全國中小學科展

第44屆--民國93年

「紙」在 乎 天 長 地 久---- 紙 張 維 護 之 研 究

本作品探討環境中各種變因對紙張的影響,透過實驗與紙廠的技術支援,研究使紙張保存更長久的簡易方法。研究結果:一、 紙張出廠後,如何防止劣化「控制良好的保存環境」以防止紙張劣化1. 高溫高濕下會加速纖維分解及微生物的活性而危害紙張,因此溫度20℃濕度50﹪為紙張的理想保存條件。2. 空氣中酸性有害污染物與纖維素作用,導致紙張劣化、變黃。3. 鹼性環境(pH=9 左右)可中和酸性物質,減緩紙張劣化。4. 紙張經UV 光照後纖維發生光合水解作用,造成纖維硬化分裂。二、 劣化後,如何減緩劣化速度「運用脫酸法及使用適當的塗料、噴劑」,以強化紙張纖維素,防止聚合度下降飽和石灰水脫酸法對紙張維護的效果均不佳。道林紙適合用碳酸氫鎂脫酸法,宣紙適合氫氧化鈣脫酸法,銅版紙適合碳酸氫鎂脫酸法。此外,紙張經鹼性噴劑如:0.1%Ba(OH)2、10%PVA-BF-05(商品名)及10%SS-2800(商品名)表面處理後所受影響,也值得研究。

電!電!電!-電解、電解質、電池相關問題之探討

電解質的種類很多,在電解的過程中它們會產生什麼反應呢?另外因鋅銅電池使用鹽橋來幫助導電,鹽橋兩端要塞棉花,棉花鬆緊對於導電會有何影響?電極距離、電解質濃度及溫度對於電解反應速率影響程度為何?本研究發現,含氯離子、鈣離子、鎂離子會參與電解反應,發生化學反應;離子粒子太大,如硝酸根離子,導電性則較差。棉花造成導電降低程度低於10%,半透膜造成導電降低程度高於10%;電極距離每增加1cm,導電度會降低4.7%;濃度每提升0.1M,導電度約略升高9.7%;溫度每升高10℃,導電度升高10%左右。

唧聲若響—黃斑黑蟋蟀的聲音研究

黃斑黑蟋蟀有六種不同類型的唧聲,分別為夜晚呼喚、不定時呼喚、近距離求偶、遠距離求偶、長敵對聲及短敵對聲。黃斑黑蟋蟀分別有「黑龍仔」及「紅羌仔」二種品系(民91,楊正澤)。比較兩者之間的聲音特性,紅羌仔在大多數聲音類型中的聲音頻率普遍比黑龍仔稍高。另外,針對夜晚呼喚聲、求偶聲、敵對時的唧聲進行播放實驗。從播放夜晚呼喚聲的實驗發現夜晚呼喚聲應該具有吸引母蟀注意或接近的功能。而求偶聲播放實驗結果發現,母蟀可能有對同品系公蟀的交配偏好。從播放打鬥時叫聲實驗結果發現,聽到打鬥聲最易引發敵對事件,但求偶聲也有引發敵對事件的可能。勝利後發出的叫聲應該有宣告地位的功能。

現代龐德~水黴菌

台灣重金屬污染日漸嚴重,因此我們想找出簡便、快速、價格低廉的檢測方法。許多研究報告指出水黴菌對重金屬十分敏感,因此我們利用水黴菌這項特質來檢測水中或土中的重金屬濃度是否過高。首先我們測量水黴菌對不同重金屬的敏感程度,發現水黴菌對鋅離子較敏感,再來我們對鋅離子做更進一步的研究,我們發現微量的鋅離子反而是有助於生長的,但是超過1ppm 便對水黴菌的生長有害,超過150ppm 時水黴菌則完全無法生長。對於其他重金屬,我們發現當銅的濃度超過450ppm,鉛超過600ppm 皆會使水黴菌完全無法生長。我們只要將疑似受重金屬污染的水或土壤以煮沸或用火燒的方式,進行初步滅菌,並將其放入培養基中,進行水黴菌的平版培養,便能檢測其重金屬是否過量。相較於現行的檢測方式,這種方式明顯較省時、省錢,加上菌種取得容易,判別方式又簡單,且較普遍化,如此一來我們就可以有效的避免銅木瓜等的情形發生了。更進一步,我們亦希望找出能大量吸收重金屬的植物,解決台灣日漸嚴重的重金屬污染問題。

沙漏中的小精靈

我們利用暑假親子活動的方式,尋找蟻螄棲息地,我們發現有蟻螄的三個地點~龍門海灘的沙丘上、鯉魚潭水庫的涼亭下、慈濟山的茶樹下;我們在校園植物園區內設立「蟻螄生態區」,讓小朋友認識有趣的蟻螄棲息地~人為不可能造成的「沙漏陷阱」!我們做了實驗發現一些有趣的結果:(一)飼養蟻螄,認識蟻螄的一生。(二)發現蟻螄吸食螞蟻的數量多寡和蟻螄的成長有關係。(三)發現有土或有沙的地方,蟻螄不怕水;沒有土沒有沙只有水的地方,蟻螄會淹死。(四)利用棲息地來計算蟻螄的繁殖力。

