全國中小學科展

第48屆--民國97年

小兵立大功-粉筆在化學實驗中的應用

粉筆,在日常生活中可輕易獲得,看似平凡無奇的粉筆,其實可以巧妙的應用在化學實驗上。我們以粉筆為實驗裝置的主角,找出其優點及實用性,並探討實驗裝置原理。我們以改良原實驗裝置,藉由粉筆的取代有更好的實驗結果,並具有相當的穩定性。我們操作改良的實驗有三:(1)離子移動的觀察-課本中以濕潤濾紙上放過錳酸鉀晶體觀察離子移動,我們以粉筆代替濾紙,比較效果的差異,並改變不同電解液,觀察離子移動的速率。(2)電解碘化鉀-不同於在U型管內電解,可直接在粉筆上觀察到清楚的碘分子。(3)鋅銅電池-以粉筆加入浸泡硫酸銅、硫酸鋅溶液與硝酸鉀溶液,可得到較強的電流,這是有別於傳統鋅銅電池的效果,並且可以達到節省藥品的目的,我們分別用8、4、2公分的粉筆進行實驗,比較並探討其中的原因。

會下沈的的伸卡球

一般球體若以不旋轉的狀態在一均勻重力場下做水平拋射僅會有因重力所造成的鉛直方向位移,但若一開始便施與球體一相當的轉數,造成球體兩側因白努力效應所造成的壓力差,便可使球在離開投手丘到本壘板的十八公尺移動軌跡內有顯著的改變。甚至可以藉由改變出手的角度及握法給予球縱向的位移。實驗中我們製作簡易的高速風動系統和整流裝置模擬出可讓球進行相對運動的風動力,再配合上所設計的低摩擦力介面即可將這些球體的變化軌跡數據化。

會呼吸的鐵鏽

隨著實驗方法的改良可以發現,當鋼棉處在酸性環境時,會先和氧氣與水反應產生氫氧化亞鐵和氫氣,造成水位3、5分鐘內急速上升,約50分後,水位不但降至最低點,還會不斷冒出氣泡,這氣泡就是氫氣。經過我們改良的實驗方法,不但可以在兩節課內看見水位上升、下降,放置約一星期後,還可看見水位再上升。氣球實驗的部分也可以看到先扁掉、後膨脹,之後又再扁掉。我們的實驗方法可以明確的證明出,鋼棉遇酸性環境時,會先消耗氧氣、產生氫氣、再消耗空氣,與理論相吻合,就像植物吸二氧化碳吐出氧氣一樣,這就是我們所說的鐵鏽也會呼吸喔!

「油切」---流道探討與應用

大、小尺度的流道,可影響流動的重要驅動力不甚相同,大流道靠重力,小流道則可利用毛細現象的驅動力,或利用微流道的動電效應來推動。利用適當的驅動力,可使油水產生油切現象,改變油相與水相溶液速率,則可改變切割體積大小,此可應用在藥錠的製造上、由適當分支流道,則能利用油切現象同步產生多種體積的切割,加速生產速度。而微流道則能利用電壓驅動,使帶電流體改變流速,生技上則能用以進行帶電粒子的分離與檢測。而微小流道的毛細現象可應用在醫事上的檢體檢測,製成微流道檢驗晶片,則可達到節省檢體、時間卻能同步處理多項檢驗的優點。

建置射擊練習自動報知系統之研究

以顯示命中靶位位置與得分分數之方式,使射擊者在射擊練習時即時發現且修正缺點,以提高命中準確度,此即為研究並欲解決問題之動機與目的。作品內容整合電子資訊科技的實際應用,軟體方面,結合微電腦單晶片組合語言與VisualBasic程式語言、在硬體上,則聯結PC與單晶片控制電路。以VisualBasic介面之個人電腦為系統核心,透過印表機埠擷取外部電路的資料做轉換及處理,特色如下:一、於射擊位置及PC上即時顯示命中靶位位置。二、於射擊位置及PC上顯示個別分數。三、能隨即清除計分並重新計分。四、PC可顯示並發聲報出靶位命中位置與分數。五、PC可監看多個靶位射擊情況。六、PC能顯示各個靶位命中位置分布情形。七、PC能將射擊練習取得成績或資料建檔和利用。

