第46屆--民國95年

在新聞報導中指出一般免洗筷子中大都有殘留二氧化硫，而二氧化硫可能導致過敏或氣喘病。本實驗主要是利用國中理化實驗室中常見的藥劑，找出檢驗竹筷子中的二氧化硫的簡便的方法。我們把竹筷中二氧化硫的檢測分為定性與定量分析兩部分。在定性分析實驗過程中，我們發現氯化鋇雖然可使亞硫酸根產生白色沉澱，但沉澱的現象不是很顯著。因此在加氯化鋇之前先加入過氧化氫，使亞硫酸根氧化成為硫酸根，可使產生硫酸鋇沉澱效果更顯著。而定量分析部分，經過多次的試驗，我們改進滴定的方法。首先降低碘標準液濃度，並利用注射針筒與點滴用的軟針來進行滴定，使得微量的二氧化硫可以被檢測與分辨出來。而根據實驗結果，我們發現所收集的衛生筷，只有木質衛生筷無二氧化硫殘留。而從定量實驗中可發現浸泡三小時或煮沸應該有助於去除竹筷的二氧化硫殘留。

本研究探討三種日晷：水平式、赤道式以及半球面式之製作及觀測，並分析實驗數據所代表的意義，進一步歸納造成誤差的變因，以求做出準確的日晷。計畫的步驟如下：一、從理論探討日晷的運作原理二、製做並研究不同形式的日晷三、測量不同形式日晷之準確度四、分析並減少導致誤差的變因五、探討日晷所具有的延伸功能六、討論不同日晷的應用與發展水平式是製作、觀測最容易的日晷型式。我們發現測量所得數據精密度高，其誤差值的範圍十分固定，應是系統性誤差所致。赤道式日晷十分準確。影子成等角速度轉動，只要知道影子轉動之角度即可轉換為經過的時間，堪稱基本的日晷型式，水平式、垂直式、圓弧式、半圓柱面式、圓柱面式、極式日晷乃至變心日晷在理論上皆要借助於它。半球面式日晷的功能最廣泛，可說是集日圭與日晷於一身的天文儀器。特色之一為將白日等分。球面本身可對應到天球，位於球心的影子位置即太陽在天球上的位置。只需知道兩晷針的影子與子午、卯酉兩大圓交點位置，以及所在地緯度，就能求出日期。無論使用哪一種日晷，都須經經差補正及時差補正才能得到手表時間。三種日晷雖然樣式各異，基本原理卻都是相近的，都能將太陽在天球上的運動完整地投影到面盤或球面上。

使用天平的桿槓原理來量測磁鐵磁力。天平的一邊是磁鐵的吸力，另一邊是塑膠瓶裝水，當天平達到平衡時，水的重量就代表磁鐵的吸力，我們利用這個自己做的工具，進行了許多有關磁力的研究。首先我們用塑膠間隔墊片架高磁鐵和鐵片的距離，發現距離愈小磁力愈大，但並不是等比例的變化；探討不同材料對磁力的阻隔，發現有磁性反應的鐵片，最能阻隔磁力，而無磁性反應的材料，反而不會阻擋磁力；而阻隔鐵片的面積、厚度增加時，阻隔磁力的效果就越好，但並不是一直增加，就可以完全阻隔，有趣的是，到達一定的面積和厚度時，磁力就不再減弱了。

有一天在回家的路上看到工人在砌牆蓋樓房，工人砌磚的方式很特別，並沒有整齊的排列，而是交錯以階梯形的排法疊上去的，讓我感到很好奇，而在五上的自然課程裡，也曾經討論到力的作用，學過如何測量力的大小，因此，進行實驗探討獲得的結論如下：一、在疊砌磚牆時須有規則的疊砌，磚塊與磚塊間須交錯排列，利用上方磚頭的重量去固定下方的磚頭，將自身載重與其他外來力量均勻分布，使牆面穩固，才不至於力量集中在某一點上，而造成破壞。二、牆面受到水平方向的施力對牆面穩固性破壞力較小，較不易使牆面倒塌；但受到斜角或垂直方向的施力對牆面穩固性破壞力較大，較容易使牆面倒塌。三、磚塊的長度與寬度都會影響牆面的穩固性，長度越長或寬度越寬，都能使牆面的穩固性越佳；而磚塊的厚度較不影響牆面的穩固性。四、磚牆底面積的大小是影響牆面穩固性的重要因素，底面積越大（如越長或越寬），牆面的穩固性越佳。五、磚牆的疊砌，一定要兩兩交錯重疊，即所謂交丁，其中以１／２交丁方式最能承受力量，能使牆面穩固性越佳。六、牆面需要承受較大載重時，可使用丁式砌法或豎砌；而只是隔間用的分隔強（即所謂非承擔重牆），採用一般的順式砌法即可。

