高中組

新發現！！！性質、互變及其應用的探討

本研究目的有：一.歸納產生紅色沉澱物的方法及條件。二.歸納紅色沉澱物性質的探討。三.如何精確操控長出紅鉛樹(α-PbO)及自製鉛蓄電池電極放電效果的探討。 本研究總結論： 一.歸納產生紅色沉澱物的法及條件 1.Na2CO3(aq)＋Pb(CH3COO)2(aq) ＋NaOH(aq)，加試劑先後順序、溫度、NaOH(aq) 濃度均會影響生成紅色沉澱物、生成的時間。 2.PbCO3(S)及PbO(S)加入1~3M NaOH(aq)，在室溫下，均能在短時間內產生紅色物。 3 Pb(CH3COO)2‧3H2O (s)及Pb(OH)2(s)、少量水，在室溫下，加入NaOH(s)，均能在短時間內產生紅色物。 二.歸納紅色沉澱物性質的探討。 1.紅色物不能氧化濃HCl(aq)產生Cl2(g)，紅色物證明是PbO 氧化鉛。 2. 3.PbO(yellow)及 PbO(red)對H2O2分解平均速率非常接近。 三.如何精確操控長出紅鉛樹(α-PbO)及自製鉛蓄電池電極放電效果的探討。 1.以5mL 注射針筒吸取8M NaOH(aq) 0.04mL，逐滴加入部分白化的鉛樹中，能產生最快、最鮮紅的紅鉛樹(α-PbO)。 2.自製鉛蓄電池電極放電時，電壓、電流大小順序均為：β1 型﹥α1 型﹥α2 型﹥β2 型。

無意間觀察到昆蟲〔蜂蜜、蝴蝶、蜻蜓、蒼蠅…等〕物闖入玻璃屋竟然不會尋原路或旁邊的出口逃生，反而往位於屋頂上方的玻璃鑽或衝，Why?由陽光光譜開始研究，藉由氙燈集分光儀測定「單一波長及光強度對蜂蜜趨光反應的影響」，再設計一套「明/暗對比差值試驗」，找出啟動趨光反應開關的最關鍵因素—「光的明/暗對比差值的規律性」，並發現蜂蜜的趨光反應明暗對比差值在暗適應呈等差級數，在光適應呈等比級數，有兩套機制交互應用，接著證實「蜂蜜對各波長趨光感度強弱與日週律動(Circadian rhythm)有密切關連」，同時發現蜜蜂在１８：００回巢後其趨光機制有關閉現象，此與其生理時鐘的恆定性相符合。另外發現日晝期間蜂蜜對紫外光一直保持極高感度，合理推測，其係演化留下警戒逃生的本能，為了由生物內部生理反應來印證上述外部刺激影響生物行為試驗所得結果，又一頭栽進「視神經電生理」領域的實驗，發現蜜蜂複眼上方部位對UV感度特別靈敏，最後再回歸當初迷惑的地點〔玻璃屋現場〕，進行一連串再確認的行為試驗，終於找到答案。蜂蜜〔昆蟲〕為什麼往屋頂方向的玻璃衝或鑽呢？綜合實驗結果判斷如下：當蜂蜜飛行→遇阻礙物，且不適合生存→開始逃生→FAP反應，趨向陽光較量處→再遇阻礙物→FAP反應，在趨向陽光較量處，如此反覆進行。只要有明/暗情況存在，亮處變成一刺激源，除非把刺激源消除或移位，否則蜂蜜一受到刺激一定會有FAP反應，一直到超越阻礙物或體力衰竭而死亡。當蜂蜜〔昆蟲〕飛行遇阻礙物無法順利通過或離開，且該環境無食物補充體力，留久必死，因此警覺系統發現必須逃生的反應，蜜蜂會運用其趨向陽光的本能〔演化結果〕作逃生工具尋找生機，至於觸動”趨光”反應的開關，繫於明/暗對比，每當光有明/暗對比差時，蜜蜂就會有趨向光度較強〔亮〕之處的現象，此反應係一種固定動作模式(Fixed Action Pattern﹝FAP﹞，FAP是物競天擇演化結果的一種天生能力，在許多動物表現例子中，常會有無盡似重覆性的機械動作。至於趨光性的趨性(Taxis)是定向運動，會呈現或多或少且無意識的朝向或遠離某些刺激。本研究證實〔日行性昆蟲〕蜜蜂需要逃生時會利用”趨向陽光較亮處”的本能做逃生工具，而且依紫外光的強弱對比差作趨光逃生方向的主要依據。因此，一線署光是昆蟲的逃生契機而非死亡陷阱，有陽光的地方就有紫外光，紫外光愈強，表示其陽光直接照射而沒有被阻隔，亦即屬於較空曠，安全的空間，換句話說，蜂蜜會利用陽光中的紫外光強弱作為判別四周環境是開闊或被隔絕。

藉由轉動有皺摺的管子產生的聲響所收到的波，經由快速傅立葉轉換(FastFourierTrans-form)分析，發現產生駐波(此駐波是以方波的方式存在而非正弦波)，並觀察經傅立葉轉換後的共鳴頻率分布，探討螺紋的有無、管子長度、開口大小以及角速度等變因的相互關係。

