全國中小學科展

高中組

液體中的降雨現象

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。

網格電路之研究

本實驗主要在研究等間隔的方格導線(以下均稱為”網格電路”)之電流、電場及電位的性質,進而擴展到平面導體,並驗證克西荷夫定律。首先,以23×23 規格的鐵絲網網格通以直流電探討電流-符合「結點定律」,電壓-符合「迴路定律」。其次,由其電場分布圖修正邊界的問題。最後,測出平面導體的電位分布圖,比對網格電路電位分佈圖之相關性非常相符合,由此推論平面導體的電場分布情況。

火燒厝!往哪裡逃!

本實驗的動機主要是台中市過去曾多次發生大樓火災,造成多人死傷的慘劇,其中大多是因吸入過多濃煙所造成,這些事件使我們想到一旦發生火災時,倘若事先能預測火災時濃煙的走向,迅速找到逃生路徑,以減少火災所造成的傷亡。實驗目的是依照房間隔間的設計模擬火災發生時,濃煙擴散的方向,以便找出適當的逃生方向。利用壓克力模型屋,模擬一般居家房間各種隔間的格局,藉由檀香塔燃燒產生的氣體模擬火災時濃煙擴散的方向,迅速找出適當的逃生路線。實驗主要的結論:避免火災發生所造成的重大傷亡所應注意的事項,1.在事先預防上,以居家格局的設計為主。樓梯採用直向樓梯的設計,雖可減少煙霧向上擴散的速度,但會佔用較多的空間; 若採用剪式樓梯設計時,應盡量減少煙霧向上傳遞的空間。隔間的開口盡量錯開,以避免煙霧直接的擴散,隔間設計應盡量避免有突出的轉角。2.在逃生上樓時,應順著樓梯上升的方向逃離火災現場。在逃生時盡量遠離樓梯的方向。

塑膠袋生氣了—氣體生成反應的研究

一、本實驗最大特點在於使用同一個實驗模式,從事五個不同的研究,分別是 氣體分子量測定;二氧化氮的偶合反應;鐵與稀硝酸反應生成氣體的探討;鋅片及鋁片與鹽酸反應之反應速率及反應級數的測定;鋅片及鋁片與鹽酸反應之反應活化能的計算。二、本研究的分子量測定實驗,亦可用以測定其他氣體的平均分子量,其方法非常方便且精準。三、本研究可經由較方便且簡易的方法來測定出二氧化氮偶合反應的平衡常數與反應熱。 四、經本實驗研究發現到鐵與稀硝酸反應後生成一氧化氮而非氫氣。五、在鋅片及鋁片與鹽酸的反應中,對鹽酸皆屬一級反應。六、本研究所計算出之鋅片與鹽酸的反應活化能為21.5kJ/mol,鋁片與鹽酸的反應活化能則為89.9 kJ/mol。

公車硬幣辨識機

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。

利用蒙氣差求空氣的折射率

我們在過去的實驗中曾經自製了一個時推儀,藉以推算出任何地方,任何日期的日出日落時間,但在推測的過程中,所求緯度越高,推測值與實際值的誤差越大。經過進一步的思考,發現大氣使日光偏折的角度也應考慮在內,於是我們決定著手求出該角度的大小。並利用此角度求出光線自真空進入空氣的折射率。

由三角形到三角錐

在上學期高二數學第三冊中提到球面幾何性質與圓周的幾何性質可以類比, 如圓幕定理與球幕定理、過圓或球外一點求切線段長的公式等, 之前也學過空間的圖形如四面體(三角錐)、球等; 因此我們想: 三角錐的幾何性質與三角形的幾何性質應該也可以類比才對。讀了老師提供的波利亞(G.Polya )著的《數學與猜想》(Mathematics and Plausible Reasoning )一書,裡面說道:在平面上, 至少要三條直線才能圍成有限的圖形--三角形; 而在空間中, 至少要四個平面才能圍成有限的區域--三角錐。就兩者以數目最少的簡單分界為元素所圍成這一點來說, 三角形與平面的關係同三角錐與空間的關係是一樣的。使我們更加確定自己的推論,由此展開了漫長的研究路程。

日蝕月蝕的推論

在一次野外露營的夜晚裡,大家在暢談中,覺得月色繁星其景之美令人心曠神怡,忽然有一片烏雲遮蓋皎潔的月亮,讓人感受到美中不中,假若在白畫也發生類似的情形時那該是多麼奇幻呢?因而聯想到課堂所上的日蝕月蝕到底與雲遮月的情形有何關係?於是我們著手研究探討收集資料等。

台東地區熱島效應之探討

本研究主要是以台東市的氣溫觀測站,以及市區外圍西南邊的知本,北邊的鹿野,以及東北邊的東河等四個氣溫觀測站,調查從2000年至2009?,這十年期間的逐時氣溫資?,?探討台東地區的氣溫變化趨勢、熱島效應隨著季節、時間的演變情況,並試圖找出影響台東氣溫變化的原因。 本研究的結果發現:近10年(2000~2009)台東站之年均溫為24.7 ± 4.3 ℃,與近30年(1978-2007)平均值(24.4℃)比較,年均溫升高了0.3℃,另外,台東站每年九月均溫亦呈現逐年上升趨勢,上升幅度0.1184 ℃/年。月均溫分析結果顯示,四個測站在季節上均有一致的表現,最高月均溫均出現在7月,最低月均溫出現在1月。此外,在冬季時四個測站(台東、知本、鹿野和東河)的平均溫度標準差均大於夏季,顯示這四個地區的溫度在冬季時會有較大的差異。 UHIs(台東-知本)、UHIs(台東-鹿野)的UHIs值明顯大於UHIs(台東-東河),這可能與海拔高度、地理位置及植被分佈有關。UHIs(台東-知本)在夏季時早、晚的UHIs值?大於中午,UHIs最大值(1.4)出現在19~20時,且持續到翌日清晨。UHIs(台東-鹿野)在夏、冬季的UHIs值均呈現早晚高、中午低的熱島效應情形。UHIs(台東-東河)在夏、冬兩季之每日平均溫度差(UHIs)變化情形與UHIs(台東-知本)類似。台東市區與周遭鄰近地區確實會因為熱島效應的影響而產生1~2℃的溫差,這個溫差在白天時?甚明顯,在中午過後開始增加,溫差最大值發生在夜晚。台東市的熱島效應普遍發生於下午17時至翌日清晨5時。

天體輻射

平常我們所見到閃爍的星星,其實隱藏著許多資訊。從事了許久的天文研究也只是在觀測和攝影上。關於星星的亮度、溫度等性質書上一向資料不全。為了深人了解遙遠的它們,我決定自己進行研究,利用光譜來分析天文資訊。