全國中小學科展

第46屆--民國95年

大自然的捲葉高手-香蕉弄蝶

記得上學期,我們的校外教學是到溪頭森林遊樂區,我們沿著步道走,發現有些香蕉樹上葉子捲起來,我們把捲曲的葉慢慢打開,看見裡面竟然有一隻類似蛹的昆蟲。我們回去後,到各網站搜尋後,我們這類似蛹的昆蟲是香蕉弄蝶的蛹,有了進一步的了解,可是這一點了解,根本無法滿足我們對它的好奇。於是,我們便開始展開對香蕉弄蝶的探索。

馬上 SHOW

想測出自己騎鐵馬的最高速度嗎?想知道如何提高騎鐵馬的安全性嗎?想要測出自己騎鐵馬騎多遠嗎?如何電子防盜?背景簡介:在現今的社會中鐵馬成為人們用來代步或休閒的工具,也在各各地方出現了腳踏車步道供人們休閒,而我們的專題主要是要增加騎乘鐵馬的安全性以減少危險發生,我們也做了防盜功能減低鐵馬被偷的機會。創新所在:一、車燈安全系統:用大家習慣的紅綠燈使別人知道目前的騎乘狀況。二、車速安全系統:以車速於 35km/h 當作警訊以之減速。三、防撞車安全系統:以紅外線感測並用聲與光讓騎乘者知道後方有車靠近。四、電子防盜系統:當有人要偷車時,啟動防盜系統降低被偷的機率。

再翻出一片天

m 個杯口向上的杯子,每次翻轉 n 個,讓所有的杯子朝下最少需要翻轉幾回合?去年的全國科展有一優勝作品,探討的正是這類問題。經過研究,我發現該文因較缺乏系統性,沒有提出快捷翻轉杯子的策略,在未證明翻轉次數確實是最少的情況下,即從所得數據歸納最少翻轉次數的公式,所以沒有發現部份結論有誤。一般研究杯子翻轉的問題都是在每一回合計算正反杯的數量變化,可是當杯數和翻量變大,這種計算杯數差的方法會十分複雜。因此本研究創造了三種特殊且簡易的操作法,分別稱為折半法、對稱法及折半法+對稱法。文內將介紹如何用這幾種快捷的翻法解各類型翻轉杯子的問題,並證明所得的確實是最少翻轉回合數。最後,本研究還會討論以連續數翻轉杯子的延伸問題,並設計一些生活應用題,以推廣研究的結果。

根與係數關係—有符號的 Lucas 三角錐

本篇文章從”將βm1 +βm2 +βm3 分解成β1 +β2 +β3 , β1 β3 + β2 β1 +β2 β3 , β1 β2 β3 的非線性組合出發,令fm(a1, a2, a3) = βm1 +βm2 +βm3 ,m = 0,1,2,......,我們發現fm(a1, a2, a3)= , i,j,k? N ∪{0},代表 ai1 aj2 ak3且i+2j+3k=m 這一項的係數,在空間座標中,標記在(i,j,k)點上,結果得到許多類似巴斯卡三角錐圖形的相關性質。而 的絕對值在 k=0 時的圖形,是一個 Lucas 三角形 ,因此我們稱 的圖形為”有符號的Lucas 三角錐”。 在探討巴斯卡三角錐 和”有符號的Lucas 三角錐”在X-Y 平面上的奇偶性圖形時,結果竟然發現只要把巴斯卡三角錐的奇偶性圖形往 X 軸正向移動1 單位就能和”有符號的Lucas 三角錐”的奇偶性圖形全等,這使我們更想知道巴斯卡三角錐與”有符號的Lucas 三角錐”在空間中的奇偶性圖形之間的關係。 最後我們將 的相關性質推廣到四維的情形。

三分五裂~光照對構樹葉形變化的影響

構樹的葉子形狀可稱得上千變萬化,常見的葉形有三種,分別是心形葉、缺刻狀葉和深\r 裂葉(三裂、五裂)。不同的環境下植株葉片的形狀有很大的差異,在陰暗處以心形葉居多,\r 陽光充足之處則以缺刻狀葉和深裂葉為主。依照實驗觀察發現構樹的葉形轉變有著規律性,\r 由心形葉→缺刻狀葉→深裂葉,原先為五深裂葉的葉片並沒有改變,陰暗處生長的心形葉,\r 葉上表皮表面積和葉長比值為2.455,為了要爭奪更多的陽光,便朝接收陽光面積較大的缺刻\r 葉(比值2.766)以及深裂葉(比值3.660)的方向轉變,而在陽光充足地方生長的構樹,由\r 於深裂葉已能有效的吸收陽光,便不再改變其葉片的形狀。在陽光充足處生長的構樹,深裂\r 葉的細毛數量比心形葉多且長,可反射多餘的陽光避免植株過熱,以免散失太多的水分,而\r 心形葉則為了要得到更多的陽光,避免長出太多及太長的細毛。利用增加光照時間來探討構\r 樹葉形變化的實驗中發現:延長光照六小時組最早出現葉形的變化,也有最多的葉片由心形\r 葉轉變成缺刻狀葉。但延長光照二小時和控制組(延長光照零小時),這二組在觀察期間,葉\r 形都沒有發生變化。由實驗結果我們推論,適度的增加光照時間可加快葉片形狀的轉變。

