也十分有限,故在消波效果、潛堤壽命長短與生態保育等方面取一平衡,是相當重要的。

風與扇

藉由葉扇不同角度,來探討風量與不同風向之間的關係。

塑膠土保水性對植物生長的影響

台灣每年總要遇上一段枯水期,農業活動被迫休耕,農業經濟損失不少,為了節省可利用的水資源,以聚醯胺(polyacrylamide)所製成的塑膠土作為土質實驗,此塑膠土攜帶方便,且可重複使用,當吸飽水後可增為原來的50倍體積,保水力為一般砂土的270倍,形狀由吸水前之固體顆粒變為吸水後之果凍狀,然而對植物根部較沒有附著點,因此我們以塑膠土混合泥砂來達到使植物生長更好的土質調配。觀察結果發現植物在有塑膠土植栽中,無論是發芽率、生長率(含芊插植栽),都比一般土質生長良好,但跟侵入塑膠土內,因此給予其乾旱期,植物也能在缺水的情況下生長但不枯萎,惟在環保上的顧忌將是在下一次實驗的發展主題。

切除眼柄對泰國淡水長臂大蝦(Macrobrachium rosenbergii)之影響

本研究主要在探討切除眼柄對泰國淡水長臂大蝦(Macrobrachium rosenbergii)之影響。切除雙眼之泰國淡水長臂大蝦甲殼白化,所脫之殼經104℃加熱10 分鐘後亦不會變紅。不切除眼柄及切除單眼者殼色正常。實驗結束後,將不切除眼柄、切除單眼、切除雙眼之蝦子於沸水中加熱5 分鐘,發現不切除眼柄及切除單眼之蝦子殼色轉紅,而切除雙眼者,加熱後殼色亦不會變紅。由此可推測,眼柄裏有支配色素活動的賀爾蒙生產部位。切除眼柄者,脫殼次數增加。但是切除雙眼後,蝦子可能因緊迫或是生理功能不正常,造成高達50%之死亡率。切除眼柄之蝦子,其體長增加率及體重增加率均大於未切除者。實驗發現泰國淡水長臂大蝦在夜間脫殼次數遠大於日間脫殼,此可能為蝦子夜間脫殼較不易被敵害侵襲。泰國淡水長臂大蝦脫殼後,不斷吸水及吸收環境中礦物質,以增加其體長及體重,測量D組得知脫殼後第二天仍在成長,在第三天後體長及體重不再增加。脫殼後泰國淡水長臂大蝦有攝食所脫之殼之習性,時間如果足夠,甚至將整個殼吃完。本實驗發現泰國淡水長臂大蝦雄蝦之成長率大於雌蝦。