全國中小學科展

高中組

液滴一滴,不留痕跡-水滴下滑與終端速度的探討

經過一連串的實驗,發現固定斜面傾角時,水滴在金屬板上能穩定下滑的質量有一定範圍,利用光電計時器測量後,發現水滴會在金屬板上達到終端速度,終端速度與不同的質量、不同傾角還有水滴與斜面間的接觸面積有關。利用高速攝影機觀察沾有衛生紙屑水滴,可以看出水滴內部的運動情形可以分為前端的滾動及後端平移兩種,表面則是如履帶般由表面張力所帶動。

水電交融

一般來說,水難以帶電。但將高電壓的靜電通入流動的水中時,可以發現水柱散開的現象(圖一、圖二)。為了描述此現象,我們訂出了兩個物理量:散開距離(水柱長)(圖三)與散開張角(圖四)。為了研究此現象,我們做了基本性質的探討與實驗,結論如下。 基本性質探討的結論: 1.電流不改變水流量 2.水柱散開的機制分為截斷與甩動 3.電流與水流量不影響截斷的水滴大小 實驗的變因: 1.通入電荷量(電流) 2.水流量 3.表面張力 4.液體導電度 實驗的結論: 1.散開距離隨著電流增加呈指數下降。 2.散開張角與電流呈高度正相關。

讓汞污染之土地起死回生的水稻

本研究以臺中1號(TN1)和臺農67號(TNG67)兩種品系之水稻為材料,比較兩品系水稻於25 μM汞逆境處理24小時下之生理及生化反應。兩種品系水稻在汞逆境下,TN1及TNG67水稻根組織內分別累積610 μg/ml及742 μg/ml的汞,根生長速率分別為11%及28%。實驗結果發現抗氧化酶中的過氧化酶(POD)及超氧化歧異酶(SOD)其活性在TN1及TNG67根部皆因汞逆境而上升。而且ROS代謝相關基因POD、SOD、LOX都因汞處理在兩品系水稻中的表現有顯著的差異。以雷射共軛焦顯微鏡觀察水稻在汞逆境下根部組織ROS (H2O2)分佈情形,發現其皆因汞逆境處理而增加,但是分佈之部位在兩種品系水稻卻有顯著的差異。在本研究中,從水稻在汞逆境下的影響與認識,可提供植物在進行汞污染之土壤復育及整治技術的一個粗略模式。

金針菇下腳料與PVA之細胞修復膜研發

本研究應用金針菇子實體與下腳料萃取多醣,進行DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl)自由基清除率、總酚含量與還原力等檢測,以確定金針菇萃取物具有良好抗氧化能力。再依不同比例的多醣與PVA(polyvinyl alcohol)製成¬¬¬¬混合纖維膜,進行FTIR(fourier transform infrared spectroscopy)和酚硫酸方法檢測,以確定纖維膜上含有金針菇多醣。然後進一步用OM(optical microscopes)和SEM(scanning electron microscopes)觀察纖維膜之纖維直徑分布及排列構造,發現PVA和多醣比例為9:1、7:3、5:5製成的纖維膜,其纖維直徑皆為奈米等級,且多醣比例愈高,纖維直徑愈小、分布愈緻密。最後,進行拉伸實驗以測試混合纖維膜是否具備良好的彈性。初步研究結果顯示,應用農業廢棄物金針菇下腳料與PVA製成¬¬¬¬之混合纖維膜,其基本特性皆有不俗之表現,達到本研究的目的,既可廢物利用且是實用的醫美產品。

按圖鎖驥

現今手機的普遍使用,讓我們不禁好奇手機密碼鎖的圖形。由於現今大部分的人傾向畫點數少又沒有交點的情形,於是我們研究各種密碼鎖(2×3長方形、6個點正三角形、7個點正六邊形和3×3正方形)畫4~6個點合理的種類與有交點的數目多寡。 密碼鎖的兩項訴求使得能畫的情形比較多種,比較不容易被破解: 1.有交點的比率低 (沒交點比率高) 2.合理種類數多(總種類數多) 結果發現2×3長方形、6個點正三角形、7個點正六邊形總種類數皆太少,不適合作為密碼鎖。 而3×3的正方形有交點的比率不但相較於其他上述三者不高,合理種類數也多,難怪現今以3×3的正方形作為密碼鎖。此外,十個點的正星形同時符合此兩種訴求,因此有作為未來新式密碼鎖的潛力。

