全國中小學科展

第46屆--民國95年

從伽利略落體定律探討降落傘運動變因和模擬

本研究從伽利略落體運動,瞭解自由落體的等加速度運動及空氣阻力的存在;在風速的條件控制下,藉由不同形狀、面積和材料的一系列降落傘製作實驗,以六邊形、八邊形和十邊形最佳,面積越大落地時間越長,以及輕而軟材料(如薄雨衣、薄塑膠布和薄裡布)的降落傘為佳。為進一步瞭解穩定度和傘內空氣流動的特性,我們利用魚缸水槽製造平行水流,模擬並觀察降落傘內的水流代替空氣流動,並設計空洞傘型,觀察形成傘內渦流的現象;並以降落傘實驗發現適當大小的中心空洞,可以穩定飄浮或緩降,甚至可延長落地時間,若空洞過大或數量太多,可能造成輕度旋轉或搖晃。經討論結合日常生活中的玩具車旋轉輪軸及遙控器,設計出可控制降落傘左右運動方向的〝遙控式降落傘〞,具有很高的樂趣。

高屏溪主流與兩岸生態環境之探討(冬季篇)

高屏溪主流流經高、屏兩縣(林孟龍、王鑫,民95)、(洪懿妍,民90)、(彭克仲,民87)。\r 冬季枯水期的高屏溪水,幾乎都偏向高雄縣沿岸;屏東縣沿岸幾乎都是沙地或在河床上種植\r 作物。(盧曉鈴,民92)、(林耀明,民87)、(洪懿妍,民90)\r 本研究發現冬季枯水期時(汪靜明,民88),屏東縣沿岸之水質較偏酸性,可能是因為\r 沿岸種植農作物以及養殖的關係。然而高雄縣由於有生態區以及沿岸整治的緣故,所以水質\r 略偏中性。愈接近林園工業區的溪水酸度愈強,而且接近出海口的水質愈混濁。高屏溪的上\r 游溪水,pH略偏鹼性,水質清澈,可能是因為愈上游愈不受污染的緣故。(彭克仲,民87)、\r (盧曉鈴,民92)、(柯三吉、蕭新煌,民84)\r 高雄縣沿岸的電導度和水中溶氧量,都比屏東縣來得漂亮,金屬離子濃度和溶氧量也較\r 平均。屏東縣由於涵管排放廢水到溪流中、水流速過慢,或水生植物優養化,造成金屬離子\r 濃度大幅提升(王忠茂,民94),以及水中溶氧過低,而影響水質。高屏溪主流上游的電導\r 度都比下游低,而且溶氧量也比下游高。

粗首?遺傳多樣性與形態變異之研究

本研究以粒線體細胞色素乙基因作為分子遺傳標誌,試圖瞭解臺灣西部地區粗首? (Opsariichthys pachycephalus ) 種內之遺傳多樣性。98 條完整的序列樣本可歸納出27個單型,其中有25 個是新紀錄單型。以鄰聚法重建粗首?種內之親緣關係樹,支持將27 個單型區分成兩群演化系群,分別是粗首?A 系群和粗首?B 系群。A、B 系群間的平均遺傳距離為4.89%。10 處粗首?族群內的平均單型歧異度 (mean h = 0.417 ± 0.114) 和平均核?酸歧異度 (meanπ= 0.00126 ± 0.00042) 都偏低,表示粗首?族群內的遺傳變異甚小。反觀粗首?族群間的平均核?酸歧異度 (mean Dxy = 0.0245) 和平均遺傳分化指數 (meanFst = 0.764) 甚高,說明粗首?族群間存在高度的遺傳分化且族群間基因交流受到限制。分子變方分析結果指出粗首?的族群遺傳結構應分成屏東地區與非屏東地區,兩地區間的遺傳變異約佔整體遺傳變異的89.5%,且所有族群間幾乎沒有基因交流 (ΦST= 0.98, p

地底下的秘密

三年級的暑假,學校整修操場被樹根破壞隆起的跑道,當時施做的工人說:樹根的生長是「樹枝長到哪裡,根就長到哪裡」,這句話引起我們的研究興趣。因此,我們著手設計並進行一連串的實驗,透過實地觀察、資料比對與利用綠豆、九層塔、甜椒、青椒的種植實驗,以探討植物莖與根系生長的關係,並作為種植行道樹時參考。經實驗研究後發現:不同種類的行道樹確實會對人行道造成不同程度的破壞,且樹型越高且樹圍越大者,對人行道的破壞越嚴重;相對的,樹圍越小且長得越矮的行道樹種,其對人行道的破壞力較小。另外,行道樹枝葉的水平生長方向與其破壞人行道的方向相同。而植物根系的水平發展方向與莖的水平發展方向相同,且植物根系的垂直發展方向與莖的生長高度相較之下,有「莖高者根深」的趨勢,即植物的高度越高與其根系發展的越深。從實驗中,研究小組發現不同樹種的生長情形間有所差異,因此建議能夠在選種路樹時,應該考量樹木的生長情況,應該選擇較矮的樹種種植,以避免路面受到破壞,而需要更多經費維修。而在道路設計方面,由於行道樹的物種枝葉生長較為高大,因此所需要的生長腹地相對較寬,因此建議未來在做道路規劃時,能夠設計更寬廣的生長空間讓樹木生長。

