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第47屆--民國96年

課本錯?還是我錯?—鐵生鏽會用掉空氣 vs. 鐵生鏽會產生氣體

上自然課觀察鐵的生鏽時,原本要實驗證明鐵生鏽會「消耗空氣」。但實驗結果卻是「產生氣體」。在確認過這個結果並不是有人惡作劇之後,我們開始了一系列的研究。一開始嘗試要檢驗:「到底多出來的氣體是什麼氣體?」。失敗後,我們只好進一步檢查「為什麼有時候鐵生鏽消耗空氣、有時候卻是吐出氣體?」。成功的發現關鍵因素之後,我們利用這個特點,製造出較純的(沒有混合空氣的)鐵生鏽吐氣(此時我們才發現其實這已不算是鐵生鏽了)。較純的氣體較易被檢驗,這個氣體很輕、遇到火會爆掉,所以我們推測這個氣體是「氫氣」。最後我們也提出一些建議,想觀察「鐵生鏽會消耗空氣」的現象時,應該注意哪些事項。

新型浴室專用防毛髮阻塞之排水孔蓋

目前社會都市化的建築越來越多,相對的排水管轉角越多排水系統越來越複雜,使得浴室排水孔常因毛髮而阻塞,本研究是要解決浴室排水孔被毛髮阻塞的問題,然而目前市面上產品皆只是在排水孔上面加上其他的阻隔物,加上隔物後排水效果變差、並且有積水現像,並且還有少數毛髮從空隙中流入排水孔中,所以要徹底解決毛髮阻塞及相關的問題,不僅是加阻隔物更應從排水孔蓋著手,重新設計方能有效解決問題。市面上並沒有針對排水孔蓋做重新的設計,本研究針對改善重點提出:下凹式的排水孔蓋改善積水,並在下凹邊緣處在加工成內凹槽的型式以卡住濾網,為使排水效果不因濾網而降低,所以也原 11 個落水孔改為 9 個落水孔,並且加大落水孔,以全新的設計徹底解決毛髮阻塞及相關問題,當製作完成後,經實際使用測試比較,確實比市面上相關產品的效果還好,也沒產生其他問題。

談紙神功-紙飛機的滑翔研究

一、風洞資料搜集及理論探討。二、簡易風洞設計製作。三、利用簡易風洞測試各式機翼模型在風洞中各種攻角受力狀況。四、風洞實驗發現:各式機翼在攻角 50 度有最大升力、同一攻角各式機翼升力大小無明顯差異。判斷攻角影響大於機翼形式。五、紙飛機機翼上下並無明顯長度差、飛行特技表演倒飛,用白努力原理似乎無法解釋?六、從機翼風洞實驗觀察分析我們判斷:空氣反作用力是提供紙飛機滑翔所需升力的主要力量。七、空氣動力理論分析,影響紙飛機滑翔的可能因素還有:重心位置、初速仰角、機翼面積。八、製作紙飛機發射器、重心測量器,來測試重心位置、初速仰角、紙飛機材料(單位面積重量)、機翼面積大小對紙飛機飛行的影響。

抗氧化能力測定與應用

我們創新一個方法,利用加入試樣的豆漿其腐敗速度,來比較各種試樣的抗氧化力。本方法再與還原力測定法相比較,來驗證此方法的可行性。利用此方法比較各種蔬果的抗氧化能力及在不同的酸鹼度、溫度下之影響,可進一步研究對人體有用的烹煮、食用方法。實驗顯示豆漿腐敗法與還原力測定法結果相同,故可以證明豆漿腐敗法之可行性。在蔬果抗氧化力比較實驗中,取常見的 13 種蔬果比較之,可知抗氧化能力前五名分為芭樂、蕃茄、九層塔、地瓜葉及空心菜。從實驗發現抗氧化劑易存在於低溫、弱酸的環境下。蔬果加熱實驗發現,木瓜與蕃茄抗氧化力上升,但芭樂、花椰菜、九層塔、地瓜葉…等,抗氧化力皆減少。蕃茄烹煮實驗發現,蕃茄與油共煮,抗氧化力最強,而加小蘇打、米酒共煮時,抗氧化力下降。水果食用方法實驗發現,泡鹽的芭樂抗氧化力增加,加糖卻下降。

「『蟻』知半解」-螞蟻喜好、驅蟻方法及螞蟻智商研究

這次科展研究的主題是「螞蟻」。首先,我們調查了校園中螞蟻的生態及習性,並繪製「自製圖鑑」和「螞蟻族群的分佈地圖」。之後再針對「螞蟻的喜愛食物」、「如何驅趕螞蟻」及「螞蟻的智商」三方面進行研究。根據實驗,我們得出下列的結論:1. 螞蟻喜歡味道濃、鬆軟、沒有魚腥味的食物,例如花生、肉鬆、王子麵。2. 在不傷害螞蟻的情況下,最有效驅趕螞蟻的只有「樟腦油」,而且效力能維持七天。3. 螞蟻相當聰明,會找尋最近的路取得食物。當遇到黏膠時,會用沙子鋪出路來行走。