風兒慢慢吹--小巧風力發電機

人類使用化石燃料所產生的廢氣、造成空氣污染、酸雨與溫室效應的問題與能源危機等正衝擊人類,尤其在全球氣候變遷與環境保護的呼聲中,科學家不斷努力發展綠色能源以為因應之道。台灣地區冬季盛行東北季風,有利於發展免費且沒有污染的風力發電,然而我們中學生在這一方面是否能將我們所學的知識,利用簡單的器材將風力轉換為可用的能量呢?利用簡單的器材,將風力轉換為可用的電能。將課本上所學的「能量的轉換」、「愛惜地球資源」、「環境保護」、「摩擦力」、「力矩」、「串聯;並聯」、「電磁感應」等知識用到現實生活中。由本研究結果看出利用簡單易得的裝置可以將風力的能量轉換為可利用的電能,增加的裝置或許不一定經濟,但以較長的時間慢慢充電,可以使用免費且環保的能源,對地球環境保護盡一點心力。尤其推廣這樣的概念,人人動手做,除了樂趣與成就感之外,將使環境更美好。若有適當的發電機,就算只有微風也能如本研究般發電。像本研究取自錄放影機的發電機,只要感覺到有風就會轉動,轉速不用很快就可以使 LED 燈泡發光,就算夏天的微風一樣可以利用風力發電。若是處處有風車,除了環境美化之外,還可以隨時儲存能量,將這樣免費的能源,運用的更廣更實用。

酯酯香醇--酯化反應之最佳化探討

乙酸乙酯的酯化反應最佳化研究,透過田口式實驗設計法,決定對酯化條\r 件進行四變因(溫度、催化劑量、醋酸含量、無水乙醇含量)三水準的實驗,利用\r L9直交表,縮短了反應所需的進程及效率,透過一連串的探究與分析,由圖表\r 的趨勢,我們發現:\r 1. 整個酯化反應,以催化劑的有無扮演最重要的角色,沒有催化劑,反應進行\r 有如牛步。而且催化劑量1ml、3ml、5ml,以1ml 的效果最好,並不是劑量越\r 高就越好。濃硫酸及濃鹽酸都能扮演催化劑的角色,但以濃硫酸的效果較佳。\r 2. 反應溫度25℃、55℃、85℃,以55℃為最佳。\r 3. 醋酸過量對提升產物生成率有明顯的效果。\r 4. 無水乙醇過量對提升產物生成率也有效果但不若醋酸好。\r 5. 攪拌對於這一個勻相的反應,效果並不明顯。

化朽木為神奇--兩點赤鍬形蟲的飼育觀察

兩點赤鍬形蟲是臺灣常見的鍬形虫,廣泛分佈於海拔 200~1800M 左右之山區;在韓國南部、中國東南部也有兩點赤鍬形蟲的的蹤跡。我們選擇兩點赤鍬形蟲為主要研究對象,在成蟲產卵觀察中飼養箱基質為木屑的產卵木中雌蟲的產卵量較高,幼蟲的成長速度較快,基質為培養土的產卵木中的產卵量較少,幼蟲的成長較慢。幼蟲飼育過程中我們發現留在產卵木及大整理箱未經干擾的鍬形蟲幼蟲成長情況最佳,主要的原因是在產卵木及大整理箱裡食物充裕,生活空間比布丁盒大又保持穩定的溼度和溫度;至於布丁盒填裝的基質容易乾燥再加上活動空間狹窄所以幼蟲成長緩慢。鍬形蟲為完全變態的昆蟲,生活史依序為卵、幼蟲、蛹和成蟲。幼蟲在飼育一段時間後會選取一個穩固安靜的地方整理出橢圓形空間後靜止不動並逐漸縮短變成後蛹。經過了這次飼養鍬形蟲的經驗,我們體驗到鍬形蟲是生活在大自然的昆蟲勇士,完整樹林的生態和殘存的朽木都是保育鍬形蟲的重要條件。

比潘朵拉之盒更神奇-自動抽空氣的收藏盒

我想設計製作一個能自動抽出部份空氣的收藏盒。我希望這個收藏盒能夠一直保持在固定的較低氣壓(和自然環境比較起來),如果它會滲入空氣的話,我希望當滲入的空氣達到一定的量,它會再自動抽出空氣。我利用四年級自然課所學習到的馬達和電路的開與關和幫浦,再加上我自己想的薄膜型氣壓反應裝置(利用手術用手套製成),經過許多次的修改、調整,才完成這個新發明-會自動抽出空氣的收藏盒。接著,我要用自製的收藏盒來存放食物類和金屬類的東西,來比較它的防霉、防鏽效果是否優於一般的保鮮盒。

設計、色計-自行設計微型比色計改良比色法實驗

本實驗主要是為了改善高三比色實驗之實驗的精準度而進行的。利用發光二極體作為光 源,搭配光敏電阻,並以塗黑的T 型玻璃管作為反應槽,組裝成自製微型比色計。 此實驗首先確認傳統比色法之精密度極差,接著針對反應槽長度、光源顏色及光源電壓進行篩選。選出最適合本實驗的反應槽長度、光源及適合光源的電壓,組成高精準度的微型比色計。 以自製微型比色計測量十個濃度不同之校正液後,確認本儀器之檢量線確實具有極佳之線性關係,便可進一步繪製檢量線,並計算待測溶液的平衡常數。本實驗不使用分光光度計主要是因為其成本較高,本組希望能以最低的成本,求之平衡常數。