全國中小學科展

第50屆--民國99年

「油」裡乾坤---實用油酸價與油色關係的新發現

在『油』的事件紛擾了一陣子後,我們將焦點轉回家裡常用的植物性油脂,研究最貼近生活的這個部分。內容主要是從油質老化試紙、酸鹼滴定測酸價、分光光度計測量光吸收度與自行設計的光敏電阻油色偵測裝置,去瞭解加熱時間與油質變化的關係。結果顯示:長時間加熱前後,橄欖油酸價都維持最高,但油色加深速率最慢(圖一)。不飽和脂肪最多的葵花油,酸價增加、油色加深速率最快。但只要添加維生素E,就可以蛻變成安定的油質(圖二)。高溫下,蔗糖在油中不到三個小時,變成焦油、黑碳,也使酸價、油色急遽升高、變深。油色是油質變化最明顯的證據,我們自創的光敏電阻油色偵測裝置,效果與高價位的分光光度計相近,能有效的偵測出油質的變化。

異色芒草株-五節芒(Miscanthus floridulus)變色機制之研究

禾本科是台灣常見的野生植物,經觀察發現此科植物普遍有變色現象,其中以五節芒(Miscanthus floridulus) 的變色現象比例最高也最頻繁。本研究主要針對五節芒各部分出現的不規則紅色現象進行分析,探討其成分、推測原因並瞭解此現象對植物本身的生長影響。結果顯示,此現象分佈在五節芒的各個部位,變色成因與土質、土壤酸鹼度並無關聯,而是與水分含量有一定相關性,且針對化學分析後,證實此變色現象是單寧酸所致。從實驗結果推測,五節芒的變色現象可能是在植株遭受破壞後,為應對被傷口吸引而來的植食性動物所產生的防禦機制。

撞球台上的黑盒子

由於受到學習經驗的影響,我們理解可利用鏡像作圖,找出撞球台上從某一點「繞球台」撞至另一點的第一碰撞點位置。但面對真實撞擊時,就會覺得當判定用的線段落至球台外部時,會使得撞擊方向的確定更為困難。我們希望找出可將所有判定因素拉回球台上考慮的方法,以提高理論的應用性。 我們針對以「對邊連續碰撞」與「繞球台」兩種方式,撞擊母球至另一指定位置的撞擊方向進行討論,從少顆星探討到多顆星,從「對邊連續碰撞」探討到「依序繞球台」再到「非依序繞球台」,透過不斷試驗、推證與修訂,確立了「對邊連續碰撞」的簡易撞擊方向判定法,並證得以「黑盒子中心」找出判定「繞球台」撞擊方向的理論。依據推得的理論作圖,可得出P點繞球台n顆星撞至Q點的初始撞擊方向,若依此方向將P點撞出,則點P必能撞至點Q位置。

亮不亮,有關係─LED在電化學的應用與溶液電導度特性探討

本研究用LED取代「電解質實驗」的鎢絲燈,來分辨水溶液為弱電解質或非電解質,發現黃光LED的效果最明顯,而最佳適用條件為溶液濃度低於0.01M,電源電壓在3.0V~4.6V之間;並利用此特性,配合「減量實驗」的設計,可達到減少實驗藥品浪費的目的。 此外還對溶液的導電性加以研究,發現(1) 離子運動快慢情形:H+>K+>Na+,OH->Cl->NO3-;(2) 溶液溫度上升電導度不一定增加,還要考慮電解質的解離情形;(3) 溶液離子濃度越高導電性越佳。 最後利用LED及溶液的電導度特性,來改善國中課本中「酸鹼滴定實驗」及「反應速率實驗」的觀察,以電導度的變化來了解電化學反應的進行,並進一步設計了「運算放大器電路」來呈現變化,以利教學上的實際操作。

有心?無心?「形動」見真情--解開三角形的周心密碼

重心的等積性質引發我們對等周分割的興趣,本研究的周心定義為與△ABC同平面上,使得OA+OB+AB=OB+OC+BC=OC+OA+CA的O點。我們透過分類技巧與圓冪性質成功找出任意三角形周心的作圖方式、周心存在與否及位置的判別式,並找出與周心息息相關的環圓。我們並成功透過環圓,逆向推導找出另一種周心的作圖方式。