水中的殺手--漩渦

水中漩渦是個十分神秘的東西。根據我們的研究,一旦被捲入漩渦中轉速可達到 1 秒 5 圈的自轉速度。再利用紅色的色素水觀察漩渦的水流流動後,我們知道在水面沒有明顯旋轉現象時,水裡已經有旋轉的產生。水底孔徑越大的漩渦產生速度越快也越大,外加力量旋轉後,漩渦的形成速度也更快。在漩渦漏斗中間,部分以螺旋狀向下旋轉的水流會有反彈的現象,產生的原因之一可能是我們找出來的一股由漩渦底部逆流而上的水流所造成的。我們進一步利用小白菜種子代替紅色色素水後發現,這種像毛毛蟲般逆流而上的水流,他逆流而上的動力可能是來自漩渦結構快速旋轉時造成的。最後我們又利用旋轉石在底部沒有洞的容器中產生漩渦,結果一樣很特別,值得深入研究。

眼見不為憑:光合色素的濾紙層析分離

本研究使用非洲鳳仙花葉片為材料,萃取其色素進行光合色素濾紙層析分離實驗,研究不同展開液比例、不同材料處理方式、不同氣溫下的色素展開情形。結果發現: 1. 展開液中丙酮、石油醚、水三者的比例適當,即有良好的色素分離效果。 2. 色素的移動距離是胡蘿蔔素>色素X>葉綠素a>葉綠素b>葉黃素。 3. 在15℃以下,使用90%丙酮:石油醚=2:8或80%丙酮:石油醚=2:8展開液可分離出葉黃素。 4. 以新鮮材料萃取色素較麻煩費時,但結果較無色素衍生物,顏色亦較為鮮明。 5. 濾紙層析大約進行十五分鐘就可以分離出四種色素。 6. 同一層析實驗中,各種色素的Rf值並非定值,而是隨著時間改變。 7. 在20℃至30℃,展開液在濾紙上升的高度皆隨溫度的上升而減少。不同的溫度下,色素展開效果及各色素的Rf值不同。

「布」同凡響~與植物有染

六種染材以 pH8.6 地下水加熱萃取染液,經 P.C.C.S.色票比色,再行煮染及六種媒染劑處理後,行染布 P.C.C.S.色票比色,結果將染液分成;(Ⅰ)福木、樟樹(淡橙色群)、(Ⅱ)毛柿、榕樹(紅橙色群)及(Ⅲ)乾荷葉、乾蓮蓬(暗赤色群);染布分為(Ⅰ)福木(黃色群)、(Ⅱ)榕樹、毛柿、樟樹(赤肌色群)及(Ⅲ)乾荷葉、乾蓮蓬(淺灰色群)三群;再以碳酸鈉及冰醋酸調出不同 pH 地下水溶液,以榕樹、福木為染材萃取、煮染及媒染,經 PANTONE色卡行比色,結果鹼性溶液有利於色素的溶出;酸性溶劑有利於染布著色,木醋酸鐵對染布的著色有強化作用,可能原因是,酸性能把染材中的另一種著色成份的溶解出來,且酸性條件可使染料帶負電,媒染金屬帶正電故染著力較佳;鹼性條件同為負電荷,故有相斥現象。

解開「澱粉~碘」的藍色密碼

「澱粉加碘液會呈現藍黑色」,真的是如此嗎?本研究以碘液去測定(1)生的澱粉類食物 (2)熟的澱粉類食物 (3)少量的澱粉粉末 (4)生的澱粉液 (5)水煮後澱粉液 (6)離心後澄清液 (7)生的澱粉類食物之搗碎物及汁液 (8)熟的澱粉類食物之水煮液。結果發現澱粉中會呈現藍色的關鍵成分(直鏈澱粉),經水煮會溶於水中,所以碘液加在澱粉類食物的水煮液、水煮後澱粉液、離心後澄清液中,都會明顯出現藍黑色(或藍色)。我們也測出藍色的最大吸光度波長是 620nm,在這條件下測定樣品吸光度的大小,做為樣品顏色深淺的指標。此外,澱粉煮沸時間愈久,吸光度反而愈低,澱粉只要加 80℃的熱水,就可得到最大的吸光度,此結果最後由顯微鏡觀察澱粉粒的狀態而得到證實。

電池 DIY

本實驗使用日常生活中隨時能找到的硬幣與金屬和一些電解質,希望能做到點亮燈泡的目的。經由先導試驗的電極材料測試選擇後,以銅、鋁作為陰極和陽極,廚房紙巾承載電解質,利用三用電錶測量多種電解質製成電池之電壓與電流。系統化地測量後,找出其中最安全、最具經濟效益的電池組,加以串聯點亮燈泡。一、本實驗發現:(一) 電池電壓的大小隨電極材料而改變;(二) 電池電流量的大小與電極面積、電解質濃度、電解液厚度、電解質種類有關係;(三) 硫酸和鹽水是最具經濟效益的電解質,其中又以鹽水為最安全與最容易取得的電解質;(四) 電池串聯時,電壓能夠累計;(五) 緊密度影響毛細現象。二、本實驗成功製作出能夠驅動小型電器的電池,並能持久使用。