全國中小學科展

高中組

薄膜組成粒子間的競力秀

洗滌用的界面活性劑分散系,沾在管口用氣吹它,會生成泡泡,沾在對稱結構的框上,會產生特定形體的薄膜,雖然泡與膜是截然不同的形態,但影響各自形態的變因,可設計為比較分散系表面張力大小的方法,並藉以探討各種分散系表面張力與濃度間的關係,本研究中發現它們的變化趨勢,與分散質的分子結構有關;市售的皂類與合成清潔劑兩大類的分散系,濃度與表面張力的變化趨勢,恰好相反。在本研究還發現一個特別的現象,同種分散系在立體框上產生薄膜,其總面積大小與表面張力大小關係,和框的形狀有關;正立方體的框,薄膜面積愈大表面力張力愈小;正三角柱的框,薄膜面積愈大表面力張力愈大。

小心「觸」電—PEMFC觸媒效能探討

燃料電池以鉑棒做為陰極和陽極,其價格昂貴且效能不理想。本實驗探究影響鉑與碳黑間的相關變因。由實驗結果發現最佳條件:鉑含量20wt%催化效率最好;而震盪時間會影響觸媒的分布,其中以震盪3小時表現最好;還原溫度可以改變反應速度,以80℃的效能最佳;還原劑的種類更直接地影響前驅物還原的效果,其中甲醇的還原力比乙醇高。經檢視觸媒的TEM照片,我們發現造成觸媒效能低落的元兇為「成核反應」,過多的鉑會聚集成塊而降低表面積;震盪越久使顆粒細小、表面能上升聚集成團;還原溫度高使得反應速率快,溶液中出現大量、細小的鉑晶核,使得鉑顆粒的表面積/體積比太高,非常不安定,讓其更容易聚集,也影響反應效率。

維納斯的惡作劇—偏光形成的色彩現象

利用起偏片固定光偏振方向,通過膠帶後,光產生偏極化現象,經由檢偏片觀察,可看見色彩變化。我們探討顏色和厚度及角度的關係,發現當兩偏振片不垂直時,在夾角外會出現另一組顏色,同時發現灰階可由角度加以控制,以及顏色為何如此單調甚至是無色,經光譜儀分析波長透射率,證實兩者為互補色,此結果與光波在雙折射材料傳播,造成相位延遲的分析一致。1888年Michel-Levy發現這個現象,這是由於材料的雙折射作用偏轉了光的偏極方向,不同波長的光穿透率不同,因而出現色彩,這個現象目前相關應用於偏光顯微鏡和光學應力測試儀,卻無人詳述原理及檢測方式,目前使用的是查表的方式,故提出新的方法,在未來可用於改進檢測材料應力及光纖傳感器的領域上。

眼睛的守護神--淚水測試組

雙氧水或稱過氧化氫常用於殺菌、漂白或作清潔劑使用,它亦可從生物體本身產生而傷害細胞。以前研究人體發炎時,體液中會出現大量的雙氧水。淚水是濕潤眼睛的體液,它的分泌量與眼睛疲勞或是乾眼症等眼睛不適有關。我們假設淚水中雙氧水含量可作為眼睛不適的生物指標。我們發明以氧化還原呈色原理之淚水試紙偵測淚水中之雙氧水濃度。我們運用淚水測試組,比較在抽煙前後、喝酒前後與疲勞或熬夜時淚水的分泌量與雙氧水的含量。我們發現硫酸與碘化鉀淚水測試紙具有最簡便且可以定性與定量淚水中雙氧水的含量。抽煙、喝酒與眼睛疲勞時,淚水的雙氧水含量明顯增加。我們發明的淚水試紙可及早篩選出眼睛的異狀,作為預防眼睛病變之守護神。

