全國中小學科展

高中組

24 點球面

我們證明了,四面體的四個面上的四個九點圓共球面的充要條件是此四面體為「對直四面體」。此球面我們稱為對直四面體的「24 點球面」。並發現在對直四面體的條件下,九點圓的一些相關性質亦可以類推至三維空間。我們也試著將此結果推廣到其他的多面體上。

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。

鹽水奇異振動現象之探討

將一紙杯底部穿一小孔,裝了鹽水,置於一預裝清水之透明杯中,如圖一所示當然最後這兩種液體將混合在一起,但如果你將其中之一染色,在它們混合前你會看到一奇怪的現象。就是鹽水下去一股後卻停了下來。接著清水亦冒上來一股,如此下去形成振盪現象,且這種現象可以持續幾小時,為什麼會如此?這振動週期又與何因素有關。這都是我們要研究的。

〔Cu(NH2)4〕SO4,H2O的定性定量分析暨分析儀器之自製

所謂「實驗乃科學之母」,一切實驗科學莫不建立在實驗的基礎上,而實驗和觀念更是互為因果,不可或缺。在高中課程中曾介紹了一些定性及定量分析的方法,於是我嘗試以此為基礎,再配合較深入的方怯,利用自製的分析儀路來對〔Cu ( NH3)4〕SO4‧H2O作嚴密之定性及定量分析,經過一年多的努力,終於如願以償,今將內容及結論詳述如下,誠摯的希望閣下的批評,指教。

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。

溫度滴定

酸鹼滴定(5)由於指示劑變色判定不易,且氧化還原滴定(8)及沉澱滴定 (10)並無適 當指示劑,因此不易判定當量點,但三項滴定試驗皆會放熱,所以本研究利用溫 度判定當量點。由恆溫試驗得知:自製恆溫裝置之溫度變化速率為每分鐘下降\r 0.052℃,顯示其保溫效果良好,因此能更準確量取當量點。由酸鹼滴定之熱譜圖 結果顯示,其熱譜圖之當量點準確度高達95.49%以上;自熱-電壓試驗得知,溫 度愈高導電性愈大,因此放熱不明顯之反應即可利用導電性變化判定當量點。為\r 避免電解過程中產生氣體包圍電極而影響導電性,故將輸出電壓設定為0.8V(19)。 以市售H2O2(aq) 滴定KMnO4(aq)之氧化還原熱譜圖,可算出H2O2(aq) 濃度為3.4%,誤差 為2.86%;以HCl(aq) 滴定AgNO3(aq) 之沉澱滴定熱譜圖可求得AgNO3(aq) 濃度為 0.525M,誤差為5.00%。因此由溫度求得當量點是一準確可行的方式,並可應用\r 於其它放熱反

水牆

打開水龍頭,水唏哩嘩啦地一瀉而下垂直沖撞槽底,當水流經一段距段距段人驚訝地圖然升起,形成一到水環,這道水環似乎不像是水波,我們姑且稱他為“水牆”,今若加大流量則見水牆向外移,而用砂紙舖在槽底水牆半徑則變小,除了這些還有什麼變因影響水牆呢!產生水牆的原因及其遵循的法則又是什麼呢?

西北太平洋颱風增強與海洋渦漩關係之長期變化

西北太平洋是最多颱風生成的海域,而不同的海洋與大氣狀況,則是影響颱風強度的主要因素。本實驗透過分析1993-2011年,7-10月在120-170°E,10-19°N與19-26°N兩海域間增強的category1-5颱風,將颱風強度與其行經路徑的海表面溫度、海溫26℃等深線、海面高度差異、上層海水熱含量和海面下100公尺海水平均溫度等不同參數做比較,觀察颱風經過的海洋狀況對其增強的影響。比較後發現,長期以來西北太平洋北部海域(19-26°N)的海洋熱力條件有變暖的趨勢,但個案平均強度卻減小。因此我們以颱風個案的垂直風切代表大氣條件,希望觀察颱風強度與風切間的關係。結果顯示,北部海域颱風的增強受風切影響較大,且強度越大颱風的增強與海洋渦漩關連越大;而南部海域颱風的增強則受海洋熱力條件影響較大。

台北區著名瀑布成因及其分類研究

台潤地區環境特殊,面積雖小,地形卻多姿多釆,各種自然景觀亦美不勝收。時至今日,由於工商急速的發展,人口遽增,都市空間高度集約利用的結果,城居的人們已經失去了許多接近大自然,體會鄉野情趣的機會;但是由於科技的進步,生活水準的提高,人們為了找尋最佳的生活環境,開始為保存人白然而奮鬥,因此自然景觀的維護遂受社會大眾的重視與關懷。瀑布為河流地形之一,理論上,具有灌溉、發電、給水、觀光等多方面的功能,本研究的目的,係藉簡單可行的科學方法,抽樣選出台北縣、市共八處濕布,分別探討其成因,並加以概要分類,期藉此研究的結果,引起人們在玩賞、遊憩之際,能對濕布有更進一步的認識,並激發同學對地球科學的興趣,進而培養其科學研究的精神。

利用因次分析法研究圓形水躍的變因

流量Q 的液柱由高度H 處流下,撞到水平板時,輻射狀的向外散開,在半徑R 處突然跳躍成一水牆,稱為圓形水躍。 我們假設影響圓形水躍的變因有(1)流量(2)高度(3)重力加速度g(4)黏滯係數ν, R= kQαHβgγνδ,先用因次分析法找出α, β, γ, 和δ的關係,再用控制變因法實驗,由logR 對logQ 圖, logR 對 logH 圖,及 logR 對logν圖得到α, β, 和δ。實驗的結果和近年來期刊上所發表用繁雜數學得到的公式甚為接近。 水和酒精的溫度改變時黏滯係數變化很大,甘油水溶液的濃度變化使黏滯係數的變化更大,用以探討黏滯係數對圓形水躍半徑的影響,效果很好。