水草的有氧運動

影響水草行光合作用的三大主因有陽光、空氣、水。故在本研究中,欲進一步深入探討綠菊與光源的距離、色光、水源、液肥及碳酸氫鈉對於綠菊行光合作用的影響。實驗過程中,我們在地下室吊起太陽燈來照射綠菊,並利用加工過的26ml 滴定管收集氧氣。由實驗結果得知,以綠菊和光源間的距離來說,距離愈近,愈能促進綠菊行光合作用;色光方面則以藍色色光對於綠菊行光合作用的幫助最大,紅、綠及紫色色光對於綠菊行光合作用的影響則不相上下;水源方面,地下水對於綠菊行光合作用有最大助益;液肥方面,種植綠菊時添加液肥可促進其生長,進而提升光合作用的速率,但須留意添加液肥應適量即可,其濃度不宜超過1%;以添加的碳酸氫鈉的濃度而言,故若要在水中加入碳酸氫鈉水溶液以促進綠菊行光合作用時,其添加的濃度不宜超過6.7%。

黏黏有蝓

之前,小組同學在家中的花園,找到了一隻豐腴的蛞蝓,牠那軟趴趴的身軀,引起了我們的注意。還記得,我們曾學過昆蟲會分泌化學物質“費洛蒙”進行溝通,這種現象使我們大開眼界。因此,我們便想了解在土壤中的雙線蛞蝓是如何找尋同伴的?我們的實驗主要設計以下四項: 1.利用了網路、書籍查出蛞蝓分類學的地位與相關資料,蛞蝓的學名是 Philomycus bilineatus。並實際觀察與飼養中,發現雙線蛞蝓在爬行時,會留下明顯的黏液痕跡 2.以解剖顯微鏡定期觀察蛞蝓卵粒孵化的過程,發現卵粒的顏色會由透明無色逐漸變成黃色 3.利用自製透明管,探討光線對雙線蛞蝓的影響,在 74 次的實驗,有 47 次是往暗處爬,所以我們判斷蛞蝓具有負趨光性 4.探討黏液是否對雙線蛞蝓的活動有影響,我們做了 63 次實驗,有 38 次會往同伴遺留下的黏液方向移動,所以我們推測黏液對雙線蛞蝓的活動會有影響,可以幫助牠找尋同伴。

愛因斯坦密碼

在顯微鏡底下,我們設計不同的微型化學反應裝置,嘗試探討各項變因(溫度、濃度、聲波…等)隊反應的影響。我們以成功地將實驗藥品用量減少到一滴(約0.04ml),以微觀的角度觀察化學反應的過程,發現反應進行時,粒子會不斷流動,經查證後為愛因斯坦所提出的布朗運動,且測得硫顆粒的直徑大小約4.2~6.7微米。由於想了解微小粒子分子間運動速率大小,於是利用簡單的運動原理V=△X/t=X2-X1/t2-t1計算出硫粒子的移動速率,並探討布朗運動的相關問題。不同濃度及聲波所造成硫粒子的移動速率不同,在不同溫度的部份,我們發現:硫粒子移動速率大約和√T(絕對溫度)成正比。不同溶劑所造成硫粒子的移動速率不同,酒精比率愈高,硫粒子的移動速率愈慢,氯化鈉比例愈高,硫粒子的移動速率愈快,我們也利用流動型實驗裝置插入銅線測量其聲波。並藉由銅線傳入液中,此比藉由空氣將聲波傳入液中的效能大約3倍左右。本實驗成功地將顯微鏡應用在微粒子分子熱運動領域上,並計算出布朗運動速率的大小約8.9(μm/s)至220(μm/s)之間,也經由實驗驗證了愛因斯坦所提出的布朗運動理論,本實驗可達到污染少、觀察實驗的時間短、用量少的目標。此實驗是邁向微觀運動世界,一種值得嘗試且創新的方法。

弧邊面積大探究

本研究欲以一般性的推導手法,導出可廣用的弧邊面積求值公式。

新鮮就讓雙氧水來告訴你

一、利用雙氧水冒泡的速度來檢驗水果或肉類的新鮮度。二、利用雙氧水來區別新鮮果汁及市售加工果汁。

三輪車載得重,輪子鋼絲交叉真堅固

我們為了要知道腳踏車輪子內的鋼絲為什麼要交叉排列,還有怎樣製作的輪子才會較穩固,而做了許許多多和輪子相關的實驗,其中我們覺得鋁條傾斜角度不同和交叉格數不同的實驗很特別。因為我們發現單邊傾斜(無交叉)的角度越大,輪子的載重量越小;但交叉格數越多時,載重量反而越大。另外,軸中間距不同的實驗也很有趣,因為軸中間隔的距離既不能太短,也不能太長,這點是我們在實驗前沒想到的。我們最後還利用之前每個實驗中最穩固的一個輪子和硬水管做了一台三輪腳踏車,並且讓一個較輕的人去騎騎看,也讓我們瞭解到了柔軟的鋁條只要互相交叉排列起來,就能夠支撐很大的重量。