全國中小學科展

第48屆--民國97年

酷筆

同學間流行使用Pilot 可擦拭魔擦筆,經研究後發現魔擦筆墨水含有感溫粉,會因摩擦\r 生熱而溫度升高至59℃以上時導致墨水顏色消失,在0℃以下時會恢復顏色。而放進冰箱\r 冷凍區就可以恢復筆跡。\r 實驗中,我們用安全又易取得的膠水,加上黃色水彩及紅、藍色感溫粉調和成使用的\r 墨水,最佳比例為黃色膠水:紅色感溫粉:藍色感溫粉=3:1:1。且由筆跡顏色變成黃色\r 可知熱湯可能燙手或燙嘴(44℃以上);當顏色呈現咖啡色,表示容器內的溶液還未退冰(19\r ℃以下),最好等到轉變為墨綠色(20℃以上)時再健康飲用。我們可以利用安全、經濟的\r 冷熱兩用之「酷筆」,畫在不同材質的容器上,以達到提示熱燙、退冰的效果是值得推廣。

舞動長臂展風華

我們以探詢柯子湖溪的長臂蝦為序幕,展開對溪蝦的研究。首先了解柯子湖溪現有溪蝦的種類及特性,進而探討溪蝦族群的生活方式、成長過程、生態環境,以及它在不同環境因素下的活動和適應情形。我們拿水營養量、酸鹼值、溶氧量、水流速度等來做研究,進而探討、陽光、河床、植物等環境因素對長臂蝦族群的影響。希望從這些研究基礎上,找出讓溪蝦增產的機制。靜如處子,動如脫兔的長臂蝦,舞動長螯,有著武士的威猛、又能忍飢耐餓,有著紳士的矜持。牠們豐富了河川的生態,也是水中重度污染的指標。我們希望透過這篇研究,提供教師教學、政府及有關單位進行河川保育工作的參考。

有機的「生機」與「轉機」

有機蔬菜,強調生機飲食的概念,一直是現代人追求健康的目標。「有機」真的就比較健康嗎?為了追求與驗證這樣的論述,我們試著以有機蔬菜的施肥為探討重點,嘗試比較校園中栽種的有機蔬菜,與同學家中種植的有機蔬菜,參與市場上所販賣的蔬菜做分析討論。許多蔬菜因施氮肥過量,致蔬菜體內含高濃度的硝酸鹽,吃進我們身體,經消化系統,變成亞硝酸,這是醫學界證明會引起癌症的物質。而一般的化學肥料的使用正是造成氮肥過量的主因。我們藉由硝酸鹽試劑,來測試不同種植施肥方式的蔬菜中,所含硝酸鹽的含量,嘗試說明「有機蔬菜」的健康概念。讓校園有機蔬菜的種植更具「生活性」與「教育性」。

自製臺灣植物染敏太陽能電池及性質研究

由於染敏太陽能電池製作成本與較早發展的單晶矽太陽電池比較起來低廉許多,且發展潛力頗大,但由於一般學生難以取得其中的關鍵材料(導電玻璃、人工光敏染料)使得此有意義的綠色實驗於中小學的普及度並不高。本實驗的目的便是利用日常生活可隨手取得的資源來自製染敏太陽能電池,一方面透過研究太陽輻射的能量分佈來選取某些高發電效率的顏色染料,另一方面探討染料酸鹼度對其電子傳輸及共價鍵結強度的影響程度,不但希望能提高電池效率,更希冀能普及成中小學實驗而大量製造,在大量及價格低廉的優勢下,再結合美學製作成窗簾等產品,不僅人人皆能為我們日漸暖化的地球盡一份心力,更能美化我們的生活。

氫氫效速

本實驗以簡單之設備探討出最佳電解產氫速率條件,經實驗發現:不鏽鋼做為電極之效果比碳棒好、電極形狀以能與水溶液接觸面積愈大愈好,我們以不鏽鋼線捲成花捲狀作為電極效果最好、氫氧化鈉水溶液濃度在小於0.7M時,濃度愈大電解速率愈快,超過0.7M時不再增快,因此0.7M氫氧化鈉水溶液最佳、另外我們也發現電壓愈大電解速率也愈快、而溫度的影響則是?度愈高速率愈快,溫度每升高10℃電解速率增加效率約10%、最後我們在電極旁外加磁場,發現會造成電解速率變慢。

