全國中小學科展

第48屆--民國97年

電不電有關係--『奇、檬』子的問題

本研究旨在找出影響果汁電池電壓、電流大小之因素,進而改良、設計出一電壓穩定、\r 電流大之簡易果汁電池。綜合本次的研究結果可發現:\r 1. 電壓:選擇氧化還原電位差異大的金屬當正、負極,即可得到電壓大的電池\r 2. 電流:選擇檸檬當電解質並加入食鹽,且電極距離要近、深度要深、接觸面積要大,把握\r 這幾項原則,就可以製作出功率、電量都不錯的電池。\r 3. 自製加鹽奇異果汁的電量為31.5 mA〃h,而加鹽檸檬果汁的電量為70.8 mA〃H(只測試\r 一片鎂-銅電極所做的電池)\r 4. 將電極,像鉛電池的單槽電極般放置,電流顯著增加。利用此種方式,自製一個1.5V、\r 220mA 的加鹽果汁電池。

色解(ㄐ一ㄝˋ)—以比色法測量奈米光觸媒分解染料色度之研究

環保署對於染料廢水之色度訂有排放管制標準,因此將染料廢水脫色再排放才能符合環保規範。本研究是利用奈米光觸媒置入染料溶液中,探討經紫外光照射後,不同pH 值與觸媒劑量對染料之脫色速率之影響,找出最適化的條件。並利用最簡單、低成本之比色法原理,將初始染料濃度與脫色之染料濃度高度比例可計算出其相對濃度。結果顯示TiO2\r 與ZnO 兩種光觸媒處理孔雀石綠與莧菜紅溶液之脫色,都可有效降解此兩種染料。使用不同光觸媒處理染料溶液之脫色,在不同pH 值下,皆有個別最佳使用量,因此處理時應視染料及奈米光觸媒種類而定,尋找出最佳化條件,以確保在最少光觸媒用量及最短時間內完成。藉此結果希望能夠運用在染料廢水處理上,以得環境保護之效應。

與複擺共舞

本實驗主要目的是為了瞭解影響複擺運動的因素。實驗中分別以擺長、質量和擺角為操作變因,利用馬錶及電腦測量複擺的週期。在小擺角10度以內,複擺具有等時性,擺長的平方根與週期成正比,質量對週期沒有影響。較大的擺角對應較大的週期。電腦配合滑鼠測量複擺的運動軌跡,顯示擺動大小受阻力隨時間遞減,末端處的運動可近似地視為簡諧運動。此外我們對複擺進行強迫震盪的實驗,當強迫震盪與複擺的自然振盪兩者的週期相同時,擺動大小不會隨時間遞減反而有略微增大的現象、當兩者的週期不同時,複擺的運動軌跡變得很不規則。實驗結果說明當發生共振時,複擺本身能從外界獲得能量、而非共振時,其運動會受到干擾,無法有效地從外界獲得能量。

誰與爭風

風力發電的原理是利用風力吹動風車的葉片,將風能轉變為機械能,產生的動力可以\r 轉動旋轉式發電機輸出電能。我們依據風速與發電電壓的關係數據,製作一個簡易的風速\r 計,作為各項實驗,測量風速的工具。首先,利用生活用品製作的環保可攜式風力發電機\r ,對2 個1800mAh 3 號鎳氫電池充電,將電能儲存起來,結果是可行的。這是我們研究設\r 計風力發電機系統的入門。經過檢討,選用適合風力發電的軸向磁通發電機,以此做了風\r 車葉片半徑、角度、材質對發電機轉速、輸出功率之影響的各項研究。再依研究結果製作\r 了一組最有效率的葉片。並與發電機等組件,組裝了一台理想的小型風力發電機,連接充\r 電控制及監測系統,對12V 7AH 的鉛酸電池充電。最後再測試、評估它的發電效率。

