全國中小學科展

第50屆--民國99年

揭開〝數〞的神秘面紗─不同數字組合及其運算關係

本作品是以1~9的9個數字為主軸,藉由數、數字和與數字根之間的關係,探討不重覆使用1~9的九個數字,把它們分成不同的幾組數,使其中的一組數會等於其它組數相加、相減、相乘、相除的結果等趣題。

袋我進入折折稱奇的世界

日常生活使用的紙袋看似平凡,大家都不會去在意。無意間,看到教室角落裡有一箱的紙袋,產生我們的好奇:奇怪!一張紙怎麼可以折出大大小小不同的紙袋呢?於是帶我們進入紙袋的探索世界。 從市面上的紙袋中,我們可以分類找出影響紙袋大小的因素,取決於紙袋黏貼處的大小、寬的大小,以及底部的腰長大小,這些因素都足以影響紙袋的體積、各面面積、表面積與形狀,而且不是任何比例的紙張都可以折成正方體。 同時也透過逼近法與遞減法求算,來觀察體積、面積、表面積的變化,發現到底面正方形紙袋的體積都不是最大,而且在遞減法中,發現各組面積差的差跟我們選擇遞減的數是有平方的關係。其中體積最大是第29組,長寬比為70:18的紙張,表面積最大是第41組,也在我們製作的長、寬、高立體模型中,觀察到各組最大體積長、寬、高變化的兩兩關係,呈現出一定規律的曲線,且三者的關係呈現出奇特的分佈。 透過我們的研究發現,市售鋁箔飲料包裝的體積都不是該包裝的最大體積,沒想到日常生活中隨處可見的紙袋,竟讓我們誤闖入這折折稱奇的紙袋世界。

食紙大動~校園垃圾達人秀

校園垃圾何其多,我們作品中已成功且積極呈現處理校園三大垃圾的成果:廢紙自製手抄再生紙並結合紙藝做出愛的小書、壓花卡片、酸鹼試紙。廚餘做成可以吃的紙及有機肥、落葉結合手抄再生紙做成藝術卡片及有機肥。木棉花等做成木棉花紙、試紙…,幾乎所有的紙漿廢水經過測試均對植物生長無害,確實達成廢棄物再利用、節能環保的終極任務。

瞬間的奧秘

自然界中瞬間的閃電,令人既驚懼又好奇,本研究利用瓦斯點火槍在正負極靠近時產生放電的現象,來作對放電的探討。

精密光學鎖

鎖的設計方式種類繁多,有機械鎖、磁性鎖、電子鎖、指紋鎖等方式,一般傳統的機械鎖容易被撬開,而電子式的密碼鎖則可以利用嚐試錯誤的方式來破解,傳統上的鎖較少利用光學方式來設計製作。物理老師在上課時有提過全像光學鎖的設計,它是利用雷射的干涉現象來製作的鎖,運用光的二元隨機相位來編碼,就很難被破解。學校物理課程有上過幾何光學,光線具有反射與折射的性質,因此我們想設計一個利用光學控制的鎖,初步的構想是利用光敏電阻來感測光的存在,利用一個圓柱型的導光壓克力棒,在圓棒上的特定位置上加工有刻痕孔洞,由於光線在圓棒內傳導時,有全反射的現象,當光線射到加工刻痕時,因為入射角度關係,光線會經由刻痕透出,再經光敏電阻感應後透過邏輯電路計算達到開鎖的功能。我們先設計光敏電阻感應光線的實驗裝置,了解光線經由不同位置孔洞洩漏出來的程度,及可能互相干擾的情況,最後根據實驗的結果,修改光敏電阻的排列方式,並搭配邏輯電路的設計製作,完成一組光學感應鎖。