躍然紙上---探討防水宣紙的特性及應用

字畫受損的主要原因是宣紙中含有纖維質具高吸濕性,容易招致蟲蛀、發霉且易受環境塵埃污染,當字畫慘遭破壞後便失去原有藝術價值。 故本研究企圖將蓮葉之疏水性、自潔性實際應用於宣紙保存,我們利用奈米級二氧化矽設計下面六個實驗: (一)如何製作出疏水性最佳的奈米宣紙 (二)測試奈米宣紙透氣性 (三)比較奈米宣紙之吸水性 (四)觀察奈米宣紙抗日之照能力 (五)奈米二氧化矽處理對宣紙書寫的影響 (六)奈米宣紙的自潔效果 綜合結果:以毛筆沾取墨汁書寫在宣紙後,再以20%奈米級二氧化矽溶液處理,則宣紙可有效表現出疏水性、抗塵自潔、良好透氣性、且不吸水。最後將此技術實際應用於中國畫的保存方法上效果良好,為字畫保存方式提供更經濟有效的選擇性。

葉裡的秘密-鈣離子對結晶形成的影響

本實驗主要在探討不同鈣離子濃度對植物體中草酸鈣結晶的影響。 由實驗結果得知,環境中鈣離子濃度越高,植物於生長初期結晶長度越長,隨時間增加則不再受其影響,而鈣離子濃度和結晶密度則呈正相關。當環境中鈣離子濃度突然改變,植物體內結晶密度亦會改變,且呈正相關。以試管可培養出草酸鈣結晶,也有極少量「針狀」草酸鈣結晶的出現,但其形狀為單獨的針晶體而非植物體中的晶束,且其結晶長度遠大於植物體內的結晶長度。 另外在實驗中也發現,一植株內結晶密度最高的葉片為新生葉,且當新葉形成時,距離最近的舊葉片內結晶密度會大幅降低。此現象推測和結晶的功能性之一:「防蟲啃食」有密切關係,而這部分的討論在作品說名書中將有詳細的討論。

利用地震規模頻率分佈特性分析大地震發生之趨勢

目前仍無法準確預測地震,不過在地震發生前,主震附近有中地震活化、整體地震活動下降及地震規模頻率分布特性(b值)降低的現象。在規模大於6.0的地震中,低b值處會顯示出震央的大約位置,而震央處b值占背景值比例則會在大地震發生前一年下降。本研究便利用分析b值檢驗上述理論是否正確,並進一步利用更多地震檢驗能否以此方法預報地震的時間與位置。並期待未來能做為地震預測研究之參考。 本研究分析台灣1994年至2010年所發生七個規模大於6.0之地震b值圖樣,發現台灣東部地震震央附近低b值區隨時間接近大地震,有縮小、接近震央和b值降低現象,推判為大地震發生位置之前兆。而此七個地震b值占背景值比例趨勢中,有六個在大地震發生前一年有降低趨勢,符合文獻中(Wu等人,2006, 2008)認為大地震前b值會減少的理論。此外,b值趨勢降低之處中有約71%確實在隔年有大地震發生,由此推測可查看b值趨勢觀察大地震是否發生,如有下降現象,推判隔年有大地震發生的機率較高。

孤軍-光滑管琉璃蟻(Ochetellus glaber)缺后聚落的命運

由採集資料及文獻中,發現螞蟻缺后現象並不普遍。而光滑管琉璃蟻(Ochetellus glaber)卻是相當普遍。本研究主要探討光滑管琉璃蟻其居住特性、缺后聚落的成因、意義及缺后聚落中常出現於何種形式,製作符合其特性之人工蟻巢,並進一步探討缺后聚落中工蟻取代蟻后的過程。在飼養中,發現飼養的缺后聚落工蟻有產卵現象,且產下的卵可正常發育,並非我們原先所假設的滋養卵,由此可判斷光滑管琉璃蟻缺后聚落性別決定系統與組織完整的蟻種之性別決定系統有極大差異。根據文獻缺后聚落的生殖方式應是孤雌產雄,由未受精卵發育成雄蟻;但光滑管琉璃蟻是孤雌產雌,不須受精,卵即可孵育成工蟻,與其他蟻種有極大差異。

空氣有沒有重量?

本實驗主要利用生活中隨手可得的工具,應用簡單的測量原理,測得空氣的重量,並探討哪 些因素會影響測量的準確度。