無線寬頻WiMAX對果蠅本能行為的影響

果蠅成蟲經WiMAX 3.5GHz 電磁波照射後,對其神經系統控制的行為:趨上性、趨光性\r 或是嗅覺反應,均有抑制效果。我們推論:WiMAX 電磁波可能會抑制神經訊息傳導的速度。\r 實驗組子代果蠅雌性比例偏高, 16 小時組雌雄比例為最高,雌雄比例達2.1 倍。可以得知\r WiMAX 確實會影響由內分泌所控制的生理本能。實驗組SOD 活性都比對照組低,也可看出\r 氧化壓力的傷害有累積效果,顯示WiMAX 確實會降低體內抗氧化酵素-SOD-的活性,對\r 正在發育中的卵產生氧化壓力。\r 發育中胚胎受到的氧化傷害,經蛹期變態後,對成蠅的本能行為不會有影響。但對個體\r 的生命週期有延遲的現象。16小時實驗組需時最久(11.83天),可以得知氧化壓力具有傷害\r 累積的效果,但不是線性倍增的關係。

多面體之外接球

研究各多面體在哪些條件下才會有外接球。我們探討出以下三種類型:一、不需要檢驗法的,某些多面體是全部皆有外接球,如:四面體、圓錐、類圓錐(請參考:肆、研究過程中的定義)、圓柱。二、有些是有兩種檢驗法,檢驗它是否有外接球,二種檢驗法,只須取其中一個檢驗即可,因為一個成立,另一個也就成立,只須選擇較易檢驗的即可,此種的有:a-類三角柱(請參考:肆、研究過程中的定義)、a-六面體。三、還有一類是我們目前只找出一種檢驗法的,如:b-類三角柱(請參考:肆、研究過程中的定義)、類圓柱、b-六面體、四角錐。以上的檢驗法,在數學上是屬於充分且必要的,若不滿足任一檢驗法,此多面體即沒有外接球。

電電看就知道

酸鹼滴定(6)由於指示劑(5)變色判定不易,且反應速率(5)及沉澱滴定(1)並也是以肉眼判定實驗結果,因此不易判定當量點,但三項試驗皆會牽涉電解質(2)溶液中離子的變化,所以本研究欲利用導電度判定當量點及反應速率級數。 本次的研究的實驗分成兩大部分,第一部分為討論電解質水溶液中影響導電度的因素。由實驗結果得知,電解質溶液的導電度大致上符合歐姆定律(3),而且測量導電度時,必須避免極化程度以及電解作用的干擾,所以要除了必須將輸出電壓控制在2 ~ 3V,也需固定以下變因:(一) 通電時間 (二)反應溫度 (三)電極距離 (四)電極表面積。且由實驗結果可得到 CH3COOH(aq)之平衡常數(7),在0.02M 時為1.94×10−5,其誤差值為6.11%。 第二部分則是進行酸鹼、沉澱滴定,結果顯示以此方法判定當量點誤差值均在4%以下。並以導電度測定溶液濃度與反應速率之關係(5) , 由結果可得到 之反應速率定律式為,與預測之實驗結果一致。由此可知由導電度進行有關電解質溶液的實驗是一準確可行的方式,並可應用於其他電解質溶液的化學反應。

相異電路組合數的探討

有一個電路網絡,其中含有N 個相同的電路元件,因為每個電路元件皆是相同的,所以會使得兩個電路網絡不相等的唯一原因,僅在於元件的排列和組合方式。一個電路元件有兩端點可以與其它的元件串聯或並聯。 其中所串聯的數個元件,是可以改變串聯的次序是不影響該電路網絡的運作的,改變並聯次序時亦同。因此若兩個電路網絡A, B,A 可以由調換串聯或並聯次序後跟B 相等,則稱此兩個電路網絡是等價的;不等價的電路網絡,稱為相異的。 本文最後給出了一個方法以求得:給n 個相同的電路元件,可以造出幾種相異的電路網絡的個數。 最後推得:有n 個電路元件的相異電路網絡個數,n=1 時為1;當n>1 時為2an,其中數列{an }的遞迴關係為:

揭開柳丁種子黏膜的祕密

一、柳丁種子黏膜是果膠,它有幾個特性:(一)是一層透明的膠狀物包覆在種子外,泡在水中會吸水膨脹,漸漸的溶解於水。(二)容易發黴,可能是有營養成份的醣類、蛋白質或脂肪。(三)pH值是4。(四)不含澱粉,但含有還原糖,不含小分子的蛋白質、維他命C和葡萄糖。(五)加入NaOH溶液後,黏膜由液體凝膠變成透明黃色固態凝膠。(六)加入酒精溶液後,黏膜由液體凝膠變成半透明白色固態凝膠。二、柳丁種子黏膜可能具有下列的功能:(一)柳丁種子黏膜,有助於種子不被破壞的功能。(二)柳丁種子黏膜,有抑制種子發芽的功能,黏膜的存在,是一種調節機制。(三)柳丁種子黏膜,使外種皮能更快被軟化。