全國中小學科展

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高中組

真假難辨—假酒檢測

由於假酒害人的事件頻傳,如何檢測出酒類中是否含有甲醇,避免人們誤食造成意外的傷害就顯得格外的重要。由於現行檢測法過於複雜,所以我們就嘗試使用氣壓改變量來檢測假酒。根據既有之理論,甲醇和乙醇在氧化反應後可變成甲酸和乙酸,而甲酸可進一步氧化為二氧化碳,利用這種特性,可以由氣壓變化反推甲醇的存在。為減少環境背景因素所導致的影響,我們利用靜置待其平衡加以校正。接著以不同濃度的甲醇水溶液做其氧化的實驗,觀察其氣壓與濃度的數值變化之標準檢量線,發現其結果為一線性關係。最後使用市售的米酒與甲醇配成不同濃度比例的假酒,來模擬真實樣品,其結果同樣也是呈一線性關係。由此一系列的實驗之後,我們已確認利用氣壓變化來檢測假酒是可行的,而且相當具有發展的潛力。

生物世界數學遊戲—以碎形理論解釋植物的生長形態

芒萁是中低海拔常見優勢種,以往文獻提出的解釋是「適應台灣酸性土壤」,但我們提出另一假說:芒萁的羽狀複葉具有特殊的樹狀碎形生長形態,二分岔疊代循環,使其生長效率提高,具有較佳的生長優勢因而成為地被層優勢種。我們從野外生長形態及模擬生長模式進行驗證。野外調查結果,複葉枝條長度與分岔角度有遞減的趨勢,以降低末端小葉重疊比例而提高光合作用葉面積。軟體模擬結果,最佳生長模式為二分岔3階層且分岔長度比為1.0,分岔角度為100。重複二分岔次數模擬中以3階層效率最好,最差為6階層,此結果與野外生長狀況相符。從野外及模擬資料互相比對後,發現樹狀碎形生長模式能讓能量收支達最佳化,有較佳的生長效率,有助成為優勢種。

「藻」知如此─ 萊茵衣藻之最佳減碳生長環境

鑑於溫室效應增強,藻類光合作用為減碳可行之道。本研究以萊茵衣藻(Chlamydomonasreinhardtii)為研究材料,期望了解:此藻種最佳生長環境、生物量變化與CO2 吸收、對不同型式碳源的偏好、初始密度的改變對其生長影響和以自然水體大量繁殖之可行性,期使衣藻生長達到最高速率,以吸收最大量CO2。由實驗結果可知衣藻最大OD 值出現在25℃、有震盪的中性環境,以及用CO2 為碳源的環境,而生長曲線的最大斜率則出現在初始OD750= 0.3unit 的處理下。衣藻能夠藉光合作用形成中性脂(高經濟價值脂質);若用此藻種減碳,滿一標準游泳池,平均每天可減少1 公噸CO2。

攜帶型多功能冷暖氣機

在台灣,冷氣已成為日常生活中不可少的必需品,但冷媒的使用卻破壞了地表的臭氧層。科技如何能與環保相結合,是促使我們製作這台多功能冷暖氣機的動機。

深思熟「綠」才會螢-葉綠素螢光的探討

利用簡單的濾紙層析法,可從植物葉片中萃取光合色素的成分,而利用紫外光照射以及紫外-可見光電子吸收光譜和放光光譜的測量,可判斷各成分所得結果是否有所差異。另外,我們試著加入純水或數種不同金屬離子配製的溶液來檢測對葉綠素螢光強度的影響。我們也嘗試著將萃取出來之葉綠素汁液製作成趣味隱形墨水,書寫在紙上的筆跡在一般光線下是無法以肉眼觀察到,特別的是,在暗室中經過紫外線照射後,便可清楚的看到所有紙上的筆跡。

台灣具翅植物之研究

本研究統計台灣被子植物中翅果及似翅果植物共33科55屬110種,雙子葉植物佔27科48屬91種,單子葉植物佔6科7屬19種,固有種共31種。所蒐集的55種植物中,似翅果植物共20種,其中具翅角果有獨行菜、車桑子;具翅蒴果有台灣前胡、台灣芎窮、蘭嶼秋海棠、水鴨腳、台灣秋海棠、昂天蓮、獨黃、戟葉田薯;翅狀物由萼片發育而成有登吉紅柳桉;由苞片發育而成有黃杞、禿敗醬、毛敗醬、台灣敗醬、楓楊;由花被片發育而成有虎杖、台灣何首烏、琉球水玉簪;由心皮發育而成有青桐,其餘35種為典型的翅果。統計台灣具翅散殖體植物共60科120屬207種,約佔台灣維管束植物的5 % 左右。其中,梧桐科與薯蕷科科內同時擁有具翅果實及具翅種子。將已拍照的143種具翅植物分類,分為立體翅與平面翅。果實中具3枚以上翅狀物呈立體者有20種,而具翅種子植物僅具平面翅。平面翅中具雙翅者共6種,具頂生翅者共20種,具側生翅者共12種,果實與種子皆以環生翅居多,共85種。此85種植物中,蘿藦科與夾竹桃科大錦蘭的種子亦具有種髮,而此特徵是具翅果實所沒有的。

