全國中小學科展

第45屆--民國94年

利用顆粒對流搖出疏密波

將大小不同的顆粒放入容器中,一般而言經過搖動後大顆粒會浮出,我們發現上寬下窄的容器經上下搖動,大顆粒則會下降。而當浮出物顆粒較大、密度較小時,浮出速率較快。將米和沙分佈在一個長條軌道上,左右搖動,會出現一節一節的分離現象,每ㄧ節中的排列則是細沙在中間,粗沙在其兩側,米粒分佈在最外層,整體像疏密波一樣,也是顆粒對流作用的結果,且依搖動的振幅不同,所產生的節數也有所不同。

水土交融-泥中水的行為

土壤中的水可分為水膜水、游離水及毛細管水,因土壤具有這些不同形式的水分和難以抹除的空氣、礦物質,使其孔隙率不但多變,也成為影響土壤性質的重要因素;鑒於此因,土壤成為一種複雜的非等向性、非均勻的材料。我們從種植盆栽的觀點切入,對土壤的吸水速度、滲透性及含水量加以討論;並以自製器具,測量土壤對水的特性。除了探討其趨勢外,也試圖套入理論及公式來落實想法,並以塑膠珠的含水量實驗,來強化不同粒徑的保水方式,補足土壤含水量實驗不足處。此外也參考了部分盆栽用土需要將土分層的現象,將粒徑分析後的土壤以不同程序將土壤分層排列,再經由這些測量出來的數值,找出最適合種植的土壤排列方式。

生命之水

記得小時後,每當我開水龍頭時,總是詫異的看著媽媽,驚訝的說道:「媽,水從哪裡來?」媽媽哄騙著我:「河水、雨水、山上的水都算是啊!」我心裡不禁懷疑:「那水不是很髒嗎?」沒想到,這個問題已植生於我幼小的心靈。直到國中遇到志氣相投的同班同學,在「南一版自然與生活科技上冊2-1 水對生物體的重要性」的課程中又再次提到,此時,我回想起老師要我們找題目的方向-盡量是生活上自己本身所遇到的問題,看著由水龍頭中嘩啦而下的自來水,我彷彿又看到了當年的自己在納悶:「那水不是很髒嗎?」 \r 在成長過程中,電視新聞甚至雜誌,都有報導自來水的流程, 有時也有聽到用氯除去水中小生物,這樣水才不會髒,但是又聽到氯對人體有害,兩相互矛盾之下,促使我們決定了這樣的主題-讓我們一起來研究水與氯的關係吧!

自然黑鑽-生物性炭材神奇妙用之探索

本研究探討並比較市面上不同生物性炭材對於調節環境溼度、釋出礦物質離子、影響水溶液的酸鹼值及吸附重金屬離子的能力與差異性。所選取的試驗炭材包含竹炭、備長木炭和稻殼燻炭共五種生物性炭材。研究結果顯示各生物性炭材均具有調節溼度、釋出離子、鹼化飲用水以及吸附重金屬的功能;但不一定如市面上種種有關報導的神奇,仍須謹慎的選擇與應用。不同來源之竹炭與木炭,在各項功能上僅有少許差異,屬於同一類型之炭材。稻殼燻炭對重金屬及其他離子的吸附能力最為卓越;選為移除重金屬?染之炭材最為適宜且經濟,具雙重環保效果。在除濕方面亦以稻殼燻炭最為實惠;然而稻殼燻炭比其他炭材釋出高量之鈉、錳離子,不適用於日常飲水及食物中。

盡可能擁擠

給定一個有n 個頂點的簡單圖 G ,將頂點標號為1,2,…n;考慮任意相鄰的兩頂點標號和中最大值的最小值,稱此極值發生時的標號為圖G 的擁擠標號。在這個研究中,我們得出方格表、m× n × l 長方體、環狀圖、圓柱圖及樹圖的擁擠標號和其極值的通式,並討論相關的問題。

簡單去味法第二部曲

實驗的重點在「一氧化碳的去除效果」上面,經實驗與分析數據,得到以下結論: 一、在含有CO的密閉空間中,放入2wt%的NaHCO3水溶液,CO的減少比例可達40%以上。 二、在 CO 含量較多的密閉空間中,2wt%的檸檬酸鈉水溶液去除CO 的比例可達47.41%。 三、檸檬原汁稀釋成 5wt%檸檬汁水溶液,在CO含量較多的密閉空間中去除CO的比例為 43.53%,效果較同屬酸性、濃度2wt%、5wt%及40wt%的CH3COOH水溶液好。四、在含有CO 的密閉空間中,放入酸度40 的純糯米醋,CO 的減少比例為30.29%到40.29 %間,且該溶液在去除CO 之後,pH 值的變化率僅在0.57%到0.68%間,表示溶液的持久性跟耐受度極高。 五、每年冬天,常發生「一氧化碳中毒,造成多人死傷」的意外事件,希望學生的發現:『2wt% 的NaHCO3水溶液、2wt%的檸檬酸鈉水溶液及酸度40 的純糯米醋能有效減少密閉空間中 CO的含量』,能夠減少這類意外事件的發生。