本研究的目的在於發展一套偵測酵母菌產氣速率的新方法，藉由魚缸恆溫槽、攪拌器與吸量管的組合，除了能在數分鐘內測出產氣速率外，更克服了舊設計產氣速率測量不穩定的缺點。與糖度、酸鹼度、酵母菌數比較，此法對酵母菌活動力偵測有更高敏銳度。在實驗變因上：糖種類、糖濃度、酵母菌重都會對產氣速率造成影響。添加酒精、硝酸銨與亞鈷、亞鎳、銅、鋅離子會終止或減緩產氣，少量 NaOH 則會加快產氣。應用在環境偵測上，也證明了磁場與 CRT 螢幕的輻射對酵母菌產氣影響不大。在酵母菌型態上：產氣初期是以能快速增加個體的出芽無性生殖為主，產氣高峰過後因環境惡化(pH 值最低)，可以看見長尾巴，預備進行接合有性生殖的酵母菌在顯微鏡下出現。

本實驗以外加電流通過筆芯產生熱，使筆芯發光，探討所謂白熾現象。主要研究重點為找出電流、電壓、電阻、功率、壓力和溫度等之變因與白熾現象之關係，以六種不同波長之濾光片配合六個光度計，量測筆芯之發光程度，並嘗試用紅外線熱像儀定性測量筆芯於白熾狀態下之溫度分布。實驗結果發現，筆芯於白熾狀態下會變細。在同一實驗條件下﹝固定電流﹞，筆芯在壓力為5cm-Hg 時比在76cm-Hg 狀態下，發光時間至少延長一倍，由此可推之氧化反應為筆芯變細之主要原因。並以黑體輻射理論，嘗試推導出由光度計所量測之照度與溫度關係式，以解釋筆芯白熾現象。

在實驗中，我們探討表面張力與最短距離方面的問題，研究肥皂膜形成圖形的物理意義。在我們的觀察中，肥皂膜會於支持物間形成連線，若支持物是三支柱子以上，在其間形成路徑的總和最短。我們試著在多柱體間利用此性質修建最短連線，並利用數學模型及力學原理找出肥皂膜最短路徑的原因。整體的研究過程可以粗略地分成下列幾點：一、驗証最短距離二、利用力學解釋原因三、分析各情形所表示的意義四、理論地預測出最短距離連線圖形。

前言本實驗利用果蠅為研究材料，將幼蟲及成蟲飼食於不同咖啡因濃度的食物下，觀察咖啡因對其成長、生育及反應能力的影響。實驗結果顯示，隨著服用的咖啡因劑量愈高，果蠅產卵的總數也愈少。且發現咖啡因會使果蠅幼蟲反應遲緩，若親代於生殖期服用咖啡因亦會對子代幼蟲反應造成影響。另外若幼蟲期服用咖啡因，會使得幼蟲的生活史拉長、發育遲緩，但若親代於生殖時服用咖啡因，並不會對子代幼蟲型態發育造成影響。此說明了咖啡因對於果蠅幼蟲均會造成影響，且影響的層面不盡相同。

從研究中我們發現，齒輪及啄木鳥玩具「振動緩降」運動的原因，是因為圓洞兩側不平衡所造成。模擬齒輪的第一代平面式緩降器，有下降較快以及穩定性不佳的缺點，因此我們模擬啄木鳥玩具設計出第二代的彈簧式緩降器。但第二代緩降器搭載重物時會造成保麗龍腳座的圓洞凹陷與變軟，因此將腳座改用壓克力材質，而成為第三代緩降器，我們也發現圓洞黏貼軟木墊緩降效果最好。最後我們將第三代緩降器，成功改裝成搬運物品的「啄木鳥跳跳緩降機」，將 8 個雞蛋從 3 公尺高的爬竿頂端，完好無缺的運送下來。

在本實驗，主要針對染料敏化太陽能電池的幾個變因來研究：染料、二氧化鈦膜厚度、電解質pH值、電解質組成比例以及光源照度對染料敏化太陽能電池光電轉換的影響。染料部份，採用了葉綠素、花青素、甲基藍、汞溴紅四種染料來比較，未染色為對照組。結果以甲基藍的敏化效率為最佳。在二氧化鈦薄膜厚度時，發現較薄的膜有較高的光電轉換效率。電解質pH值方面，發現酸性與中性的電流傳導效率較佳，鹼性則偏弱。此外，我們亦發現波長較短的光對染料敏化太陽能電池的電子電洞分離效果較佳。我們藉著控制電解質中碘化鉀的濃度，試著改進其電流傳導性能，結果發現在重量比(wt)為碘/碘化鉀/水(1/X/10)的系統之中，X約等於10-13有最佳的表現。在光度曲線方面，將自製太陽能電池以不同照度測試其電壓、電流值，電壓電流均隨照度增加而增加，發現電壓值在超過12000Lux時會突然下降。最後，我們測試了染料敏化太陽能電池的壽命。發現染料敏化太陽能電池的電壓／電流值在48小時內無削弱的趨勢。在補充實驗裡，我們嘗試了以二氧化鈦膜的大小為變因，觀察其光電流密度的改變情形，並比較各種鍍膜方式，以找出最經濟的鍍膜方法。