全國中小學科展

高中組

電腦星圖

在浩瀚星河裹,存在著無數的星斗。在知識日新月異的今天,天文方面的知識實不可或缺。我們有鑒於目前國內有關天文教育方面的輔助激材非常欠缺,高中地球科學課本也多觀念及理論的闡述,未講求實際的觀測。使得學生對天文的興趣及知識無法提升。並且在本校天文社的活動中,發覺現階段的中學生對於天文的認識極為缺乏,所以大家在學習當中均感無從著手,因此我們天文社決定製作一教學用天文社電腦程式。以供日後活動使用。

法雷圖連分數

古代西方,連分數是很多數學家研究的領域,但還是在數方面做打轉,我們的構想是,既然輾轉相除法可連結到連分數,那連分數一定可以推廣到更廣闊的領域,幾何的結合是我們所構想的,也就是用嶄新的方法,幾何來定義連分數,再結合法雷(序列)圖形,加上其特殊的性質,包括翻轉、平移、圖形的左右、變換主軸的走向,以達成法雷(序列)圖形上得連分數,連分數就變成幾何方式的全新風貌。但連分數是以連加的方式利用高斯來求得,但我們以反向思考的連減方式來創造新的連分數,利用天板符號求得,這與原來的連分數是完全不同的,幾何的讀出也是不盡相同,接著以法雷圖形和連分數的結合解釋無理數和 n 在圖形上重合的性質,其字碼是非常有循環的,而應用中皆是實際的發現,除計算機上的問題較簡易,中,可成功的利用圖形的特性,連分數的分析,接著將費氏數列變形,會發現其實法雷圖形上就存在費氏數列,中再加入畢氏數組的討論,會發現更多連分數的變化和規律。

親「氫」我的寶貝-光觸媒於混合溶液中照射日光產成氫氣

我們發現當CdS 與ZnS 重量比以2:1 時,能在Na2SO3 及Na2S 的混合溶液中,照射日光產生氫氣,並能有最佳的產率38.18(ml/hr*g),比一般直接照紫外光的效果更好。不只善用自然界的太陽能,還可以生成最乾淨"綠色"的能源-氫氣。我們以 CdCO3 和ZnCO3 做為產氫觸媒的原料,其為黃色的粉末,並以AA 原子吸收光譜儀求得樣品溶液中測得CdS 與ZnS 重量比為2:1。 把產生的觸媒放入以 Na2S 和Na2SO3 混合而成的溶液中,以鋁薄紙包覆以防受光實驗提早進行。把實驗裝置放在日光下照射,以一端管口所接的細量管得失產生氫氣的體積,進而換算產率。 我們的實驗裝置為密閉式的,並無循環裝置,故產氫量有限。未來的發展將是朝著大型開放式的循環系統,使氫氣能源源不絕的產生。 The production of molecular hydrogen upon sunlight illumination of the mixture of CdS and ZnS suspensions in the weight ratio 2:1 in Na2SO3 / Na2S solution have been observed. The best rate of evolution of hydrogen is 38.18(ml/hr*g), which has a higher efficiency than upon UV illumination. It not only make a great use of the solar energy, but also produce the cleanest “green” energy resource─hydrogen.

“速”“氫”專案

對於基礎化學(三)的實驗教材中秒錶反應(IO3-+3HSO3-→I-+3SO42-+3H+)其反應速率的測定結果,反應速率與[KIO3]成正比,即對[KIO3]而言為一級反應關係。進一步探討影響反應速率的因素,改變配製藥品中H2SO4的量,探討對秒錶反應的反應速率影響,發現變藍時間的倒數與[H+]成正比,即對[H+]而言為一級反應關係。改變每次實驗中H2SO4的量,發現只要每次實驗過程中H2SO4的量固定,則[H+]的大小不影響級數的判定結果。 [H+]愈大,對第二步反應(IO3-+5I-+6H+→3I2(s)+3H2O)產生I2所需的[KI]愈小,但要有一定的[KI]才能產生I2,此結果會影響秒錶反應速率的測定中,當[KIO3]太小時,變藍的時間測定會比預期的時間長,而造成判定的誤差變大。由電位的計算知當溶液變藍時,剩下的[HSO3-]相差不大,故[H+]變大對秒錶反應中變藍時間的影響討論並非是第二步提早反應的關係,應是[H+]會影響秒錶反應的反應速率。重複實驗結果相同,更加確定結果之正確性:秒錶反應的反應速率R∝[IO3-][H+]

