全國中小學科展

高中組

星星、月亮、太陽.

在地球科學的課堂上,瞭解到利用對太陽運行之觀測及應用三角函數的關係,可求得日地之距離,因而選擇在夏至當天到水上鄉北回歸線標誌處做整天的太陽觀測實驗,加上平時之觀測,發現太陽在中天之時並非 12 時正,且北回歸線之地標的正北方亦偏差約3°,因而引起研究興趣。

利用變質穀物的澱粉水解製造酒精的探討

一、利用不適於人類或動物食用的變質穀物的澱粉生產酒精,其原始成本節省很多。 \r 二、以SnCl2和鹽酸為催化劑可完全水解生澱粉為葡萄糖。 \r 三、以微波照射生澱粉溶液可完全水解為葡萄糖。 \r 四、水解時間、水解溫度及手磨穀物時間對葡萄糖的產率有很大的影響 。 \r 五、生澱粉溶液經催化劑水解成葡萄糖溶液再經發酵即得酒精,不必經蒸熟步驟可節省大量能源。

螢火蟲生態研究

在夜釣的偶然機會中,發現了外形特殊,尾部會發光的昆蟲,經查証為螢火蟲幼蟲,不禁令我們回憶起童年時,於收割後的稻田中,追逐螢火蟲的種種難忘情景。 台灣地理環境特殊,其間孕育了豐富的生物資源。近年來,由於保育意識的興起,大家便對周遭的鄉土生物展開調查與研究,唯獨螢火蟲的生態研究始終乏人問津。反觀日本,對於螢火蟲的生態、習性早已於五十多年前如火如荼地進行研究,甚至在多摩動物園成立了螢火蟲館及各個保護區。 然而台灣在近年來經濟的迅速發展下,螢火蟲卻從生息地逐漸消失了蹤影,想必與周遭環境改變有關,但是究竟螢火蟲的適合生態為何?牠們族群又為何減少?又到哪裡去了呢?這些都是我們急欲探索的問題,因此褐開了研究的序幕。

電流熱效應與白熾現象

本實驗以外加電流通過筆芯產生熱,使筆芯發光,探討所謂白熾現象。主要研究重點為找出電流、電壓、電阻、功率、壓力和溫度等之變因與白熾現象之關係,以六種不同波長之濾光片配合六個光度計,量測筆芯之發光程度,並嘗試用紅外線熱像儀定性測量筆芯於白熾狀態下之溫度分布。實驗結果發現,筆芯於白熾狀態下會變細。在同一實驗條件下﹝固定電流﹞,筆芯在壓力為5cm-Hg 時比在76cm-Hg 狀態下,發光時間至少延長一倍,由此可推之氧化反應為筆芯變細之主要原因。並以黑體輻射理論,嘗試推導出由光度計所量測之照度與溫度關係式,以解釋筆芯白熾現象。

察「焰」觀「色」-以自製分光儀檢視焰色實驗

本實驗以透明DVD光碟片、配合網路攝影機,自製一台可照相、攝影的分光儀,可用於檢測未知線光譜的波長。與已知文獻資料比較,我們自製的分光儀具有良好的可靠性與再現性,具有實用價值。焰色實驗在實際操作上並不容易看出明顯顏色、也不易分辨出相近顏色的色光究竟有什麼不同,本實驗也討論了焰色實驗操作的條件。配合自製分光儀,可區分出鈣、鍶在焰色上的差異。

Shoot?or not?—以全決策盒分析循環賽局之最佳策略

物價飛漲時,商家會用什麼方式因應,以維持或增加客源? 我們將此想法,轉換為循環槍手賽局,針對其策略進行探討。遊戲規則:槍手依序輪流開一槍,若自己的靶被擊中就必須退出,最後留在遊戲中的為勝利者。若參考槍手們的命中率,並選擇射擊對象或不射擊,則如何決策才能讓自己的勝率最高? 先運用樹狀圖及幾何的方式找出兩人槍手遊戲的Nash平衡解。再考慮三人規範式槍手遊戲:選定一策略,只要槍手組合不變,其策略亦不變。給定三槍手的命中率,可用機率轉移矩陣及全決策盒找出最佳策略。而槍手的命中率或過去行動訊息缺乏時,可運用條件機率及截面的概念,找出其不完美最佳策略。推廣到一般化賽局的全決策空間,試提供賽局理論一個新的分析方法。

「晶然成功」?錯鹽[Cu(NH3)4SO4‧H2O]晶體製備方法之探討

寶石,光彩炫麗的外表深深吸引著我們。而晶體也像寶石一樣晶瑩剔透,因此引發我們的濃厚興趣。於是請教老師,是否能靠簡單的化學實驗來製造出美麗的晶體。根據老師表示,在高中化學實驗中有一種錯鹽[Cu(NH3)4SO4‧H2O] 的製備實驗,過去以來總是無法得到較理想的晶體,因此老師建議我們可以用這實驗為基礎,找出適當的方法來得到更理想的結果。 於是,我們重複課本裡的實驗步驟,按照教材中的內容,一步一步確實的操作。然而結果所得到的,卻是一沱一沱有如爛泥的糊狀物,無法稱之為晶體,而且其中還雜存著不同的藍色物質。我們發現晶體養成,似乎不是那麼容易,因此我們決定找出課本中實驗步驟的缺失,並加以修正,而且還要想出更適當的方法,來得到晶體。

終結金紙灰-細菌對紙灰之降解研究

為了處理燃燒金紙所造成的紙灰污染,我們從數種污染環境中尋找能夠生存於強鹼紙灰的微生物,藉由強鹼性培養基的篩選,在化學廢液回收桶與加油站土壤附近,分離出四種菌株(CS-W、CS-Y、PE-L、PE-S),進一步發現與紙灰土共同培養後,其具有調降pH值之效果,在顯微鏡菌落、革蘭氏染色觀察和染色體定序後,判斷應為細菌,嘗試與金紙灰共同培養並於灰燼上栽種小白菜,發現其可讓種子發芽,經參考文獻與實驗我們推測其中參與的生化反應與代謝葡萄糖產生酸性物質,以及鉀離子代謝相關,本研究目的為利用細菌改造紙灰,使其成為可栽種植株之物質,增加了紙灰的利用價值性。

以離子交換樹脂分離離子,並探討影響分離效果的因素

在化學實驗課中,曾應用陰離子交換樹脂分離Fe3+,Co2+,Ni2+三個化性相近的離子,但是每組實驗的結果卻不盡相同,到底是那些因素造成這些結果的差異呢?且化性相近的離子,是否都可以離子交換樹脂予以分離?基於以上的問題產生,我們多方思考,設計下列實驗,期能獲致較為明確的影響因素。

藍染的化學世界

藍染是一種美麗而有趣的傳統技藝,每一個步驟都有他的科學原理。中藥青黛與靛藍製作過程相同,故本實驗用青黛取代由植物製得靛藍之過程,效果良好。而要將難溶靛藍製成染液,需將其還原,有生物發酵及化學還原兩種還原方法,經測試生物發酵的最佳條件是pH值13,溫度30℃;化學還原最佳環境為pH值13, 40-50℃。另外由於此過程為氧化還原,故我們將氧化劑青黛與還原劑保險粉之水溶液分別置於兩燒杯,發現在適當條件下,可得比乾電池大之電壓,故認為經過良好的研發可在製作染液的同時發電,成為「藍染電池」。此外亦可將此染料製成書寫工具,油性的以低極性有機溶劑萃取後濃縮,溶劑回收,而水性的則可先將靛藍還原,密封於筆管,書寫後氧化成為深藍。