光與影的色彩遊戲

二年級時,我們學過影子的形成,但生活中光影的變化,卻遠比課本所提的更加複雜、生動。因此,本研究針對光影作一系列觀察、研究,探討「點光源」、「柱狀光源」及「透明物體」下,光影的形式及色彩關係,結果發現:一. 影的形狀、樣式會隨光源位置、物體形狀而改變。二. 多重光源下,隨光源相隔角度的不同,影子重複交疊。三. 兩種以上色光下,影子不只是黑色。由於色光交錯,多個色影交疊,影區外則出現色光疊合。四. 柱狀光源可視為一連串的點光源,因此影子邊緣變成模糊交疊的淡影。多色柱狀光,影更複雜,影色交錯成彩虹般的漸層。五. 透明玻璃也有影子,只是較模糊不易觀察。毛玻璃、彩色膠片因光部分或全部被阻隔,影模糊且影色彩疊合出的影色更複雜。

多邊形與二條水平平行線所截出的上下二個圖形其周長和之探討

由AMPO 的題目「設ABCD 是一張長為a 的正方形的紙片。平面上有二平行直線L1,L2,其間隔之長也是a 。將正方形的紙片置於平面上,使AB,AD兩邊分別交L1於E 和F 兩點;同時CB,CD 兩點分別交L2於G 和H 兩點。設ΔAEF 和ΔCGH的周長分別是m1 和m2 。試證不論正方形ABCD如何擺,m1+m2是一個常數。」展開這趟充滿挫折、振奮、驚喜…五味雜陳的研究之旅,過程雖然艱辛,卻也帶給我們無限的成就感與更敏銳的觀察力。 我們的研究內容為多邊形與二條水平平行線所截出上下二個圖形其周長和之探討。一開始我們與在課本相似形單元時老師所問的問題連結並依此做猜想,再利用簡單的圖形基本性質做特殊化的驗證。當完成了原題目(正方形)的證明之後我們又繼續利用GSP 做輔助去尋找是否有其他的圖形也能擁有如此漂亮的性質?接著我們將研究分成兩大方向:1.奇數邊多邊形2.偶數邊多邊形的探討。 首先完成了所有奇數邊多邊形所能符合的條件討論與結果。接著又著手於偶數邊多邊形的探討:從正六、正八、正十、正十二邊形的研究中我們觀察出似乎按照某種方式去排放的話可以推廣至所有的偶數邊正多邊形使得它們都能像原題目那樣有著令人驚豔的結果呈現出來。 最後我們要對於先前所觀察猜測的部分做一完整的驗證:將所有偶數邊正多邊形分成兩大類1. n=4k, k?N 2. n=4k+2, k?N 完成研究討論。至此我們已經完整的將全部的多邊形與二條平行線截出二個三角形時的所有情況討論完畢,並且成功的推導出了正n 邊形的適用公式。

打造一個有趣的磁力樂園

本研究是從自然與生活科技領域中的有關磁鐵的單元出發,依據磁鐵的各種特性設計各種軌道,如直行軌道、360 度軌道、轉彎軌道、波浪型軌道、磁浮軌道等,並將這些軌道組合成一個磁力車能行駛的磁力樂園。最後,我們還發展一個獨特的「立體磁力線測量儀」分析磁力樂園中各個不同軌道以及各個軌道銜接處的磁力線。我們利用一整年的時間完成這個磁力樂園的研究,獲得非常多的收穫。

唧唧復唧唧—蟋蟀的聲音分析與聲音行為探討

蟋蟀可以藉聲音來區別同種、宣示地盤及吸引異性以完成交配行為等,聲音與行為的關係密不可分。我們以數近,但脈衝數及唧聲長度不同,推測雌蟋蟀應是以此時間特性(如脈衝數、唧聲長度)辨別同種。另一方面,以黑蟋蟀作為研究對象,觀察並繪製出其聲音行為模式,研究結位錄音筆及電腦軟體分析並比較台灣北部4種常見蟋蟀的聲音,結果發現此4種蟋蟀的聲音頻率接果顯示雄蟋蟀以呼喚聲吸引雌蟋蟀,再轉發求偶聲並進行交配行為。而此行為模式可用來作為之後干擾實驗的對照,以便以各種干擾物干擾,研究蟋蟀的生殖行為受到何種感官影響。結果發現蟋蟀的生殖行為主要受到雄蟋蟀的聲音支配,而雄蟋蟀則以嗅覺辨別雌蟋蟀位置,決定下一步行動,與視覺較無關係。

泥火山的研究與探討

台灣有許多泥火山,雖然各地的噴發泥黏度不同,而造成外貌的差異,但其噴發原理是一樣的。因泥火山的價值主要在於景觀及教育方面,其吸引力往往取決於噴發規模。本實驗以自製岩板作為地表岩層,以幫浦加壓讓模型有像真實般的高壓氣體壓力,再用U 形管內裝Hg 測量其壓力,藉此探討影響泥火山噴發規模的原因。經由我們設計的實驗,得到以下結論:一. 噴發規模不是單純直接受熱效應影響的,壓力對於噴發的影響較直接受熱大。二. 由模擬實驗可知當泥漿上湧時,裂隙面積越大、上覆岩板越厚、底泥厚度越厚、黏稠度越高、含砂量增多時,噴發所需的的壓力越大。所以在有泥岩及充分地下水及適當的通道下,有無良好的儲氣構造生成高壓氣體,是造成泥火山噴發的關鍵。台灣東部泥火山噴發不若西南部壯觀,由此可見。三. 由模擬實驗得知,噴發量會隨上覆岩板厚度增加而增加,但是隨泥漿含砂量增多、裂隙面積增大及底泥層厚度增加而減少,所以在泥火山景觀區,切勿濫開鑿,以免噴發規模減小。