「紫」命的吸引力-紋白蝶翅上的蝶呤色素研究

分析日本紋白蝶和台灣紋白蝶間的差異。實驗發現日本紋白雌蝶能反射紫外光,而日本紋白雄蝶及雌雄台灣紋白蝶是吸收紫外光,因此日本紋白蝶的雌雄蝶間在短波光源有明顯的對比。再利用SEM觀察,發現翅膀上奈米顆粒的數量是造成紋白蝶吸收或反射紫外光的原因。 利用氨水及氫氧化鈉溶液清除紋白蝶的奈米顆粒,發現奈米顆粒具有反射400 nm以上及吸收350~400nm的特性。因此日本紋白蝶藉由奈米顆粒數量的多寡形成的明顯性標。 蝴蝶翅膀吸收紫外光的特性,應該與奈米顆粒上的蝶呤色素相關。隨著蝶呤奈米粒的數目增加而提高吸收紫外光的能力,使日本紋白雌蝶反射、雄蝶吸收紫外光,因此容易找到同種異性個體,具交配優勢而成為臺灣優勢蝶種。

超疏水表面上水珠碰撞之探討

此研究的主要應用在於提升表面導熱的效率,在一般的發電機中,水蒸氣重新冷卻需要藉由一導熱裝置,而在冷卻水蒸汽的過程中,水蒸氣會凝結在此導熱裝置的表面上,在表面形成一層水膜,阻礙之後熱的傳導,使導熱效率降低,我們的研究顯示當兩極小水珠在超疏水表面(接觸角>140°)上結合時,水珠的表面能會下降,造成多餘的表面能轉為動能,使水珠跳離表面。如果利用此現象應用在導熱裝置上,使水珠不易附著在導熱裝置上,便能提升裝置的效率。我們主要研究此水珠彈跳現象發生的條件;此外,我們將兩水珠結合之間的作用力做分析,並考慮水珠的帶電,建立整個水珠彈跳過程的模型。

寒潮溫度溼度之研究-從探空資料分析

我們利用研究台北探空資料、台北地面資料、嘉義地面資料以及校內自行觀測資料,分析並比較個別或相互間的影響及關連。主要分析內容為寒潮通過地面氣溫下降期間,地面溫度和相對濕度的相關性、850百帕露點對地面相對濕度的影響,同時探討地理位置是否影響降溫時間以及地面爆發寒潮期間,高空槽脊氣流和地面溫度的相關。藉由簡單的統計及沿著時間序列前後逐時平移求相關係數的方法,我們得到五點結論。

催化!氧化!KI與雙氧水的反應探討

本研究最主要目的是:探討溫度、鹼性、溶劑、KI對H2O2(aq)分解反應的影響。兩種方法收集氣體並交叉比對數據。總結實驗重要結論如下: 一、 溫度固定下,不同濃度NaOH對不同濃度H2O2分解產生的總壓力均為:2M>1M>0M;但是高濃度NaOH對不同濃度H2O2分解產生的總壓力均為:2M>4M>8M。 二、 25℃下,對KI分解H2O2(aq)反應產生O2,速率較易實驗及觀測。溫度:0℃、25℃、50℃、75℃,其產生O2的速率(單位: mL / min)依序為:0.46、29.4、40、167。 三、 在不同酸鹼度對KI分解H2O2(aq)反應氧氣產生總壓力及產生速率,均為酸>微鹼>鹼;而且KI與雙氧水反應pH值則是迅速的上升大於7,最後呈微鹼性。 四、 H2O2氧化KI比例(%):原始數據(0.09)>礦物油(0.08)>正己烷(0.04)。H2O2自身氧還比例(%):原始數據(97.3)>礦物油(94.46)>正己烷(94.25)。

運用抽吸效應(suction effect)減阻之研究

本實驗創新之處為不耗能的自然抽氣都可以達到需耗能的強制抽氣效果。為了證明抽氣會減少邊界層厚度而降低阻力係數,進而達到減阻的效果,我們做了以下實驗:壹、在不同風速(wind speed)下觀察圓柱細線擾動的位置,比較層流(Laminar flow)和紊流(Turbulent flow)分離點的位置,當風速愈大時,分離點往前緣發生;貳、利用不同風速比較光滑圓柱、自然抽氣(Natural ventilation)圓柱和強制抽氣(Forced ventilation)圓柱之下的圓柱阻力,並分析阻力係數(Drag coefficient)差異,發現強制排氣小孔圓柱(加引流孔)是五組中阻力係數最小的,實驗證明強制抽氣加引流孔減阻效果可達三成多。