全國中小學科展

高中組

黃金種子的探索

本實驗探討於不同生長環境條件(如溫度、溼度)下,稻米發芽時其化學成分與性質改變的情況。我們用碘液遇到澱粉及本氏液遇到葡萄糖會變色的現象,來研究其澱粉和葡萄糖含量的變化、以「縮二.檢驗法」測量蛋白質的含量變化、以導電度測離子含量的增減、以pH計觀察酸鹼性的變化,以KMnO4 酸性溶液滴定紀錄發芽米的抗氧化能力,另外還購買「亞洲瑞思公司」所出產的發芽米進行比較,進而探索「發芽米」的奧秘。我們發現發芽米中的養分經過酵素分解後,其化學物質的分子會比未發芽的米小,有助於胃腸較不好的人吸收。於澱粉及葡萄糖的測定實驗,我們發現澱粉的含量隨發芽時間的增加有下降的趨勢,而葡萄糖在未發芽時則有上升的趨勢。一旦發芽後,葡萄糖的含量因當作發芽時所需的養分而含量減少。\r 在KMnO4 的滴定實驗中,我們發現發芽米的抗氧化能力有日漸提昇的現象,有助於防止肌肉老化。另外我們仿造身體的消化模式,測量發芽米燃燒的pH 值,發現有愈來愈高的趨勢,有助於維持身體的酸鹼性。最後,在導電度的檢測中,我們發現稻米隨著發芽的天數增加,導電度逐漸上升,表示發芽米中離子的含量逐漸增加,有助於維持身體的機能。結果顯示稻米處在溫度35℃下、發芽二天時,對人體是最適合的。

正向碰撞實驗之改進與探討

在高中物理實驗 (力學實驗 13 )"正向碰撞”中,係利用紙帶打點來記錄兩滑車在碰撞前後之速度,以驗證動量守恒。但如此一來,卻限制入射滑車之貿量必須大於被撞滑車之質量,否則入射車反彈時,紙帶將無法記錄。同時也無法觀察兩滑車在碰撞過程的軌跡變化。而這二條軌跡曲線,不僅老師上課時用它來解釋正向碰撞,就是課本及實驗教本中亦有如是之圖形。因此我們便想,是否能在實驗中,一併把這二條曲線畫出呢?! 在老師的協助下,我們設計了這個簡單的實驗,能直接把兩滑在碰撞過程之軌跡記錄下來,並由圖形來求得碰撞前後之速度,以驗證動量守恒,而且不受質量關係之限制。更可進一步的探求,碰撞期間之壓縮量(接近的距離),作用的時間,恢復係數,以及當滑質量改變時,對它們之影響。

詭譎的karprekar constant

當有一數字不完全一樣的四位數,進行r進位( rd3 )Kaprekar’s operation時至少有一Kaprekar constant或封閉迴路,經分析,若Kaprekar constant存在,則可分為14種情況討論,發現到只有當r=4、5t時才存在唯一的Kaprekar constant。在尋找Kaprekar constant的一般性時,經研究發現:(一)當r為正偶數,一個n位數的hM=(r-1,r-2, … ,1,0)時,hM-hm即為Kaprekar constant;此外,當所有數字皆為T個時,亦有此一性質。(二)當r為正奇數,hM=(r-1,…,r-1,r-2,…,r-2,…,1,…,1,0,…,0),其中0為T個,其餘數字皆為2T個,則hM-hm即為Kaprekar constant;此外,0為T個,r-1為nT個,其餘皆為2T(n-1)個時,亦有此一性質。

恢復係數的測定與探討

在「牛頓打棒球」一書中提及,球的儲存環境會影響球的彈性,進而影饗球被擊出後飛行的距離,即溫度的差異會造成恢復係數的改變。故設計此實驗研究之。

天然ㄟ尚好!-果汁太陽能電池

大自然中有各種顏色的植物,生活在陸地上的它們大都仰賴太陽光,藉由葉綠素將太陽光轉為可以利用的能量。於是我們想知道是否植物(生活在有陽光的環境中)的顏色都可以吸收光進而轉換成可利用的能量呢?如果是的話,可否將其轉換的能量變成我們可用的能源-利用植物的顏色-這種突破傳統能源形式的做法讓我們躍躍欲試。