校園水池藻種與水質相關性之研究

去年造成台北最大災害的颱風-納莉颱風,使校園造成不小的損失,當然也對校園荷花池帶來不小的衝擊。我們利用風災之前對校園荷花池所累積的藻類數據為依據,再與風災過後之實驗數據加以比較,觀察經過風災後的池水,其中藻種之變遷、消長情形,並與新教材的高一基礎生物課本相關內容對照;運用生物方法-指標藻類-分析水池從以前到現在的水質變遷過程。由結果得知,風災後近荷採樣點(SN)、遠荷採樣點(SF)和風災前底泥之數據比較,確實有藻種之變遷。在這個實驗中,我們利用了矽藻的特性來鑑定出水質的好壞;也從中了解到,事實上,課本中所敘述的「在水質良好的湖泊,以矽藻為主」雖然是大致上的歸類,但似乎還是有些爭議,我們認為--不論是矽藻、綠藻或是其他藻類,都有在各種水質環境下適合的優勢藻種與數量。而且本校荷花池從以前到現在之腐水度是有惡化之趨勢--由貧腐轉為中腐,只是因為淹水之原故才會使得腐水度又下降,但是下降後往往又會回升。另外,在我們觀察各種藻類之際,也同時累積校園荷花池藻類之照片以製成圖鑑,期望對校內之「物種多樣性」紀錄盡一分心力。

高斯平面歷險記

於四十三期牛頓雜誌上的一篇[碎形幾何學之美],引起我們極大的興趣,尤其在於牛頓法與方程式之複數根以及夢幻般美妙圖形之關係。以下便是我們的探討。

鹼性直接甲醇燃料電池及其構造對效率之影響

本文利用簡單的方法製作出鹼性直接甲醇燃料電池,陽極觸媒電極組件係利用電鍍法製成,陰極空氣電極組件使用催化劑MnO2粉末、碳黑粉末與PTFE粉末混合而製成,半透膜部分則使用PVA。 本文還探討了電池元件組合方式與電池效率之間的關係,由實驗結果可以發現,當電池內部含有半透膜時,電池內電阻會增加,但是也會有效提升電池輸出電壓。此外,電池陰極空氣電極的碳黑含量也會直接影響電池的效率。 本文中所製作出的燃料電池,效果最好者,功率可達588.49mW/g,電壓值可達0.63V。而相較於直接甲醇燃料電池陰陽兩極皆須使用鉑黑作為催化劑,我們所製作出的鹼性直接甲醇燃料電池只有陽極觸媒需要使用昂貴的鉑黑。

MyGod!水也有吸星大法!?

置蛋於杯中,水龍頭下沖,流速過啟動,蛋向水面衝「將蛋放入一盛滿水的杯子,並拿到水龍頭下沖,當水開得夠大時,蛋會上浮出水面,就像被水柱吸起來似的……」我們由「物理馬戲團 1」書中得知此現象後,深感興趣,將其命名曰「水的吸星大法」,並就啟動流速之變因,運動過程之力的消長,及產生此運動之原因做深入研究及探討;欲知詳情如何,請待下文分解……。

銀吭高歌

本研究探討如何以銅銀電池反應後之硝酸銀廢液進行回收再利用,而在實驗中我們發現對於高中而言,進行銀鏡反應是最可以妥善利用廢液的方法,所以我們設計四種方法:直接過濾法、加入銅片法、NaCl沉澱法和NaOH沉澱法將廢液做再處理,實驗結果發現:以NaOH沉澱法之效果最佳,結果所形成之銀鏡與純的硝酸銀溶液來進行銀鏡反應相比,效果相去不遠。另外也利用NaOH沉澱法討論硝酸銀廢液之回收率。

智慧型倉庫管理員-晶格堆積新解

在高中化學課程中提到的離子晶體,主要有「平面三角形」、「四面體」、「八面體」、「立方體」等四種、而離子晶格到底是如何堆積,國內目前所有的高中課程內容都是利用陰陽離子的半徑比與配位數的觀念來解釋。本組採用另一種思維-「空間使用率」的概念,以此概念來解釋同樣的情況,發現這樣的解釋與「配位數」說明之後所得之結果是完全相同的。經過理論的推算與實驗的驗證,本組成功地發現在大自然界中,離子晶格堆積會遵循「最大的空間使用率」來進行堆積。簡單地說,大自然在晶格堆積中所扮演著是一位相當有智慧的倉庫管理員。