全國中小學科展

第45屆--民國94年

電池的深入探討及廢電池的應用

一、由指針偏轉方向可知,相同電極時,電解質濃度低的一邊是陽極,濃度高的一邊是陰極,而且濃度差愈大,電流愈大。 二、一般而言,任何一個濃度差電池,我們能寫出下面的公式:E= Eo - 0.059 / n * log[Mn+]稀 / [Mn+]濃 三、不同電極時: (一)如果陽極電解質的濃度大於陰極電解質的濃度時,則電流隨著陰極電解質的濃度減少而電流減少,且兩電解質的濃度差愈大,電流愈小。 (二)如果陽極電解質的濃度小於陰極電解質的濃度時,則電流隨著陽極電解質的濃度減少而增加,且兩電解質的濃度差愈大,電流愈大。 四、由第三點可知,純就Zn-Cu電池來講,要使電流加大,則需ZnSO4的濃度小於CuSO4 的濃度且兩者濃度差愈大愈好。 五、由指針偏轉方向可知,相同電極、相同濃度的電解質時,溫度高的一邊是陽極,溫度低的一邊是陰極,而且溫度差愈大,電壓愈大,電流愈大。 六、不同電極,但電解質濃度相同時,陽極電解質的溫度大於陰極電解質的溫度,或陰極電解質的溫度大於陽極電解質的溫度,對電流影響都不大。 七、由第六點可知,純就Zn-Cu 電池來講,要使電流加大則溫度影響不大。 八、棉線鹽橋產生的內電阻,和棉線鹽橋長度有正變的關係,和棉線鹽橋截面積成反變關係。 九、由第八點可知,純就Zn-Cu 電池來說,要使電流加大,則鹽橋長度要短,與溶液接觸面積要大。 十、廢電池不必急著丟掉,隔一段時間可再使用,或底部挖洞浸鹽水,再用蠟燭油密封,可使用一段時間,或在酒精燈旁烤一下,即可再使用兩三次。 十一、廢電池真的不能用了,拆開裡面有碳棒、鋅殼、電解質,可再利用: (一)碳棒:做電解水、電解CuSO4的電極。 (二)鋅殼:可做Zn-Cu 電池的鋅極,或可作為改良式的Zn-Cu 電池。 (三)電解質:包括MnO2、ZnCl2、NH4Cl、碳粉,其混合可作為2H2O2→2H2O+O2的催化劑,可作為MnO2+4HCl→MnCl2+ Cl2+2 H2O的氧化劑。 十二、本次研究內容,不像以前全國科展如何增加Zn-Cu 電池的電流、電壓,我們只是探討課文的文字敘述及廢電池的再利用。 十三、應用實驗: (一)製作出一棵不必插電,卻能閃閃發亮的聖誕樹 (二)探討電線著火,不能用水滅火的道理

校園追「蜂」俠

我們向消防隊索取到黃腰虎頭蜂、黃腳虎頭蜂蜂巢和活體進行飼養觀察,此外也訪談了一些相關的專家學者、野外實地勘查、及搜集相關資料等進行分析。本研究發現:虎頭蜂巢與蟻巢可以從巢的外觀和結構來區別;而黃腰和黃腳虎頭蜂除外形特徵、行為不同外,蜂巢也有所差異。另外也知道了虎頭蜂的食性及生活史;由於缺乏蜂后且觀察時間是從秋末到春季,所以幼蟲均無法存活,成蟲也沒有明顯的社會行為;最後本研究針對校園有虎頭蜂出沒的問題進一步追蹤調查,然後向各班進行「認識虎頭蜂」的宣導活動和問卷調查,結果發現同學們普遍對虎頭蜂心存恐懼,也缺乏正確的觀念。因此藉由本研究,剛好可以清楚的教導同學們認識虎頭蜂及正確的應對態度。

「熱」情傳導、3D 立體彩繪顏料見證─發現溫度與3D 立體顏料的親密關係

整個實驗是探討「3D立體彩繪顏料」膨脹的原因,其最大特色是:利用吹風機加熱後,顏料有膨脹效果並且不會焦化,我們試著比較出3D立體彩繪顏料和一般顏料不同的特質,結果發現3D立體彩繪顏料加熱後會產生氣體而膨脹。進而在繼續探究哪些因素會影響膨脹,結果發現,影響3D立體彩繪顏料加熱膨脹的因素;不同品牌、不同顏色顏料、溫度變化、吹風機的遠近、吹風機的強弱風、吹風機風口集中吹風、顏料體積不同、顏料冷藏、顏料放置時間、不同顏色的瓶子傳熱、高溫吹風機的位置、高溫吹風機的遠近、高低溫吹風機、加入的膨脹劑等。最後,利用周遭隨手可得的材料DIY「立體彩繪顏料」,發現廣告顏料加10g白膠加0.3g小蘇打混合,和市面上的3D立體彩繪顏料有相同膨脹效果,並且不會焦化。

飛彩青龍---穿梭在迴圈中的規律

驚奇:一副牌經過特殊的洗牌方式─逆序之後交疊洗牌一次,可以洗出四條不管花色的「青龍」,研究到最後,我們發明了「類鴿原理」:存在n個區間,每個區間必須「剛剛好」m個物件,當「第n區間」最上面的一個物件,進入「第1區間」時,「第1區間」最上面的一個物件,勢必會被推至「第2區間」;而「第2區間」也因為「多了一個物件」,勢必將原本「第2區間」最上面的一個物件,推至「第3區間」;使得原本「第3區間」最上面的一個物件,推至「第4區間」;…,依此類推「第n區間」,使得「第n區間」補足m個物件。