杯子與茶壺的對話

以自行裝設的簡易實驗器材來觀察液體流出圓口容器口時之狀態,並針對其壁流現象和液體流量、濃度及容器口之間的關係加以討論。

會隱身術的平方公分

探討原正方形經拼湊組合成的長方形面積會減少一平方公分可能的原因,另外,由角度與相似三角形邊長與邊長比值相等的原理來觀察。實際上由於原正方形切割成兩小角形,及兩梯形後,小三角形與梯形組合後並未成為一大三角形,以致於全部組合後,有面積重疊的地方。我們推論出的公式:原正方形邊長甲,切割長度乙,則面積差量 =拼湊後長方形的面積-原正方形的面積=〔(2 × 甲-乙)×(甲-乙)〕-(甲 × 甲)。而我們發現.任一正方形邊長甲都可以找到一最佳切割比例,及長度乙≦甲/2,且以最接近甲/2 的長度時,使得拼成後的長方形面積與原正方形面積的差量為最小,並可將拼成後的長方形歸類為凸出型(以⊕表示)與凹陷型(以Θ表示)兩種類型:最後我們歸納出一規則,即相同面積差量的每一列中的每一數恰好是前兩數的和(最前面兩數除外),也就是說,對每一列數任取連續三數(A,B,C)就是一組最佳組合,C 為正方形邊長甲,A 為切割比例乙,而面積差量=B×(2B-A)-C×C=B×(B+C)-C×C 最小。另外,亦可連續四數為一組合(A、B、C、D), D 即為組合後長方形長,B 為寬,因此面積最小差量為:B×(B+C)-C×C=B×D-C×C,可用來預測出不同的正方形邊長甲,它們所得到的面積最小差量相同的最佳切割值。.另外,我們可以面積差量=1(如底色為黃色那一列)正方形邊長為依據,我們將其面積差量=1 的正方形邊長甲×倍數,即可預測得到最小面積差量=倍數×倍數。反之,我們亦能根據面積差量最小值所分解成平方數a× a(倍數×倍數),預測得到最佳正方形邊長=如底色為黃色那一列正方形邊長甲×a(倍數)。同時,經由我們整理出的規則,預測面積差量為平方倍之正方形邊長,並依據面積差量=1 的正方形邊長,來預測得到長度為倍數之最佳正方形邊長的凹凸類型

以竿窺天談圭表

參考學長們以屋簷為竿所做的竿影觀測,加上本身也對屋簷作了一年的竿影觀測,發現竿的影長有某種程度的規律性,但工欲善其事、必先利其器,因此在校園角落建造了一座標準圭表,繼續觀測了約一年半,終於得到了地球繞太陽是一個近似圓形的橢圓運動。

窺視星際的小眼睛-固定天域攝星系統

從古至今,天文知識大多都是透過肉眼觀測,但畢竟肉眼所見的範圍有限,可視星等不高,直到天文望遠鏡的發明,將人們的視野拉的更遠的星體,然而對於較暗的天體或較暗的星體還是有觀測的極限,另一方面也無法詳實的紀錄。直到發明了攝影技術,人們才有機會把一些天上肉眼難以分辨或看不見的天體拍攝紀錄下來。當攝影科技進入到CCD 的時代,拍攝一張天文照片已經不需要再花費大量的時間和體力,就可以記錄天文的現象。主要是CCD 的感光效應比傳統底片來的好,感光的時間也不需要太長就可以有相同的影像呈現,且可以直接以電子檔來儲存和分享,這些都是傳統底片所比不上的。然而天文攝影用的CCD 攝影機十分的昂貴,往往動輒數萬塊。所以我們嘗試的使用Webcam 的CCD 來改裝成可以用來拍攝天文照片的攝影機,驚覺效果可以媲美天文用的CCD 攝影機,而且價格低廉,只需自行改裝,不需要花大錢也可以做出一台屬於自己的Webcam CCD 天文攝影機。本系統主要的目的是修改Webcam使其能夠進行長時間曝光的功用,並套用於短焦的相機鏡頭做攝影機,利用網際網路遠距控制赤道儀上調整赤經、赤緯座標,將攝影機定在固定的天域位置來進行拍攝。藉由拍攝的天體或星體照片,供做後續的研究及分析,主要可應用於小行星、彗星及暗星體的觀測、發現及研究,甚至模擬超新星的發現。