安全型任意門檔

門,是家中建築必備之設施,市面上雖有多樣的門檔可將門固定住,但均需於牆壁上鑽孔以鎖零件,且只能將門全開使用而已,但於實際生活中,常需以半開的方式以達隱密、遮陽或通風的需求,如此之需求引發了我們的研究動機與目的。於研究中,我們經由文獻探討,利用了偏心輪的傳動,彈簧的彈力,進而以橡皮的摩擦力達到阻止門的活動,經過不斷的討論、研究與實驗,再由實物的切削製作組裝與測試、修正後,終於得到心中想得到的產品。安全型任意門檔可以不用於牆壁上鑽孔,門板就可以固定於所需的任意位置,且可藉由旋轉螺紋,以調整彈簧壓力的大小,進而改變摩擦阻力而達到阻止風的吹襲,更有防止誤推拉的安全裝置,如此更符合生活之需求。

物件導向語言 OBJECT BASIC之設計與製作

近幾年流行的物件導向程式設計(OOP;Object-oriented Prog-ramming)標榜藉物件和「軟體IC」理念的實踐,降低軟體的複雜性並增加親和力。然而目前較廣泛被接受的物件導向語言,如 C++、 Object Pascal 等,仍然需要「傳統的」語言訓練(如前者的 C 、後者的 P ascal ) ,對終端使用者( end - user )來說,想利用自撰程式達到一些獨特的需求,仍然相當困難。 在社團裡,和同學相互討論物件導向觀念之際,卻苦於缺乏合用的語言: Smalltalk 不易取得;C++不易學習。這個研究便是在這樣的情況下開始的──希望利用上述的一些觀念和經驗,試著撰寫出一套物件導向的程式語言,讓物件導向觀念的討論不再是空中樓閣式的失望。這是它取名叫” Object Basic " (而不是 BASIC )的原因。

變頻磁場的研究

本實驗利用函數產生器、功率放大器及電源供應器,組成自製可變頻率交流電源,探討頻率 f 對螺線管磁場的影響,得知磁場倒數 1/B 與交流電源的頻率 f成線性關係。我們也提出 1/B 對 f 的正比係數的理論值2πn?/Vo,並獲得實驗數據的驗證。

水是否有彈性?水在碰撞中的彈性研究

本實驗室以探討剛體碰撞運動的方式來探討水碰撞後的彈性係數(coefficient of restitution)以及碰撞後的速度計算;以雷射光進行準直校準;數位攝影機進行拍攝,最後,以拋體運動、碰撞理論與及流體性質作為分析的依據。 計算出: 1.水和剛體以及水與水碰撞的彈性細數皆≒0.47,並推測當超過單一水分子所組成的水和自然界中大部分物體碰撞時彈性係數皆等於水與水碰撞時所的的數值。 2.入射水柱初速與排開速率的比值≒3.48 3.歸納出理論計算水與水碰撞後初速計算式V理論初速 = 2‧Vs‧cosβ+ΔV 即理論上碰撞後速度等於兩倍的入射速度的水平投影加上鉛直投影所造成的水平排開速度,利用此事可理論上計算水的彈性係數。 4.利用彈性係數以及結論三的關係式可在理論上計算出碰撞後速度以及碰撞後反彈水滴的反彈角。

晶體的吸引力

結晶體是可以來自溶液的結晶作用,而周遭的事物,無所不在的晶體,引起我們探討的興趣。

五節芒裡的發光小精靈

新竹縣尖石鄉山區,發現一種能於黑暗中發出可見之淡綠色螢光的五節芒,且皆必定是遮蔭處潮濕傾倒斷裂腐敗的五節芒片斷,其餘六個樣區經日夜實地採樣勘察,皆未發現發光樣品。經密集且大量之多株五節芒切片顯微鏡觀察,打光與暗房攝影比對,確定發光生物是一種文獻尚未記載之陸生黴菌,該黴菌與五節芒之間可能呈專一共生性。由實驗觀察此螢光黴菌生活史可分為三期:細絲期、藻狀期、珊瑚狀期,其菌絲有分枝且多核無橫隔,絕大部分皆分布於細胞內,細絲期可藉由菌絲穿過細胞壁上較薄之壁孔以散布其族群。該黴菌之螢光經實驗結果証實能誘導菌絲朝向營養源生長,以利菌絲進行聚集配對,並進行有性生殖。分類先暫定為無鞭毛黴菌門、接合菌亞門、接合菌綱之新種。