有一天洗碗時，發現當水沖擊到碗盤的瞬間，水流偏折的方向和形式很特別。有的散成水花，有的出現和原方向垂直的角度散射出去，有的甚至形成一道像科幻卡通片的防護水膜，還有許許多多美麗又奇怪的圖形 … … 簡直是不勝枚舉！不禁使我聯想到這些水流的散射運動軌跡，好像與我們剛剛才學到的平拋和斜拋運動有所關聯，但卻又有一些差異，於是我們決定對這奇妙的水膜展開研究與實驗，希望能揭開這神奇水膜的神祕面紗。

每當課文上到蕨類的生活史時，老師會將蕨類的孢子體及配子體的標本給我們看，然後告訴我們下次做這個實驗時，每個人都要帶材料來，以加深我們對蕨頰生態環境的認識。可是實際上同學們帶來的配子體很少（有的受居住地方的限制，或氣候、或其它因素），如此情況下，要看到實驗課本上所說的藏卵器是瓶形構造，有膨大的基部，埋在配子體內，僅頸部露出，基部內有卵；假根附近有圓拱形的藏精器，其內有多鞭毛之精子能游泳，要看到游動的精子那簡直是可遇不可求”每當這個實驗做下來，大家都覺得很洩氣。尋找方法，若能自己動手由孢子在實驗室內開始培養因此，我們就在。不僅可解決材料的來源，更可徹底了解蕨類的生長過程。所以我們就開始尋找資料，計劃做這們實驗。

由於鹽水濃度擴散速率遠小於溫度擴散速率，導致了濃度極不均勻的現象，稱之為鹽手指（ salt-finger）。本研究首要在設計出觀測及量測鹽手指現象的實驗裝置且分析鹽手指下降的現象，進而探討在系統不同溫度、不同溫差及不同濃度下，鹽手指下降速率的關係。結果我們在經過不斷的改良及克服困難下，終於設計出實驗裝置而可看到及量測鹽手指的現象，並經由拍攝整個鹽手指形成過程，分析出鹽手指的下降過程的現象，進而探討鹽手指在沒有溫差、有溫差及不同濃度變因下與下降平均速率的關係，此處沒有溫差、有溫差指得是產生鹽手指的液滴與容器內裝有的溶液同溫與有溫差的意思。我們的結果如下：（一） 發現鹽手指在沒有溫差時，系統中溫度對下降平均速率關係為溫度越高下降平均速率越快。（二） 發現鹽手指在有溫差時，系統中溫差對下降平均速率關係為溫度越高下降平均速率越快。（三） 發現鹽手指的下降平均速率與濃度四次方有關係。本研究可應用在晶體結晶時的均勻析出。

偶然在中國時報的科學專欄中，看到一個有趣的數學問題，名為「數學方塊」，題目是: 在一個正方形的四角寫上任意四個正整數，鄰角數值差的絕對值寫在共同邊上的中點，將此四邊中點連接再畫一個正方形，重複這個程序，最後有一個方塊的四個中點數數為零，如圖(一)，為了方便，我們將上述計算程序稱為"運算"。 圖一 任意四個整為9，5 ，7，2 這個“運算”規則簡單，只要懂算術的學齡兒童都會，但其中蘊含的一些觀念和定理卻很奧妙，值得深入推敲，今我們想要探討下列幾個目的： (一)設計四個整數（正、負皆可）能重覆“運算”之電腦繪圖程式，操作實驗，驗證最後一個方塊的中點數是否都為零。 (二)證明四個整數經“運算”後必得四個整數皆為零。 (三)設計 23、 24、 25 個整數能重複“運算”之電腦列表程式，操作實驗，驗證最後一列的所有整數是否都會是零？ (四)用數學理論證明2n個整數經此“運算”，最後亦可得全是零。

市面上有許許多多的自動販賣機，其工作方式都是只要投入足額的硬幣，便可獲得所要的服務。過去市面上只發行兩種硬幣，故一般均以兩個硬幣口(如目前的長途公用電話)，但去年中央銀行宣布發行新的三種硬幣(一元、五元、十元)，自動販賣投幣機，若按以往的設計方法，勢必要有三個投幣口，方能應付需要，硬幣面額的不同在於其硬幣大小不同，故若能利用此種特性，發展出只需要一個投幣口的投幣機，無疑將使自動販賣機更臻完美。

能源危機帶動太陽電池發展，卻受制於難以進一步的提升效率，因此，我們研究其結構與基本性質，如：不照光時的順、逆向偏壓、導通電壓及照光下不同照度、光源、太陽電池種類填充因子的比較，並了解不同負載下的最大功率。隨著實驗的延展，探究照度、入射光的波段、入射角度及經大氣層厚度對太陽電池的影響。經過數據分析及研究之後，我們發現太陽電池確有PN二極體之特性，導通電壓約為0.7伏特、太陽電池的填充因子，以單晶矽為最佳，其次是非晶矽、另外，陽光比單槍的光源更適合太陽電池工作。以濾光片將特定波長以下的光線濾除，並推算出能隙。另外，電流的大小與入射角之cosθ成正比，這也是為什麼太陽能板必須旋轉而使陽光保持垂直入射。