雷光乍線-光在不同介質中的傳遞與量測

光在空氣中前進時,若進入與空氣折射率不同的介質,就會發生反射與折射現象。我們利用自製治具,以司乃耳定律取得實驗數據。實驗中將雷射光從空氣中射入牛頓、非牛頓液體等介質內,並試著改變其溫度、顏色、粗糙度、旋轉和水的流動,比較光的反射、折射、透光及光被吸收等物理現象,再探討這些現象對折射率、反射率及反射光和折射光能量(照度值)的影響。將照度計和三用電錶以不同距離的光源,測量電阻值與照度值的對照關係。利用自製的光敏電阻數值偵測板,分析在不同介質,反射光能量(照度百分比)及折射光能量(照度百分比)之間的關係,發現入射角越大,反射光能量有上升趨勢、而折射光能量則漸趨下降。

決戰一瞬間~Romseygame的推廣

本研究在探討Ramseygame所蘊藏的數學原理。探究「一個m點之完全圖,若使用n種顏色將線條著色,則使其“必能”圍成同色三角形之最小m值為何」。研究發現,隨著完全圖點數的增加,遊戲的玩法蘊含著特定規律與「數學歸納法」的精神。此外,若將使用的“顏色個數”所對應之“完全圖點數”之最小值以數列表示,研究發現數列各項間存在著“遞迴關係式”,並進一步推導出其「一般項」。然而,若改變遊戲規則,探討「一個m個點之完全圖,若使用n種顏色,二人可輪流任意使用將線條著色,則使其能夠形成一個完全由異色n邊形所組成的n值為何?」。而研究發現可進而發展成一種好玩的新遊戲。透過此研究發現,遊戲不僅可以解釋生活問題,亦可應用於實際生活上。如:車線規劃、運輸…等,十分有趣。

為什麼要「摺」飛機

研究機翼呈平板狀態的飛機,發現重心位置的選取,會造成空氣阻力對飛機重心力矩量值改變。若固定飛行速度、發射仰角、飛機質量與形狀,則力矩的大小將左右飛行的狀態。經過實驗試飛可知,改變飛機重心位置會造成飛行軌跡呈現穩定與不穩定兩種情況,探究其原因發現與力矩有關。藉由風洞實驗實際量測空氣阻力對於飛機重心所造成的力矩大小,發現空氣阻力對重心所施力矩最小的時候,具有兩大特性:1.此時恰好為飛行軌跡穩定與不穩定的臨界點2.此時的飛行距離最大。這兩件結果可以利用空氣阻力對於重心之力矩大小與方向加以解釋。最後探討機翼形狀改變對飛行的影響,發現在相同質量、發射仰角、發射速度下,矩形機翼飛行距離較三角形機翼遠,此一現象可以比較兩者在不同仰角下的力矩值去解釋。

有圓千里切線牽~探討n圓公切圓之存在性

有次閱讀一篇有關公切圓的文章,使我們對公切圓產生好奇,進而想知道n 個圓究竟有存在多少個公切圓呢?於是我們用雙曲線上一點到兩圓距離之差為定值,找出兩圓的公切圓,並以雙曲線交點為圓心,作出任意三圓的8個公切圓。另一方面,我們以反演法作圖驗證,利用反演後圖形的相對關係不變之原理,推廣出n 圓公切圓的作圖與判別法。進一步地,將公切線視為一曲率半徑無限大之圓,將曲率半徑縮放以判別公切圓相關性質。最後研究歸納出雙曲線、反演、切線等研究方法的優勢與劣勢,更結合雙曲線與反演法判別n 圓公切圓的存在情況,並以條件方程式 完整呈現n 個圓所存在最多的公切圓數目,即9 圓以上最多僅存在2 個公切圓。

酸酸鹼鹼何時和

利用電解質水溶液的導電電流大小來判定酸鹼中和的當量點。研究過程中發現若未固定碳棒面積,則影響導電電流大小的因素有加入已知濃度酸(或鹼)的量以及碳棒的接觸面積。於是我們改良實驗裝置將碳棒面積固定,發現所得結果與酸鹼指示劑比較,更能精確判定當量點,且準確度與pH儀相似。我們也探討兩極深度、兩極距離、外加電壓對導電電流的影響,以及不同濃度和不同種類的酸鹼中和對實驗結果的影響。最後,由於酸鹼中和是放熱反應,我們也利用水溶液的溫度變化來測量酸鹼中和的當量點。