另類鋅銅電池---真正不需鹽橋、可充電的鋅銅電池

一般的化學電池除了兩個電極外,需要兩個燒杯內分別放入相關的電解質及一個鹽橋內放入一種可導電但不參與反應的電解質,實在是很不方便組裝,且電流又不大。例如傳統鋅銅電池正負電極分別為3×5cm2Cu片、3×5cm2Zn片,電解質[CuSO4]=0.4M、[ZnSO4]=0.4M,鹽橋[KNO3]=1.0M時,其電流約僅2~5mA、電壓約1.0V,且不可充電,此電池無論在裝置上、功能上都不是很好的設備。 經本實驗的結果顯示另類鋅銅電池有以下優點、特色: 1.當正負電極分別為銅的相關難溶鹽固體(CuO、Cu2O、CuS、CuCl)、3×5cm2Zn片時,僅需一種電解質,不僅鹽橋真的可以移除,無須半透膜、素瓷杯,在該電解質濃度仍為0.4M下,電流即可增加至70~100mA、電壓維持在約1.1V,且可充電! 2.銅的相關難溶鹽固體電極(CuO、Cu2O、CuS、CuCl)的製備方法---燒結法是考慮學校設備、經費下所獨創、可行的製備方法!這是高一基礎化學第一章第一節化學簡史中談論火的使用與容器製作的關係,加上日常生活中焢土窯的經驗讓我們突發奇想的作法。 3.目前此充電電池在0.4 M NaOH低濃度電解液下,電池未充電即自然放電可得70~20mA穩定電流,維持時間約10分鐘(600秒),經1~3次充電後,效能不僅可維持甚至更好,電流可達80~21mA,維持時間更拉長至28分鐘(1680秒)!所以無論是在實驗時的組裝便利性亦或電池的功能如電流大小、可充電性上,都有突破性的創新改善,應可作為將來國、高中的基本化學電池的實驗之一。

「嘴」大「顎」極,飢要擇食-水蠆覓食策略探討

本實驗主要目的是以行為生態學的觀點來探討烏點晏蜓(Anax guttatus)水蠆的攻擊發動之條件,以及面對獵物採取的捕食策略。本實驗結果發現,水蠆發動攻擊的起因與獵物的大小及距離均呈負相關。而發動攻擊的範圍多在下唇顎所及之處,支持水蠆為伏擊型獵食者(sit andwaiting predator)。面對不同大小獵物時會有所選擇,因為極小或極大的獵物難以捕食,且在捕獵大獵物會消耗較多時間成本,所以水蠆會在獵食風險(失敗、受傷、時間成本)及獲益(能量)之間取得平衡。當水蠆面對獵物密度高低不同的環境,會因水蠆體型大小出現積極、保守、消極的不同策略。綜合以上實驗結果,水蠆在捕食行為上能做最適的權衡(trade off),選擇以最低的風險與成本獲得最高能量,為生態中最佳捕食者之一。

「色香味俱全」-探討果蠅對不同水果喜好的原因

根據前人實驗研究及文獻記載證明果蠅具有視覺及嗅覺,且能分辨不同顏色及氣味。我們想了解不同水果吸引果蠅的原因是否和顏色、氣味或甜度有關。結果顯示果蠅對紅色、黃色有所偏好,這也顯現在其所喜歡的水果上面,例如草莓、橘子、香蕉。使用人工香料做實驗,我們發現果蠅能感知的濃度為百分之一,且果蠅最喜歡草莓香料,果蠅可將水果氣味及其外觀顏色產生記憶。探究果蠅對不同甜度的喜好時,得知高濃度(1M)的蔗糖溶液及高甜度的水果(香蕉)皆較吸引果蠅,可見甜度會影響果蠅對不同水果的喜好,且甜度與氣味對果蠅的吸引具有加成效果。綜合上述結果,得知顏色、氣味及甜度皆會影響果蠅對不同水果的喜好;不同水果吸引果蠅的因素不盡相同。

植物外遇了—探討植物與電的關係

為了要了解植物體的生長因數是否受電子影響,我們將電子接觸植物體,因而設計了三項實驗。第一組實驗設計是將負靜電接觸大豆的種子為實驗組,而完全不接觸負靜電的為對照組;第二組實驗則用負靜電導入已發芽的種子,也是設計一實驗組和一對照組,實驗組通有負電,對照組則正常種植。實驗三則是用電子流通過九層塔,在實驗組中分為向上的電子流通過植物和向下的電子流通過植物,而完全沒有通電子流的為對照組,並分別測量其蒸散水分的重量。從實驗一和實驗二的結果得知通有負靜電的實驗組,對於其生長都有很顯著的改變,植物因為電子的影響而加速生長。從實驗三的結果可以發現到,通過電子流的植物不見得可以加快它的蒸散作用,依據電子流方向的不同,所得到的結論也不同。在固定時間內電子流向上的蒸散作用較快,電子流向下的蒸散作用較慢。