掌握幸運-南國田字草的形態生理與睡眠運動之研究

南國田字草是一種浮葉性的水生蕨類,匍匐莖細長,橫臥在水中泥土或濕潤土壤裡,葉四枚對生於葉柄頂端,依生長環境不同,可分為水生葉及陸生葉,水生葉又分沉水葉、浮水葉及挺水葉三種。孢子囊群聚集特化成堅硬的孢子囊果,長於葉柄基部,孢子有大、小孢子兩型。四種葉形在氣孔分布密度上有相當的差異,澱粉含量以沉水葉最少。南國田字草陸生葉隨著晝夜交替,具有週期性的睡眠運動,每天葉片開啟的最大角度和閉合時間有一定的時間範圍。黑暗期受光照干擾或連續照光、日夜顛倒,皆影響葉片的開閉時間與速率。

片面之磁

本研究是對磁鐵同極相斥特性、磁通密度加成性、磁性材料導磁特性進行研究。由實驗發現,非金屬都不會被磁鐵吸引,但也不是金屬就可以被磁鐵吸引,如銅、鋁就不會被磁鐵吸引。另外,由實驗發現,磁鐵的排斥距離與靠近磁鐵物品的種類、形狀、大小與放置位置都有關。靠近磁鐵的鐵線越粗、鐵線排列越緻密與鐵線在4.50 cm 以內時鐵線的長度越長,越能縮短磁鐵的排斥距離。在本研究中亦發現,(1)磁鐵排斥距離與10.00 cm 長導磁材料的線徑呈線性減少關係;(2)在10.00 cm14#鐵線相距180 度下,磁鐵排斥距離與磁鐵的磁鐵的磁通密度呈線性增加關係(3)當14#鐵線長度小於4.50 cm 時,鐵線排列距180 度、90 度、45 度時,磁鐵排斥距離與鐵線長度亦呈線性減少關係。另外,由本實驗也可了解鐵線如何影響磁鐵磁力線分佈。最後,本研究選擇磁通密度為3000 高斯的磁鐵,加上磁鐵同極相斥及片狀導磁材料導磁易形成『片面之磁』的特性及水的浮力原理成功做成『上升水位監測系統』及『下降水位監測系統』,這兩個系統可應用於河川水位警示。

切割三角形之必勝策略

國小時就常和同學一起玩數學小遊戲,相當喜歡這種「想想看」的感覺。高一時考環球城市盃數學競賽,題目中有一題令我百思不解,後來和同學提起這個遊戲,發現大家對這題也都沒什麼好辦法,經過幾天討論之後,終於把題目解決了!不過我卻又發覺這個遊戲在加以變化之後,又可以有不同的玩法與解法!恰好當時我們也學到「排列組合」這一章,其中樹狀圖的概念和我當時的解法可說大同小異。當下我們就決定要繼續挑戰這個既繁且雜令人又愛又恨的遊戲。

香蕉新樂園

香蕉成熟的轉變過程有什麼變化?到底什麼是催熟呢?又如何催熟呢?哪些原因可以幫助香蕉催熟?這個實驗我們先了解香蕉的催熟與如何判斷。再探討香蕉由綠變黃的原因,由綠變黃之後,香蕉產生了什麼變化?再來我們研究怎麼樣才能把香蕉催得又快又漂亮。透過操作、實驗來看看哪些方法、溫度、水果、薰香氣體、接觸氣體、接觸環境、包裹物質、剝皮程度會影響香蕉的催熟。最後,我們終於發現香蕉催熟的過程與發現讓香蕉快熟的獨門催熟配方囉!

車輛風力發電之研究

為有效地回收加諸於車體迎風面之風阻耗能,以提昇整車系統之能源效率,故本研究提出以風力發電原理為基礎之輔助型車用發電系統,藉此提昇整車能源效率之穩定供電系統。本研究係根據汽車之風阻係數、風能狀況、車輛高度的需求,利用VISIO 軟體撰寫成一套發電機設計流程,自行設計風力發電系統進行發電機參數設計與調整,來提高負載效率。其次,為了避免複雜的實驗數據,利用分析軟體分析發電機在不同風速下之輸出電壓與流。並探討不同變項與風扇業片種類的差異情形,依據實驗結果與前述之邏輯論證做比對,以歸納出最適合之系統。

微觀化學

為了比較傳統型和微型化學裝置的差異,我們設計微型化學反應裝置,並探討其實用及環保方面的問題,我們在顯微鏡底下,觀察化學反應的沉澱結晶及電解反應,嘗試以各項變因(溫度、濃度、聲波…等)來觀察其結晶的形態。我們已成功地將用量減少至0.04ml,也以微觀的角度觀察化學反應的過程。在實驗中發現到反應進行時粒子會不斷流動,經查證後為愛因斯坦所提的布朗運動,並且測得琉顆粒的直徑大小約4.2~6.7微米。本實驗成功地將顯微鏡應用在化學領域上,若將此實驗推廣,可達到汙染少、時間短、用量少的目的。這是邁向化學微觀世界,另一種創新嘗試的方法。