全國中小學科展

高中組

終端速度

液體中之自由落體與液體的黏滯性有關,本實驗找出球體半徑與終端速度之間的關係。利用攝錄機作為紀錄工具,拍攝三種材質(壓克力、玻璃、水晶)的球體在沙拉油中的自由落體過程。使用電腦映像處理軟體將影像分解成幅影像,時間的解析度為1/30 秒。測量球體的高度與時間,分析高度與時間的變化情形,發現終端速度與球體半徑之間的關係。 流體中之運動方程Fdrag = -k1V,無法符合實驗結果。我們的實驗結果顯示油中的自由落體的運動方程應該是Fdrag = -(k1V+ k2V2)。由不同材質的壓克力球(~1.18g/cm3)、玻璃珠(~2.47g/cm3)與水晶球(~2.66g/cm3)所獲得的終端速度(Vt)與球體半徑(a)的關係為a3(ρ-ρ') = 0.00003(aVt)2 + 0.00021(aVt) + 0.00575,其中ρ與ρ'分別為球體密度與沙拉油密度(0.90 g/cm3)。

「蚓」藏潛機-以蚯蚓處理食品污泥的研究

本實驗以食品工廠的廢棄活性污泥飼養蚯蚓(大平二號),並分析經蚯蚓處理過後的土壤觀察其變化趨勢並討論蚯蚓對土壤的影響。 實驗結果顯示,四週後pH值由弱酸性漸趨中性;總氮含量下降;總磷含量則上升;污泥內的有機碳含量下降。蚯蚓活動的孔道及蚓糞堆疊形成的非毛細管孔隙,增加土壤的通氣及透水力,以同樣條件測試,原污泥較處理過的污泥吸水時間高;小白菜種子發芽率的試驗中,處理過後污泥發芽率遠高於沒有處理過的污泥。由以上可知,蚯蚓及其所產生的蚓糞,再加上微生物的作用,能夠轉化廢棄污泥,增加其通氣及透水性,並促進碳、氮、磷等元素的循環,適合種植作物。讓蚯蚓轉化無直接利用價值的污泥為確實是個簡單又環保的選擇。

它是超新星嗎?談我國古代對「異」星的辨識

1987年2月23日,加拿大多倫多大學謝爾頓(I, Shelton),在大麥哲倫星雲中,發現了一顆星等+5等的超新星,震驚了世界的天文學者,也帶動了一股研究超新星的熱潮。在我們上地球科學的同時,對於此孕育深遠,然在極終前一刻併發它生命光華的星體大爆炸,也概略而簡要的介紹。但我們發現,超新星的大爆炸,並非經常性,而是數百年才會出現一次的特殊現象。因此要對此有所研究,便要藉助歷史悠久且文化發達的古文明史料。但是我們在分析史料時,卻發現原來古人對於「異」星的辨識,並不是很清楚。於是我們利用中國古代的觀測資料,配合現代科學的理論基礎,做為我們探索「異」星奇妙現象的起步。

由礫石厚度及礫石顆粒大小決定沉積物源之方向

在高一基礎地球科學課本中,曾提到「水流有淘選作用,大塊岩石風化 後,顆粒較大的較重,大多沉積在上游,顆粒較小的較輕,一般沉積在下游,且前者厚度較厚,厚者較薄。」若我們到一陌生地區發現沉積地形,就可以根據基礎岩層顆粒大小判斷其古代水流方向和沉積地形。

彭巴之鑰—科學解密

對水而言,氫鍵是彭巴現象最重要之因素,過冷現象次之,過冷時,因高動能水分子更有機會到結晶之位置,一旦結晶形成,則固態冰之氫鍵更易觸發結晶之進行,到4℃左右時會受到水的熱學性質而影響溫度曲線,此現象在其他純物質皆未觀察到。具有氫鍵之乙二醇及甘油,亦容易觀察到過冷及彭巴現象,無論起始溫度為何,到達過冷時都會同時到達同一過冷溫度,顯然溫度與分子之運動控制了結晶之進行;多數實驗亦觀察到不具氫鍵之分子會因為分子量造成凡得瓦力之大小不同而出現彭巴現象;在酒精水溶液亦可觀察到溶液凝固點之依數性質,總結影響彭巴現象之因素以氫鍵最重要、過冷與分子量次之,其他如環境、蒸發、對流及氣體溶解度等亦可能皆是影響因素。

比太陽能發電好數百倍的節能照明系統

本系統是利用PLC控制,帶動與太陽轉動速度一半之機構,利用鏡子將太陽光反射至天花板,期望太陽光可以取代日光燈之機構。再者,可隨太陽光不同的入射角來做調整,而且利用光敏電阻控制電燈開關,當光線足夠時,自動關閉燈光,當光線不足時,自動開啟燈光,使教室照度合乎教育部規定之需求。藉以達成節能減碳之目的,並且拿來跟太陽能發電比較其經濟效益,發現本系統比太陽能發電好八百倍。

拿破崙定理對多邊形之推廣

本研究藉由GeoGebra軟體,觀察拿破崙定理是否可推廣到邊數更多的多邊形,發現到一個多邊形以拿破崙定理的作法可得到正多邊形時,該多邊形所具備的條件及作法。以作圖與觀察作為出發點,逐步提出猜想、推測並試驗,提出了「初始多邊形」的作圖法。最後證明了定理推廣至五邊形及六邊形的情況,推測此證明方法也可以分別用來證明其他奇數邊及偶數邊的n邊形。

神奇的水滴再現

根據前人的報告,「水滴停留在水面上」的原因是由於「水滴攜帶淨電荷,造成排斥的作用」。經過一連串的實驗及探討,發現了一些新的現象,無法以前人的論點解釋。經歸納探討後,提出「水滴雖然會帶有電荷,但可能並非造成此現象的主因」,也提出了兩個假設,但目前尚無法證實。

星等測定

從事了很久的天文觀測和天文攝影,但對於星星的認識還是停留在觀測和攝影上,對於星星的光度、距離、溫度等物理性質除了書本上已有的資料外,其餘的就一無所知了。為了更進一步了解那遙遠的它們,我決定從最簡易的星等測定做起。

平流層瞬時暖化與北極震盪之長期關係

近年來氣候變遷的加劇使生活於地球人類面臨了空前挑戰,此次研究將以長期觀測數據深入探討近年受到科學家重視的「平流層瞬時暖化(SSW)」對於大氣的影響性,及與SSW、「北極震盪(AO)」的相關性。在此次研究利用NCEP/NCAR Reanalysis分析了1991~2012年間發生SSW期間的大氣參數,我們從資料中發現自2000年起至2010年,緯向平均風場於SSW期間皆發生代表主要暖化的方向反轉,打破以往每2~3年發生一次主要暖化的頻率,顯示近來年主要暖化發生的頻率增加。另外,SSW對於對流層上及地面附近也有一定影響程度,在10mb SSW高峰日後約五天時間,極區100mb與1000mb皆出現氣溫上升的現象與中低緯度氣溫下降的現象發生。最後,10mb SSW高峰日後6~9天,臺灣在氣溫上將會有近10度不等的降溫情況發生,且持續數天。