墾丁萬里桐海岸藻類相之分布與季節性消長研析

台灣四面環海,但我們在學習的過程中與海的接觸卻很少,因此希望藉藻類相的研究實際接觸海洋。選擇藻類為研究題材是因為海藻在此生態系扮演重要生產者角色。研究紀錄了墾丁萬里桐及台南黃金海岸一、四、七、十月的藻類分布、生物量、覆蓋率、優勢種光合作用效率及各項水文資料,並分別計算出各採樣點的生物歧異度以利分析。經過一年的採樣,發現沙岸的黃金海岸全年生物歧異度均為0,而礁岸的萬里桐則有豐富的藻類生物歧異度。且藻類有明顯的季節消長〈四月生物量最多、七月遞減〉各藻種也有消長情形〈優勢種一月綠藻、四月褐藻、七、十月紅藻〉,經環境資料分析後,與水中pH值、溶氧、葉綠素含量無太大關聯,卻與溫度、紫外線及颱風侵台有關。

平分秋色

在“漫談卡特蘭數”這篇文章中,提到一個關於卡特蘭數的問題:「考慮在n×n的格子上從(0,0)點走到(n,n)點,不經過直線y=x之下的點有多少種方法?」而本篇研究除了將其規律找出、導出公式之外,並用一套有系統的鏡射方法將其推廣到直線x-y=n時的規律。此外,還可利用圖形切割、重疊的方式進而討論雙邊振盪。

風神,綁!

冬季時校園中強風橫行,我們很想知道社區中防風林對風是否具破壞力。本研\r 究採風阻實驗裝置模擬防風林,並對校園附近約28 ha 的土地與社區中防風林進行實\r 地調查,推測風阻對風速衰減的影響。風阻實驗裝置結果中,中央測點的最大風速\r 受風阻影響範圍約可達6 倍風阻高度的距離,受風阻寬度的其他區域,當距離在風\r 阻高度的4.5 倍內出現平均風速有衰減。調查鄰近研究地區主要為草生地、建物地\r 區與菜園及水田耕地等三大類型。在研究地點中的防風林共有11 座,有雙排林的林\r 地相鄰6~7 倍樹高,林向皆在315°±45°至135°±45°的範圍內,北風及東北風對於些走\r 向的林地近乎成垂直夾角,至於當風向為東北及北向時,影響研究國中校園的林地\r 共有3 座,再由訪查民眾,了解防風林對人們的價值。

“橋”與“路”

本文主要是要探討在兩岸平行河流兩側(或同側)的兩個地點間,應在河流的何處造橋,方可達到首要要求(1)造橋經費最省,次要要求(2)各地與各地之間造路經費最省,即以「最短總路徑」建立道路及橋樑之間的聯絡路徑、進而推廣至多地時應於何處造橋與如何構造「最短總路徑」。

三角形到四面體之鑲嵌

在此作品中,我們探討一些三角形、四邊形乃至四面體的鑲嵌問題(意指內切或內接幾何圖形),主要成果如下。給定一三角形,我們指定跟它內接的三角形的形狀,而證出內接指定形狀三角形的「外、重、垂、內、旁」諸心之軌跡皆為線段,且能用尺規作出這些三角形之最小者。相對地,給定四面體並選取其某一面,我們證出「有一面平行於此面並內接於此四面體」的正四面體的重心軌跡為四次平面曲線,並求出諸正四面體邊長最小值。其次,我們導出四邊形的內切橢圓所形成的(廣義)Gergonne點的軌跡是圓錐曲線的一部分,並利用平行截線分解出三角形的內切橢圓中心軌跡及Gergonne點軌跡之幾何結構。最後,我們以連續變動的平行平面來截一四面體,套用前述結果,可看出和此四面體相切的橢圓之中心軌跡及Gergonne點軌跡的一些幾何結構。

木炭竹炭誰好"色"

本研究以竹炭、木炭作為吸附劑,吸附水中的有色物質(染料、顏料),發現竹炭的吸附效果比木炭來得優異、脫色效果來得明顯。並藉由等溫吸附理論來探討,進而了解吸附行為機制,並且探討粒徑與溫度對於吸附的影響。