銀奈米粒子於表面增強拉曼散射(SERS)之應用

表面增強拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,常縮寫為SERS)可以廣泛應用於生物、醫藥、電化學、環境工程等多種方面偵測分子。利用粗糙金屬表面如奈米粒子,可以放大拉曼訊號,其中奈米銀可以將吸附在它表面的分子的拉曼光譜訊號放大為106~1014倍之多。本研究利用乙二醇還原銀離子,並加入保護劑PVP,成功合成奈米銀粒子,並利用自製銀奈米粒子,應用SERS偵測10-5M的?啶溶液,其訊號值為31345,較市售銀奈米粒子所偵測的2791強上11.23倍,預計可以進一步分析出10-6M、10-7M 甚至更低濃度的?啶溶液,顯示出極佳的拉曼增顯效果。

見「蜂」轉舵─工蜂對蜂后的選擇性

蜜蜂族群中,多僅具一蜂后,我們好奇,若在蜂巢內放置兩隻蜂后,工蜂的行為會有何種改變。我們分成三方向探討(1) 雙王實驗:原本應忠於自己巢內蜂后的工蜂,是否容易倒戈而臣服於另一蜂后?(2) 換王實驗:在更換蜂后時,工蜂對於新蜂后的接受程度如何?(3) 競爭實驗:當兩隻蜂后遇上,會如何競爭?又誰會獲勝?雙王實驗結果發現,工蜂並非完全忠於自己的蜂后,會出現倒戈現象,推測與蜂后分泌之揮發性費洛蒙有關;換王實驗時,新蜂后適應期越長及適應期內與工蜂接觸越頻繁,新蜂后就越容易被接受,並觀察到工蜂不接受新蜂后時,有尾部捲曲、螫刺對準新蜂后,作勢要將其螫斃的現象;競爭實驗中,兩蜂后相遇時,勝負與體型大致成正相關,和哺育蜂數無關。

費先生的堂表兄弟姐妹朋友

Fenton反應是雙氧水被亞鐵離子催化產生自由基的過程,藉自由基強烈的氧化能力,可氧化許多有機物,常用於處理工業汙染物。本實驗試著找出是否有其他金屬離子能引起類似Fenton反應(Fenton-like)的效果,藉由環境染料在光譜儀中測量其吸收度,如果染料氧化在特定波長下吸收度會改變,想藉此量測金屬離子催化雙氧水產生自由基的情形。但實驗中發現金屬離子可能與染料發生反應。所以我們再使用碘光度法:碘離子被氧化成碘分子並於水中生成三碘離子,使溶液呈黃色,並藉特定波長吸收度上升多寡或氧化速率來量測金屬離子催化雙氧水產生自由基的效果。最後發現在pH = 7中鈦離子(IV)及鋁離子有比亞鐵離子更強的催化能力。

旋切三角形─旋切比能說的秘密

在三角形的三邊上各取一點,將該點與對面頂點連接成三條「旋切線」,我們把由這三條旋切線所組成的三角形稱作「旋切三角形」。 研究發現旋切三角形與原三角形的面積比及截線比皆與旋切比有關。我們並探討旋切三角形與原三角形相似的「同形旋切」。此外,固定旋切比的旋切三角形與原三角形重心為同一點。我們發現四邊形中的平行四邊形也有這些特性。

簡易型多角度砂輪修整器

磨削為金屬切削加工中常用的精密加工方法之一,利用高速旋轉的砂輪,磨除工件材料欲除去的部分,由於砂輪磨刃甚小,工件材料移除量比起其他切削加工如車削、銑削少,因而常為機械加工的最後加工步驟。當工件製作好時,需要用磨床做到更精密的尺寸,又遇到角度需要研磨時,在學校的作法,就是為了一個工件製作一個治具,製作一個治具花費的時間大約是再三小時至四小時,這花費的時間似乎有點太長了,而如果要使用角度規的話,一組角度規的價格並不便宜,所以我們就研發這個砂輪修整器,能夠方便做出想要的尺寸,而且價格不高,這樣不但能節省時間,也能夠省下製作治具的成本,不管是想要什麼角度都只要一樣東西就能完成了。