風塵僕僕、阻礙重重─自製風阻測定實驗

現實生活中難免少不了摩擦力,但流體-尤其是氣體─所造成的摩擦阻力卻往往被忽略。丹麥物理學家斯托克(Stokes)推導出當「球體」在高黏滯性流體中均勻運動且滿足低雷諾耳數(Reynolds Number)的條件時小球所受的阻力為 6πrηv。我們由此實驗獲得靈感,希望找到「圓柱體」在穩定流體中所受的阻力關係式。我們以圓柱體當待測物,並假設兩種可能的變因,分別為圓柱體底面半徑和圓柱體長度。然後設計實驗將條件不同的圓柱體以棉線連接,吊在壓克力中空管中,另一端繞過阿特午機,綁上砝碼,置於有防風櫥(防止氣流干擾)的電子秤上(電子秤須先歸零),以固定的風速從壓克力管下方吹送,穩定之後,紀錄電子秤上所增加的讀數。該讀數即為該金屬圓柱所受的阻力。另外取同樣的金屬球數顆,假設兩種可能的阻力變因,改變兩球的間距以及固定間距時球的數目。然後依照上述步驟測定金屬球所受的總阻力。經多次的實驗,分析所測量的資料,我們可觀察出待測物所受的阻力與某些變因有關。

cos nθ和sin nθ的一般項公式

1. 將 cos nθ以cosθ 形式依高次降羃排列展開,觀察各項係數,找尋其變化規律,進一步求得各項係數的一般項公式。2. 將 sin nθ以sinθ 形式依低次升羃排列展開,觀察各項係數之變化規律,進一步求得各項係數的一般項公式。3. 找出cos nθ 與cos(n-1)θ,cos(n+1)θ 之間的關係式。4. 找出sin nθ 與sin(n-1)θ,sin(n+1)θ 之間的關係式。5. 利用cos nθ 的係數間的遞迴關係,找出其相對應的特徵方程式。

當蒼天落淚時—小水滴的自由落體

本實驗主要探討水滴自由落體的過程,首先我們嘗試設計不同方法測量自由落體水滴速度,並試著改進設計實驗,以達較理想結果。我們發現水滴落下加速度穩定但逐漸變小,但落下距離超過一公尺後,加速度變動大,針對此點,我們進一步研究。我們以直接照相的方式,探究水滴形變,看一看形變的過程,發現有規律性,並對距離的規律性與時間的規律性做探討;發現形變果然影響加速度。我們並翻查理論資料,嘗試解釋實驗並比對異同。我們模擬水滴振動做研究,比較結果,再嘗試在水滴中加入界面活性劑降低表面張力,研究表面張力的影響。我們考慮水滴 “形變比率” = 橢圓水滴垂直長度/水平寬度,發現以形變比分析水滴確實能發現更多水滴特性,真是一有趣的發現。最後我們提出實驗改進的方向,並對實驗過程一些疑點,嘗試研究發現。

萬能游標卡尺

在機械零件的製造中,現場暈具的運用直接影響到零件的精度,測量方法運用是否得當,會影響到整個生產速度及生產量。傳統的游標卡尺無論是「目標刻度型」、「附錶式」、或為現在最最新的「液晶電子顯示型」等都只適合用於測零件的內外徑、長度、深度等部分的尺寸;而對於外螺紋節徑現場的檢驗與測量,就必須利用目前使用最廣,但也最麻煩的三線棒(圖 1 一 l )或較為昂責的三線組合規(圖 1 - 2 ) ,較難以操作的螺牙分厘卡(圖 l 一 3 )等才能測得,而在現場之外檢驗則可利用那螺紋測定儀(圖 l 一 4 )或為更精密、更昂責的萬能潤定機(圖 l 一 5 )才能測得。至於內螺紋的現場檢驗與測量除了利用螺紋塞規(圖 l 一 6 )來比較外,就沒有其他好方法了,而現場以外除了利用繁雜的內螺紋檢驗法(圖 1 - 7 )之外,就只能利用高精密測量儀(圖 1-8-l )。同時對於外錐度的現場檢驗與測量,除非是從機械上卸下,以繁雜的方法測量(圖 l-9 )外,在加工的機械上是無法測量其準確的尺寸,內錐度值的現場檢驗除了以錐度量規(圖 1-10 )來比較判斷外,就無法測得其值了。而在現場以外也就只能利用繁雜的測量法(圖 l-11 )或為昂貴的高精密測量儀來測量(圖 l-8-2 )之外,也就沒有其它方法了。針對以上種種的現場零件加工的過程中之測量問題,乃力求提出解決與改進之道,以傳統游標卡尺的原理,配合螺紋與錐度的基本原理,研究創造,以期待能綜合解決這些現場測量之問題。

蜂窩染色問題的探討

本文探討的問題是相同的正六邊形(蜂窩)所構成平面之染色問題,在同色不相鄰與相同顏色中心點距離皆相同的條件下,探討可用幾種顏色將蜂窩圖塗滿,其中運用「骨架」的概念並引入斜角座標解決問題,並將其推廣至地磚圖形的染色問題上。